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zkEVM：以太坊扩容之路的下一次进化

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2023年11月20日

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以太坊的灵活性和多功能性使其成为 Web3 开发者最受欢迎的区块链之一。然而，所有这些热门因素都导致了网络拥堵和矿工费高的问题。全新扩展解决方案将便捷性、安全性和可扩展性完美融合，助您轻松解决这一问题。这种名为 zkEVM 的新机制有可能简化以太坊交易量的处理。要了解 zkEVM 的工作原理，请浏览此实用指南。

关键要点：

zkEVM 是一种扩展解决方案，将零知识技术与 EVM 兼容相结合。
它可确保用户体验在 EVM（以太坊虚拟机）上运行项目的所有功能和便利性，同时实现 ZK 汇总的快速交易和低数据使用率。
市场上一些最受欢迎的 zkEVM 属于 Layer 2 扩容解决方案 Polygon、 Scroll 和 zkSync。

什么是 ZK 卷积？

零知识（ZK）卷积是一种区块链扩展解决方案。他们使用加密零知识证明来验证数据，将多个验证捆绑在一起，并将其发布在主链上。无需处理大量额外数据，即可轻松确认交易。

什么是 EVM？

以太坊虚拟机（EVM）是一种使用以太坊区块链处理智能合约的计算环境。 该软件使开发人员能够在以太坊上构建去中心化应用程序（DApp）和其他项目。

什么是 EVM 兼容性？

EVM 兼容性本质上意味着系统可与以太坊上的所有标准协议兼容。如果项目兼容 EVM，则其编写和部署的所有以太坊智能合约均可在以太坊上运行，不会出现任何问题。

什么是 EVM 等价？

EVM 等效性进一步提升了兼容性。EVM 等值系统不只是能够与以太坊合作，而是像是以太坊生态系统的一部分一样运作。EVM 等效性保证，即使第 2 层模块、工具和智能合约库等非必要功能也能顺利运行。

什么是 zkEVM？

zkEVM 是一种扩展解决方案，将零知识技术与 EVM 兼容相结合。这确保了用户能够体验在 EVM 上运行项目的所有功能和便利性，同时还能实现 ZK 汇总的快速交易和低数据使用率。

自 ZK 上线以来，以太坊批准的 zkEVM 期权几乎已得到讨论。然而，开发人员需要一段时间才能设计出一款能够完全处理以太坊虚拟机所有用例的虚拟机。2023 年 3 月，首批在主网上上线的 zkEVM 正式上线，其中 zkSync 的时代紧随 Polygon 的 zkEVM。

zkEVM 如何运作？

创建兼容 EVM 且完全可扩展的 zkEVM 有几个不同步骤。要成功创建兼容 EVM 的 ZK 汇总，系统必须完成以下流程：

智能合约的完整计算在链外环境中运行。
证明电路会评估交易数据的详细信息，如果能够确认交易已正确验证，则会生成零知识证明。
将收集多个零知识证明，并捆绑到一个批次中，该批次一次提交到主链。
基于以太坊的验证者合约接收零知识证明，并检查每笔交易的有效性。
自签合约可更新以太坊网络，同时了解所有相关交易均经过验证。

zkEVM 项目类型

zkEVM 解决方案有多种形状和尺寸可供选择。通常，zkEVM 项目可分为以下四个类别之一。

类型 1（以太坊等值货币）

这种 zkEVM 旨在与以太坊的各个方面和所有以太坊层完全兼容。尽管 Type 1 zkEVM 能够像现有基础设施一样方便地运行，但处理每一次零知识证明计算可能需要额外一点时间。

类型 2（EVM 等值）

这种 zkEVM 类型从外部看看起来像以太坊，但内部设计细节（如区块结构）可能会略有不同。2 型 zkEVM 的微小修改有助于加快证据生成速度，但在处理更详细的用例时可能会略有不兼容。

类型 3（几乎等值 EVM）

Type 3 zkEVM 与大多数应用兼容。然而，某些结构，如预编译，可能无法与现有的 EVM 基础设施兼容。

尽管偶尔需要重写，但这款 zkEVM 具有易于构建的优势，可快速生成有效性证明。

类型 4（高位等值语言）

这种zkEVM以高级语言编写智能合约代码，然后可以编译成兼容EVM的语言。这绝对是验证交易有效性的最快方法，但其不兼容程度更高。

为什么需要 zkEVM？

许多人对zkEVM项目感到兴奋的主要原因是，他们有可能解决区块链问题，这是任何区块链的标准挑战，使其几乎无法同时去中心化，可扩展和安全。

以太坊网络自然是去中心化和安全的，因此它在 Web3 开发者中非常受欢迎。然而，为了保持可靠性，它不得不牺牲大量固有的可扩展性。这导致了一些问题，例如当某些互联网趋势需要网络同时处理大量智能合约时，天然气费会大幅上涨。

