ETC:深入了解zkSync 2.0架构、核心基础设施_POS

原文标题：《zkSync2.0：你好以太坊！》

原文作者：水多多|zkSync

我可以把你比作夏日吗？

你的可扩展性和安全性更高。

狂风确实震撼了五月亲爱的心灵，

夏天的租约日期太短了。

——中本聪莎士比亚，2021

介绍

面对最大的技术挑战，我们开始在与EVM兼容的环境中部署智能合约。测试网的第一个版本已经上线：您已经可以使用区块浏览器查看zkSync2.0上的活动。在这篇文章中，我们将深入解释每个关键组件、提供进度更新以及下一个版本的计划。

主要成就

在密码学方面，zkEVM的指令集已经完成，两种实现都完成了：在电路中和在执行环境中。

在编译器方面，用Solidity和Zinc编写的智能合约现在可以编译成zkEVM字节码。

在核心基础设施方面，全节点集成已完成，能够成功部署和执行已编译的智能合约。

虽然zkEVM和核心2.0基础设施已准备好公开，但编译器需要做更多工作才能正确覆盖所有边缘情况。为了提供更全面的开发者体验，我们决定在编译器100%可靠后立即开放对zkEVM、编译器和核心SDK的访问。

zkSync2.0与以太坊的比较

大多数东西看起来和感觉都是一样的。以下是一些重要的区别：

G20会议：鼓励继续深入分析央行数字货币在促进跨境支付方面的潜在作用:10月31日， 二十国集团领导人第十六次峰会于10月30日至31日在意大利首都罗马以线上线下相结合方式举行。峰会通过了《二十国集团领导人罗马峰会宣言》。摘要如下：

我们欢迎金融稳定理事会从金融稳定角度总结新冠肺炎疫情教训的最终报告以及下步建议。我们鼓励继续深入分析央行数字货币在促进跨境支付方面的潜在作用及其对国际货币体系更广泛的影响。（经济日报）[2021/11/1 6:24:01]

Solidity智能合约

支持以太坊中的大多数操作码！但是，也有一些例外：

此版本不支持ADDMOD、SMOD、MULMOD、EXP和CREATE2操作码，但将来会支持。

我们暂时不支持KECCAK256操作码，而是自动将其所有调用替换为调用另一个抗冲突哈希函数。KECCAK256稍后将作为预编译器引入。

我们决定不包含SELFDESTRUCT操作码，因为以太坊计划将其删除。

我们可能会删除对完整256位XOR/AND/OR操作码的支持，因为这些操作码仅存在于已编译的用于位掩码的可靠代码中。这可以由编译器使用其他操作码来完成。

gas

在zkSync2.0中，有一个不同的gas概念。交易价格将根据当前的L1gas价格和ZKP生成成本而波动。智能合约调用将具有最大数量的zkEVM步骤和存储写入参数。

动态 | 区块链等技术的叠加作用下已经深入生活各领域:据中国日报网消息，近日，“互联网新势力峰会”在杭州举办，峰会上主办方公布了最能代表2018年互联网产业新发展趋势的9大“新势力”，涵盖办公、旅游、音乐、出行、金融、社交、媒体、区块链、母婴9大场景。现场嘉宾认为，互联网经过20年发展，在大数据、人工智能、区块链等技术的叠加作用下已经深入生活各领域。时下互联网经济正处于消费互联网下半场和产业互联网上半场的转型升级期，互联网的下一个20年将深刻影响产业发展。[2019/1/23]

Web3API

下一个版本将包括我们的Web3API实现，它将与以太坊文档定义的Web3标准兼容。事件将开箱即用，所有服务都可以轻松集成。

zkSync包括L1没有的功能，例如提交和最终块的概念。因此，将会有额外的方法让开发人员更精确地控制数据。Web3客户端代码将接收与您在以太坊上相同的数据，但可以使用「zksync_」命名空间请求专门的信息。

因为zkSync有多种交易类型，并且使用EIP712签名，所以`eth_sendRawTransaction`数据的格式会与L1不同。但是，编码对应于以太坊ABI，所以支持它并不困难。

