Layer2蓄势待发,里面有什麽类型的zkEVM?

在以太坊坎昆升级後,Layer2 赛道或许会迎来一波爆发,而本文将介绍 Layer 2 赛道中各类 zkEVM。本文源自 0xRJ.eth ,由 BlockBeat 整理。
(前情提要:哪家zk-EVM更强?实测合约开发Taiko、Polygon、Linea、Scroll、zkSync Era.. )
(背景补充:比特币Layer2生态》哪个Rollups扩容方案最有潜力? )

本文目录

引言

预计於 2023 年秋冬实施的以太坊重大升级 —— 坎昆升级(Cancun-Deneb Upgrade),核心目标是增强以太坊网路的扩容性、安全性和可用性,同时极大程度降低二层网路的 Gas 费。因此,如若成功实施,将直接利好太坊二层扩容(L2 Rollups)生态,甚至有望带动整个 L2 赛道的爆发。

延伸阅读:以太坊EIP-4844:坎昆升级的核心

在 L2 扩容赛道中,具有极佳资料压缩效能的零知识证明扩容方案(ZK Rollups)已然被认为是以太坊的中长期核心方案。以太坊创办人 Vitalik 於 2022 年根据各家 ZK Rollups 与 EVM(Ethereum Virtual Machine)以太坊虚拟机器的相容性将其分为 4 种不同的型别,为 zkEVM 型别确立了基础标准。

这篇文章深受上述 Vitalik 的开创性 分类标准的启发。经过一年的发展,该领域已取得重大进展。本文旨在以清晰的逻辑和简洁的语言,以 Vitalik 见解为基础,提供赛道更新和更详细的诠释(技术小白友好)。

什麽是 EVM?

EVM(Ethereum Virtual Machine)以太坊虚拟机器,是第一个图灵完备的区块链虚拟机器。可以理解为是以太坊上的程式码执行环境,专门用以执行部署在以太坊网路上的智慧合约。通过 EVM,智慧合约能够在去中心化网路上实现自动化的功能。

作为 2015 年释出的、迄今为止最久经考验的区块链虚拟机器,EVM 绝对是以太坊非常重要的基础设施。甚至在评判其他区块链时,EVM 相容与否已是一个重要的考量维度,因为 EVM 相容的背後代表的不仅仅是智慧合约执行环境、可用的以太坊工具集,更代表着巨大的网路效应和成熟复杂的生态。

不过,EVM 在设计之初,并未想像到有朝一日 ZK Rollup L2 会成为以太坊扩容的核心方案,因此 EVM 的设计并没有考虑要对零知识证明友好。这就使得构建零知识证明友好的 EVM(zkEVM)变得非常困难。

什麽是 zkEVM?

正因为零知识证明(Zero Knowledge Proof)和以太坊虚拟机器(EVM)相容方面的难度之高,早期的 ZK Rollup 是不支援 EVM 的。它们普遍缺乏执行智慧合约的能力(或者支援特别的虚拟机器),因此受限於相对简单的特定场景:比如 代币兑换(swap)和支付(payment)。

为了解决这个问题,许多组织和研究人员专注於建立 zkEVM(Zero Knowledge Ethereum Virtual Machine),顾名思义,它就是为智慧合约在 EVM 中的执行(过程和结果)生成零知识证明的。

随着 ZK Rollup 扩容方案确定性的增加和技术的进展,各家 zk 扩容专案根据在相容性 Compatibility 和效能 Performance(生成零知识证明的时间 Proving Time)之间做衡量和取舍,开创了不同的将 EVM 执行与零知识证明计算结合的方法。

不同型别的 zkEVM:

(来源: Vitalik 部落格《The different types of ZK-EVMs》)

2022 年 Vitalik 曾发文阐述「不同型别的 zkEVM 」,并将市面上的 zk 扩容专案做了大致的分类和对比。

接下来让我们用浅显的语言和清晰的逻辑梳理一下 zkEVM 的型别、技术架构、以及各自的优缺点。

Type1 类 zkEVM—— 完全等效於以太坊

架构:

优点:

缺点:

主流专案:

Type2 类 zkEVM—— 完全相容 EVM 以太坊虚拟机器

架构:

优点:

缺点:

主流专案:

延伸阅读:ZK Rollup 新星|Scroll 宣布Q3上线主网!估值达18亿美元

延伸阅读:Polygon zkEVM 是什麽?一文盘点链上生态、潜力项目…

Type3 类 zkEVM—— 几乎相容 EVM 以太坊虚拟机器

架构:

优点:

缺点:

主流专案:

Type4 类 zkEVM—— 相容高阶语言

架构:

优点:

缺点:

主流专案:

基於 Vitalik 2022 年对於不同 zkEVM 的分类,再结合各家专案的进展(截止 2023 年 8 月),我们可以用下图简单地总结:

(各家主流 ZK Rollup 专案分类)

各类 zkEVM 主流专案

(各家主流 ZK Rollup 专案对比图)

Vitalik 在其文末总结称:

「就我个人而言,我希望随着时间的推移,通过 zkEVM 的改进和以太坊本身的改进相结合,使其(以太坊)对 ZK-SNARK 更加友好,最终一切都将成为 Type1 类。

在这样的未来,我们将有多个 zkEVM 实现,它们既可以用於 ZK Rollup(零知识扩容),也可以用於验证以太坊链本身。从理论上讲,以太坊没必要为 L1(第一层)使用制定单一的、标准化的 zkEVM 规范;不同的客户端可以选择使用不同的证明方式,这样我们就可以继续受益於程式码层面的冗余。

但是,要实现这样的未来,还需要相当长的时间。与此同时,在以太坊(自身)扩容和基於以太坊的 ZK Rollup 的不同路径方面,我们也将会看到大量的创新。」

同时,需要强调的是,虽然市面上主流的 zkEVM 分类方式是 Vitalik 2022 年推出的分类(本文引用的),但同时也存在其他的分类标准。且无论如何分类,这些 zkEVM 型别并没有绝对的优劣之分。它们只是在相容性与速度之间有所取舍:Type1 类 zkEVM 与以太坊的相容性最高,但证明速度较慢(在 ZK Rollup 赛道中属於);Type4 类 zkEVM 与以太坊的相容性较差,但验证速度更快。

当然,zkEVM 的相容性和速度实际上并不是开发者考量应该基於哪个 ZK Rollup 去部署应用的唯一指标。还有许多其他的因素会影响他们的选择,比如:

但由於多数通用 ZK Rollup 专案目前还处於测试网阶段,以上诸多因素尚无法做横向对比。

最後,任何 zkEVM 专案所属的型别也并非是静态不变的。随着各家方案在 zkEVM 方面的探索、甚至是以太坊本身的改进,有可能所有方案最终都能达到 Type 1 类 zkEVM 的效果。届时我们将有多个 zkEVM 实现 —— 既可用於 ZK Rollups,又可用於验证以太坊链本身。

而在那之前,让我们期待看到在扩容以太坊和 ZK Rollup 不同路径上的持续创新。

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