NFT:科普 | 一文探究zkEVM：以太坊扩容方案的关键_RMRK

在以太坊Layer2扩展网络Arbitrum和Optimism网络都宣布其主网的公开测试版正式启动后，Layer2的整体数据增长都极其明显，这也标志着以太坊Layer2扩展解决方案之一OptimisticRollup已经正式启动。没错，这是一个属于Layer2的季节。

当像Arbitrum和Optimism这样的OptimisticRollup成为市场焦点时，另一个Layer2网络zkEVM也取得了一些关键性的进展。现如今，我们看到越来越多地zkEVM已成为扩展以太坊的关键。本文就将会带你深入了解zkEVM的基本原理和发展现状。

作者：DeGateTeam

来源：Medium

编译：陈一晚风

概要

1、zkSync宣布推迟8月31日发布其2.0版本。基于zkEVM的zkSync2.0有望成为第一个兼容EVM的zkRollup；

稳定币crvUSD科普创新清算机制LLAMMA，可在抵押品价格下跌时逐步替换为稳定币:1月17日消息，Curve官方科普其稳定币crvUSD创新的清算机制LLAMMA，解释了LLAMMA通过AMM的特性进行针对债务人更友善的清算方式，让抵押品在价格下跌时逐渐转移成稳定币，让原本要清偿的债务有一定程度的稳定币可以偿还，同时在价格回稳时再逐渐把稳定币换回抵押品，而不是直接的触发清算导致债务人的亏损。

此前报道，2022年11月23日，去中心化交易平台CurveFinance开发者发布Curve即将推出的去中心化Stablecoin“crvUSD”的官方代码和白皮书。[2023/1/17 11:17:13]

2、8月13日，Polygon宣布以2.5亿美元收购以太坊Layer2扩展解决方案Hermez，其核心技术是其zkEVM解决方案；

3、以太坊基金会在一份关于研发进展的定期更新声明中表示，在过去几个月中以太坊基金会资助筹建zkEVM团队，希望能将EVM的所有操作码直接通过ZK电路实现。

国务院：推进科普与区块链技术深度融合:为贯彻落实党中央、国务院关于科普和科学素质建设的重要部署，依据《中华人民共和国科学技术进步法》、《中华人民共和国科学技术普及法》制定《全民科学素质行动规划纲要（2021－2035年）》，其中要求实施智慧科普建设工程。推进科普与区块链等技术深度融合，强化需求感知、用户分层、情景应用理念，推动传播方式、组织动员、运营服务等创新升级，加强“科普中国”建设，强化科普信息落地应用，与智慧教育、智慧城市、智慧社区等深度融合。（新华社）[2021/7/10 0:40:52]

正如我们所知，在比较OptimisticRollup和ZKRollup的两种扩容解决方案时，V神认为OptimisticRollups可能会在短期内赢得通用EVM计算。但从长远来看，随着ZK-SNARK技术的改进，ZKrollup才可以在所有的应用场景中“获胜”。而所谓“ZK-SNARK技术的改进”主要是指zkEVM的成功。

zkEVM的作用

欧科云链集团正式启动区块链科普行动“星途计划”:欧科云链集团于4月26日，正式宣布启动了区块链科普行动——“星途计划”，行动包括将在全国范围展开系列沙龙，加大力度推进区块链科普进机关、进国企、进校园等，联合政府部门、行业协会等共同构建起更加完善和有效的区块链科普教育生态，与此同时，直击区块链科普现存痛点，推出简单易懂的“秒懂区块链”公益短视频课。

该计划旨在全维度推动社会建立对产业更清晰的认知，与“鲲鹏计划”一道助力数字经济及区块链产业本身健康发展夯实“人才”和“产业认知”两大基础。[2021/4/26 20:59:37]

在开始探究zkEVM的作用前，让我们先来重新认识一下以太坊。从本质上来说，以太坊就是一个基于交易的状态机。在计算机科学中，状态机是通过读取一系列输入，从旧状态转换到新状态的机器。

从创世状态开始，以太坊通过一个又一个的交易转换到以太坊的当前状态。该状态包含所有帐户地址及其映射的帐户状态。

动态 | 报告：区块链等热点词促使童书科普百科类成交额同比增速最高:近日，京东图书与艾瑞咨询联合发布了《2019中国图书市场报告》。报告指出，AI、5G、区块链、机器人、VR、智能家居、AR这些热点词，不断点燃科技热潮，科技在改变大众生活的同时，也吸引了越来越多家长的关注，从小培养孩子对科技的兴趣和热爱。因此童书中科普百科类成交额同比增速最高，占比将近40%。[2020/1/8]

其中，EVM或以太坊虚拟机负责处理交易。EVM作为堆栈机运行，程序员在其中使用Solidity等高级语言编写代码，然后将其编译为EVM能够理解的EVM字节码。EVM以各种EVM操作码的形式执行标准堆栈操作，最终产生一个新的状态。

现在问题来了。我们知道zkRollup解决方案需要为Layer2上的交易生成零知识证明，并将它们传递回Layer1进行验证。为了生成零知识证明，交易的处理需要符合zk电路证明规范。而在EVM设计之初，设计者并没有考虑支持零知识证明。因此我们需要zkEVM。从技术上讲，zkEVM的含义是：运行在zkRollup网络上的虚拟机，兼容EVM并且零知识证明友好。