签署交易

zkSync2.0中的交易可以通过2种方式授权：

用户可以通过签署EIP712消息，使用他们的普通以太坊钱包签署交易。

任何帐户都可以设置一个公钥来创建我们的内部Schnorr签名来签署交易。这允许基于智能合约的钱包与zkSync2.0进行交互，而无需发送L1消息的额外费用。

动态 | 人民日报：深入实施国家大数据战略 应突破区块链等十大技术瓶颈:9月14日讯，人民日报发文表示，深入实施国家大数据战略，应集中力量协同攻关，突破大数据的十大技术瓶颈，包括数据供给层面的区块链技术、数据交换技术，数据处理层面的大数据存储管理技术、分布式计算技术、编程语言技术，数据分析层面的大数据基础算法、机器学习、数据智能技术，大数据应用层面的大数据可视化、真伪判定技术。[2018/9/14]

存储效率提升

每个块仅应用一次存储槽覆盖。这意味着如果多个用户与单个AMM合约交互，则AMM合约的存储槽将仅被覆盖一次。这允许定序器在以后向用户退还单次写入的共享成本。

预编译

「预编译」机制已计划好，但稍后会发布。我们计划首先支持keccak256、sha256哈希和ECDSA恢复原语。可以根据需求和复杂性考虑包含其他预编译，例如Blake2f轮函数。

进一步的限制

zkSync2.0的第一次迭代可能会对每笔交易施加32次智能合约调用的额外限制，直到实施适当的记账机制为止。

执行跟踪将有一个硬限制，但它将与以太坊块大小的当前限制相当，并且不应影响大多数协议。

可能会有更多限制，但我们的目标是在最终版本中将它们减少到绝对最低限度。

深入了解zkSync2.0架构

你可能听说过区块链三难困境，但在扩展以太坊时，还有第四个因素：可编程性。当前所有的扩展解决方案都存在于牺牲一些安全性、分散性和可编程性以实现可扩展性的范围内。zkSync2.0的设计结合了以下2项技术突破，最大限度地发挥了所有4项功能：

中国发展高层论坛将对区块链技术进行深入讨论:2018年中国发展高层论坛将于3月24至26日在北京举行，中国发展研究基金会相关人士表示，中国发展高层论坛在今年迎来了第19届。围绕高质量发展、财税体制改革、供给侧结构性改革与金融政策、全面开放新格局、创新与未来等重大议题，中外方嘉宾将开展深入讨论。此外，参会嘉宾还将对中国改革开放四十周年、全球不平等、新时代的中美关系、一带一路、人工智能时代的产业转型、乡村振兴与农业现代化、金融创新与区块链革命等热点议题进行深入交流。[2018/2/26]

zkEVM：为我们与EVM兼容的zkRollup提供动力的引擎，这是唯一支持L1安全性和可靠智能合约的解决方案。

zkPorter：一个链下数据可用性系统，可扩展性比rollups高2个数量级。

由于zkEVM和zkPorter是可互操作和可组合的，zkSync2.0能够显着优于所有其他扩展解决方案。

目前的共识是Eth2数据分片将在2022年底到来，以在不牺牲去中心化的情况下提供指数级更大的数据可用性层。zkSync的zkRollup技术与Eth2数据分片相结合是最终目标，在不牺牲任何4个因素的情况下达到100,000+TPS。

Facebook创始人称要深入的学习和了解加密货币技术:扎克伯格在Facebook发帖称，2018年他的新挑战是解决Facebook存在的一些问题，并且还要深入了解和学习加密技术和加密货币，并运用到Facebook的服务中去。[2018/1/5]

状态树

zkSync2.0状态树覆盖了以太坊的全部160位地址空间。每个帐户将驻留在状态的zkRollup部分或zkPorter部分。zkRollup和zkPorter账户完全一样，除了一个组件：保证数据可用性。zkRollup交易数据通过calldata发布到以太坊，zkPorter交易数据发布到zkSyncGuardian网络，zkSyncToken持有者参与权益证明。

发布数据的地方是成本和安全性之间的权衡。zkPorter交易比汇总交易便宜得多，但它有可能冻结您的资金。然而，zkRollup和zkPorter账户的有效性都是通过零知识证明和以太坊来保证的。也就是说，zkPorter中的资金只能被冻结，不能被盗。

zkRollup和zkPorter账户的互操作性和可组合性让每个用户都有机会成为zkSync中的一等公民。部署在zkRollup端的Uniswap可以通过zkPorter账户访问以换取最低费用。zkSync2.0是一个系统，专为整个金融领域的用户而设计。