这就是零知识汇总的来源。这些扩容解决方案是以太坊交易的一种简单快捷的处理方式。由于用户只需在主网上进行交易验证，因此无需发送所有交易元数据和其他详细信息。此外，卷积设计使用户能够同时处理所有这些验证，因此即使海量数据也能快速以实惠的价格进行处理。

除了增加扩展，zkEVM 还是理想的解决方案，因为它与以太坊环境无缝对接。使用 zkEVM 的开发者无需担心系统与 EVM 之间的误解。他们可以使用以太坊上提供的各种开发工具，因此创建可扩展的 DApp 和其他项目非常简单。

最佳 zkEVM 项目

几个不同的团队推出了自己的 zkEVM 版本。下面简要比较了几款最好的 zkEVM 设计。

Polygon 的 zkEVM

该开源 zkEVM 系统是一个 Type 3 网络，是首批即将上线的 zkEVM 之一。此外，它还获得了以太坊创作者 Vitalik Buterin 的批准。由于 Polygon 的验证器设置非常庞大，因此 Polygon zkEVM 非常安全。与其他 zkEVM 设计相比，Polygon 在高速运行方面表现出色，但并不总是完全兼容 EVM。

zkSync 的 zkEVM

zkSync 的 zkEVM Era 使用自定义虚拟机来加速有效性证明的生成，同时仍支持许多以太坊协议。Era zkEVM 是一款 Type 4 系统，可将 Solidity、Vyper 和 Yul 代码转换为兼容 EVM 的代码。与其他 zkEVM 项目相比，zkSync 的兼容性问题往往更多，但其提供快速、实惠的交易能力优于其他项目。

Scroll 的 zkEVM

Scroll 专注于开发者的 zkEVM 目前正在向公众提供 alpha 测试网。目前，3 型 zkEVM 的速度和兼容性与 Polygon 的 zkEVM 略有相似。然而， Scroll 短期计划转向 Type 2 zkEVM，长期计划成为 Type 1 zkEVM。如果能够管理这些目标，它可能会成为市场上兼容度最高的选择之一。

zkEVM 的利弊

zkEVM 可为用户提供诸多不同优势：

开发人员可以轻松地为以太坊创建新项目，以便继续使用熟悉的系统。
事实证明，ZK 卷积是处理以太坊 DApp 和其他 Web3 项目常用的所有小型微交易的最快捷方式之一。
由于 zkEVM 具有互操作性，因此用户能够确信自己的设计将与未来和现有的以太坊基础设施无缝兼容。
与其他扩展解决方案相比，zkEVM 可提供更高的安全性和隐私性。
zkEVM 的矿工成本低于其他以太坊扩容方案，例如侧链。

但是，请记住，zkEVM 确实存在一些潜在缺点：

zkEVM 的设计并不总是与零知识证明计算的概念兼容，因此它不是以太坊上最直观的扩展方法。
zkEVM 越接近真正的以太坊兼容性，效率就越低。1 型 zkEVM 的运行成本非常高。
zkEVM 在实现与 EVM 特殊操作码的兼容性方面尤其容易。zkEVM 通常难以管理程序执行或错误处理等问题。
zkEVM 鼓励更多地依赖 EVM 系统，一些 Web3 支持者担心，如果大多数项目在单个区块链上运行，其生态系统就无法真正去中心化。

zkEVM 的未来

自前几款 zkEVM 设计发布以来，人们对这一概念非常感兴趣。许多人都很兴奋，因为他们认为 zkEVM 能够更实惠地构建以太坊 DApp。将速度、便捷性和可负担性相结合，有可能使以太坊主网更受欢迎。如果 zkEVM 与创作者声称一样有效，可能会导致基于现有以太坊基础设施构建的新 Web3 和 DeFi 项目激增。

然而，值得注意的是，在 EVM 中添加 ZK 上卷需要很长时间，因为以太坊的基础设计与 ZK 上卷的想法不一致。与以太坊智能合约合作时，人们可能会遇到一些错误，这可能会使人们远离 zkEVM 项目。最终，这种扩容解决方案是否成功取决于前几个系统的有效性。