在区块链中揭开 ZK：ZKEVM 和创新项目的综合概述

Yori • 2023年5月20日 am9:28 • 以太坊最新消息 • 阅读 377

ZK Rollup 是 Layer 2 项目的明星，难度也异常的高。基本思路是利用zk技术，将Layer 2的执行结果连同proof一起提交给Layer 1，Layer 1进行验证后上链。

在第 2 层中，需要虚拟机 (VM) 来执行捆绑交易。这种基于 zk 技术的 VM 称为 zkVM。如果此虚拟机与以太坊智能合约兼容，则称为 zkEVM。

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EVM

首先我们了解一下EVM合约的执行过程：合约被编译成字节码，然后通过EVM执行字节码。

什么是 zkEVM？

zkEVM 是一个虚拟机，通过 zk 技术支持执行 Solidity 合约。

根据 Vitalik 的分类，zkEVM 有四种类型：

Type 1，完全兼容以太坊，指的是可以直接运行在以太坊链上的EVM，实现难度最大。PSE（以前称为appliedzkp）和Taiko目前正在研究它；
类型 2，完全等效于 EVM，意味着它与 EVM 兼容，但不一定与以太坊兼容。它可以运行 EVM 合约，但数据结构和状态树可能不同。它可以在与以太坊分开的链上运行。目前，Scroll 和 Polygon 等项目正在研究 Type 2 zkEVM 实现；
类型 2.5 指的是几乎等同于 EVM 的 zkEVM 实现，唯一的区别是 gas 费用的消耗。它在功能上与 EVM 非常相似，但燃料费机制可能有所不同；
类型 3 指的是 zkEVM 的实现，它几乎与 EVM 等效，但有一些功能差异。Type 3 被认为是过渡类型，Scroll 和 Polygon 等项目目前属于此类。然而，他们的最终目标是实现 Type 2 或 Type 2.5 zkEVM，这意味着完全等效于 EVM，同时提供更低的气体消耗；
Type 4 是指语言兼容的 ZK-EVM，可以编译 Solidity 或其他语言的智能合约，但与底层 EVM 的连接很少。此类别中的突出项目是 StarkWare 和 zkSync。这些项目专注于在利用 zk 技术的同时为开发智能合约提供高级语言兼容性，但它们并不直接基于 EVM。

Vitalik 的四个分类是从产品的角度来看的。从实现的角度来看，通常有两种实现 zkEVM 的方法：

与EVM的语言级别兼容：类似于Type 4，在语言级别仅支持智能合约本身，但底层实现与EVM的关系不大。遵循这种方法的产品包括 StarkWare 的 StarkNet 和 zkSync 2.0。这种方式的特点是底层虚拟机指令集不同于EVM，这意味着一些现有的开发工具不能直接使用。但是，它对 ZK 更友好，并且可以更有效地生成零知识证明。
字节码级别，类似于Type 2或Type 2.5。在这种方法中，高级语言首先被编译成类似于EVM的字节码，然后使用zk电路实现每个字节码来表示其逻辑。采用这种方法的主要产品是 Polygon ZK-EVM 和 Scroll。这种方法的特点是实现了具有零知识（ZK）能力的完全兼容的以太坊扩展。所有现有的智能合约、开发者工具和钱包都可以在其上无缝运行，但同时也增加了复杂性。

零知识证明算法

目前，有两种主流的零知识证明（zkp）算法。

ZK-SNARK（零知识简洁非交互式知识论证）
ZK-STARK（零知识可扩展透明知识论证）

其中，ZK-SNARK 有一个可信的设置过程，它涉及使用秘密信息预先计算一组参数。如果此机密信息泄露，则可能会危及系统的安全性。因此，这种秘密信息也被称为“有毒废物”，因为它会带来安全风险。

对于 ZK-STARK，其设计目标之一是消除对可信设置的需求。它利用多项式插值和低阶伪随机函数等先进的数学技术。这些技术使构建 STARK 参数的过程更加透明、去中心化，并且不受有毒废物的影响。STARK 在可验证性和可扩展性方面的这种优势为系统的部署和使用提供了更高的安全性和可信性。

zkp 和 zkEVM 有什么关系？

zkEVM是一款支持智能合约执行的产品；
zkp 算法是一种技术，zkEVM 实现了其中一种 zkp 算法。

zkEVM 的相关项目

应用ZKP

以太坊基金会的 zk 项目，旨在实现 Type 1 zkEVM，这意味着实现完全的以太坊兼容性。

开源存储库：https://github.com/privacy-scaling-explorations/zkevm-specs

多边形 zkEVM

Polygon zkEVM 是 Polygon 收购并整合了一个名为 Hermez 的 ZKR（零知识汇总）项目的结果。它通过电路实现 EVM 操作码来运行。

开源存储库：https://github.com/orgs/0xPolygonHermez/repositories

目前，Polygon zkEVM 被归类为 Type 3，但最终目标是实现 Type 2 到 Type 2.5 的兼容性。

滚动

Scroll 也是开源的，可以在https://github.com/scroll-tech找到

与 Polygon 类似，Scroll 通过电路实现 EVM 操作码来运行。

目前，Scroll 被归类为 Type 3，但最终目标是实现 Type 2 到 Type 2.5 的兼容性。

太鼓

Taiko 的目标也是实现 Type 1 兼容性，这意味着在其实施中旨在实现完全的以太坊兼容性。

开源库： https: //github.com/taikoxyz

零同步

zkSync属于Type 4，目前还没有开源。

zkSync 是 Matter Labs 开发的整个 zkRollup 协议的统称。

zkSync Era 是一个运行 zkVM 的链。

zkSync 的方法涉及使用自己的 LLVM 编译器将合约代码（例如 Solidity 代码）编译成所需的字节码格式（而不是 EVM 操作码）。然后将编译后的字节码传递给 zkVM 执行。

星件

StarkWare 是一家以色列科技公司，专注于构建基于 zkSTARK（零知识可扩展透明知识论证）的可扩展解决方案。

StarkNet 是由 StarkWare 运营的区块链。

SNVM（StarkNet Virtual Machine）是运行在 StarkNet 上的合约虚拟机。SNVM 虚拟机利用 zkSTARK 技术实现智能合约执行。

Cairo 是用于编写在 StarkNet 上运行的智能合约的编程语言。

最初，StarkNet 和 zkEVM 没有直接关系，因为 StarkNet 主要关注 zkVM。然而，Nethermind 的 Warp 项目提供了一个编译器，可以将 Solidity 代码编译成 Cairo，有效地将 StarkWare 的 StarkNet 转换为 Type 4 实现。

以下是各种产品的比较：

越往右，EVM 兼容性越好，但实现难度也越大。

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