密码学

我们的VM，通常称为zkEVM，不是EVM1:1副本，而是旨在能够运行99%的用Solidity编写的合约并保持其相同的行为，例如在恢复和异常期间。同时，编写zkEVM以在电路中高效地产生零知识证明。

这是在我们的证明系统没有任何重大变化的情况下完成的；我们继续将PLONK与自定义门和查找表和以太坊的BN-254曲线一起使用。这是有利的，因为自2020年6月以来，该证明系统已在zkSync1.0以及使用相同证明系统的其他项目中进行了实战测试。

经过数月的努力，我们再次激动地宣布：zkEVM的指令集已经完成并在电路和执行环境中实现。

这里有一个重要的区别：电路和执行环境中的实现是分开的，用于不同的目的。生成执行跟踪的证明并提供见证是电路的工作，但这非常慢。另一方面，执行环境是rust中zkEVM的直接实现，高效且快速。如果我们要依靠电路来生成和执行证明，那么交易的最终确定性将需要数小时。证明生成和简单执行的分离使得zkSync上的交易能够即时结算。

接下来，我们专注于将zkEVM和编译器结合在一起，并将递归结合在一起：块之间的递归，它允许我们为N个块发布一个证明，块内的递归，它聚合块的不同逻辑部分的子证明.这是简单的部分！自2020年6月以来，zkSync1.0的主网上已经使用了块之间的递归聚合证明。有关块内递归以及我们的zkEVM如何工作的更多信息，请观看此视频说明。

编译器

我们正在同时开发两个针对zkEVM的编译器前端：Yul和Zinc。Yul是一种中间Solidity表示，可以编译为不同后端的字节码。Zinc是我们用于智能合约和通用零知识证明电路的基于Rust的语言。

因为编译器是使用LLVM框架构建的，所以可以认为它具有前端YulLLVMIR和后端LLVMIRzkEVM字节码。采用LLVM带来了几个主要优势：

1、LLVM优化框架无与伦比：它从LLVMIR生成最高效的zkEVM字节码。

2、使用较新版本的Solidity或Zinc，编译器前端将处理所有更改，而LLVM将使我们脱离对编译器后端的更改。

3、将来，如果开发人员想用原生Rust或Javascript编写智能合约，只需构建该语言的编译器前端，智能合约就可以在zkSync中开箱即用。

编译器的安全性对我们来说至关重要，并且已经通过了多套测试：

1、Zinc和Yul编译器中的词法、语法和语义测试。

2、我们对Zinc和Solidity的集成测试贯穿整个智能合约生命周期：从解析源代码到合约部署和在zkSync上执行交易。

3、从Solidity存储库集成的广泛测试套件，并适用于我们的集成测试工具。

每个套件已经包含数千个测试，我们将把这个数字至少增加一个数量级。

我们的2个编译器已经成功部署并执行了两种语言的简单智能合约。但是还有更多的优化需要完成，一些复杂的LLVMIR语句需要翻译成zkEVM字节码。因此，我们决定在编译器处于更强大的状态之前不发布它。

编译器完成后，我们将专注于让Zinc更具表现力和功能丰富，然后构建Rust编译器前端以允许使用原生Rust编写智能合约。

核心基础设施

zkSync2.0核心由几个关键角色组成：

全节点

通过虚拟机实现zkEVM字节码的预电路执行器环境

状态在交易发送后几秒钟内可用

过滤掉可能使区块膨胀的明显不正确的交易

在内存池中执行交易并生成块

证明者

接收区块的见证人并生成零知识证明

用于并行证明生成的证明者接口

自定义证明者自动缩放器，可按需创建和终止证明者机器

交互者

用于观看和与以太坊L1交互的工具，

根据Token价格、ZKP生成成本和L1gas价格计算交易费用

偏执狂监视器

Prometheus、elastic、sentry、uptime、几个独立的事件通知系统和自定义健康检查服务。

这个核心基础设施功能齐全，已经集成了zkEVM执行器！

让我们谈谈

编译器完成后，我们将一起共享对所有组件的访问权限！开发人员将能够部署Solidity/Zinc智能合约并通过Web3API进行交互。

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