现场 | 火币中国推出数字经济及区块链产业科普新书:金色财经现场报道，12月6日，由海南省工业和信息化厅主办，南南合作金融中心协办，海南生态软件园、火币中国承办的“海南自贸港数字经济和区块链国际合作论坛”在海口举行，这是全球首次区块链部长级论坛。

在本次论坛上，火币中国举行了“数字经济及区块链产业科普系列新书发布”仪式，希望通过教材、专业教育、培训等多种方式，帮助从业者、高校、研究机构深入了解区块链，从而建立起区块链全局性知识模型，真正推动区块链应用落地。火币中国CEO袁煜明介绍，将联合机械工业出版社面向普通高等教育推出《区块链导论》、《区块链系统设计与应用》和《区块链新商业模式分析》系列教材，这是国内最早推动的区块链教材之一；火币中国还积极参与数字经济的研究，由中信出版社出版的新书《读懂Libra》已经上市；由火币中国负责编写的区块链技术科普读物《区块链技术进阶指南》将于12月面世；首本行业内最全的区块链应用案例集《区块链产业应用100例》在本次论坛进行了首次刊印。[2019/12/6]

两种实施策略

对于zkEVM来说，目前主要有两种实现策略。

1、直接支持现有的EVM操作码集，与Solidity操作码集完全兼容。使用此解决方案的人包括Hermez和以太坊基金会zkEVM。

2、通过设计一个零知识证明友好的新虚拟机并适应EVM开发工具来保持Solidity兼容性。该方案主要被zkSync使用。

对于第一种策略，由于它完全支持现有的EVM操作码集，并且使用与EVM相同的编译器，现有的生态系统和开发工具完全兼容，也更好地继承了以太坊的安全模型。而第二种策略，它不受原始EVM操作码集的约束，因此可以更灵活地将代码编译为对零知识证明更友好的操作码集。它还免去了与所有原始EVM操作码集兼容所需的繁重工作。

总的来说，第一种策略更兼容、更安全，但工作量更大；第二种策略更灵活、工作量更少，但需要额外的努力来适应。

主要解决方案对比

HermezzkEVM

Hermez使用第一种策略，将整个EVM操作码集转换为微操作码。

众所周知，有一些可变的EVM操作码，例如CALL、EXP、CREATE等，它们对zk电路证明本质上是不友好的，而这些操作码的逻辑可以使用微操作码以一种更友好的方式来表达。微操作码在uVM中执行，uVM使用大量加密工具实现zk完成，并使用Plookup算法提高证明和验证效率。

HermezzkEVM的另一个亮点是它同时使用了两个证明系统，专门生成一个STARK证明，然后使用PLONK或Groth16生成一个STARK证明的证明并在Layer1上进行验证，就像一个证明的证据。原因是STARK的证明量大，验证链上的成本高，而Groth16或PLONK的证明量小，验证速度快。两者的这种组合各有优势，很容易被认为是一种组合使用非对称和对称加密算法的场景。

AppliedZKPzkEVM

与Hermez一样，AppliedZKPzkEVM也使用第一种策略。AppliedZKP使用BusMapping映射思想来分离存储和计算。基于BusMapping映射提取的正确存储数据，State证明证明了数据的一致性，EVM证明证明了计算逻辑的正确性。

具体流程如下：

1.EVM通过BusMapping映射读取所需的相关状态。状态由存储、内存和堆栈组成；

2.EVM执行操作码；

3.EVM通过BusMapping映射写回新状态；

4.State证明负责BusMapping读写数据的一致性和正确性，EVM证明负责EVM操作码执行的正确性。

zkSyncEVM

与Hermez和AppliedZKP不同，zkSync选择了第二种策略。zkSync的zkEVM不是EVM的复制品，而是新设计的，可以运行99%的Solidity合约，并确保它在各种条件下正常工作。同时，zkEVM可用于在电路中高效生成零知识证明。

zkSyncEVM使用TinyRAM来实现通用的操作码集，而消耗大量gas的操作码，例如SHA256和keccak，将特别实现其电路，最后使用递归聚合技术将所有证明聚合为一个以提高效率。

zkSync还为zkEVM开发了两个编译器前端：Yul和Zinc。Yul是一种微型Solidity表示，可以为不同的后端编译成字节码；Zinc是一种基于Rust的语言，用于智能合约和通用零知识证明电路。这为开发人员提供了更多选择。

另外，zkSync在构建编译器时，选择了LLVM这个生产工业级产品最先进的编译器框架，以确保编译器足够完整，并具有所有经典优化。

总结

从上述这些扩容项目中，我们看到在团队的不断努力下，zkEVM技术正在走向成熟，并将在大约六个月内实现与EVM兼容的zkRollup扩展解决方案。

如今，区块链技术正在进入一个前所未有的充满争议的时代。从公链之争到以太坊扩容方案之战，甚至到一个具体扩展解决方案，不同的项目都在相互竞争、追赶和超越，这其中蕴含着对现实世界的巨大游戏，很幸运，我们处于区块链技术技术最具活力的时代。

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