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TYP:zkSync2.0主网上线在即 先行了解各类zkEVM_ROL

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以太坊的发展路线越来越倾向于ModularBlockchain,其本质就是Layer1的datasharding和Layer2的Rollups扩容相结合,成为一种模块化架构,从而推动以太坊实现“世界计算机”的初衷。其中Rollups的技术路径选择方面,ZKRollup被认为是以太坊扩容的最终目标。

ZKRollup

ZKRollup的核心工作机制是将链上的用户状态压缩存储在一棵Merkle树中,并将用户状态的变更转移到链下进行,同时通过zksnark/zkstark证明来保证该链下用户状态变更过程的正确性。通俗地理解,ZKRollup可以理解为通过zksnark或zkstark来使用亚线性处理以验证线性数量的语句。比如,1000条语句需要10次验证者检查,10000条语句需要11次验证者检查。所以,呈现出来的结果是,ZKrollup可以实现以太坊扩容。

ZKRollup的大致区块链事务处理过程如下:

用户将他们的资产锁定在L1上的zkrollup智能合约中;

用户将涉及这些资产的交易提交给L2,L2中的某些角色将这些交易通过某些规则收集成有序批次,并为每个批次生成有效性证明和聚合状态更新;

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这个状态更新和证明被提交到L1的zkrollup智能合约并被验证,就会更新在L1的区块链上;

用户可以使用这种L1状态来检索他们的资产,从而实现完全的自我托管,所以zkrollup也被认为继承了以太坊安全。

zkEVM的必要性

众所周知,第一代的ZKRollups是不支持EVM的,可编程性和可组合性较差,只能限定在一些特定的场景,比如:Loopring只能限定在Payments&Swaps等场景;Immutable只能限定在NFTMinting&Trading&Games等场景;zksync1.0其实也不支持zkEVM。不具有通用性。

后来,头部的那些ZKRollups开始探索,在ZKRollup上研发支持EVM字节码的代码执行环境,从而使得以太坊上的智能合约可以从以太坊迁移到ZKRollup上,而无需从头开始编写代码。

声音 | BB:Voice未来将拥有评论和广告功能:近日,网友“Ryan Bethem”在推特表示,Voice的设计将导致更多的dApp而不是内容dApp,这不一定会产生好的内容。对此,Block.one CEO Brendan Blumer回复称,未来Voice也将拥有评论和广告位。在广告平台中,用户竞标展示位置,这为广告过程带来了自由的市场定价,也允许对有趣内容进行集体筛选和标识。[2020/2/19]

EVM是第一个图灵完备的区块链虚拟机,于2015年发布。它是迄今为止最久经考验的区块链虚拟机,也是以太坊非常重要的智能合约基础设施。甚至在谈到其他区块链时,也会将EVM兼容与否作为一个评判维度,因为EVM兼容的背后代表的不仅仅是智能合约执行环境,也代表着可用的以太坊生态和工具集,更代表着不可忽视的网络效应。所以,ZKRollups也没敢忽略这一块儿。

zkEVM则可以理解为将EVM作为智能合约引擎运行在ZKRollup中。zkEVM的目标是在不失去Rollup性能优势的基础上,将以太坊体验完全带入到L2。

截至目前,zkSync2.0、PolygonHermez2.0、Scroll等头部的通用ZKRollup项目都已经先后推出了zkEVM测试网,StarkNet则已经进入到了AlphaMainnet阶段。

zkEVM的兼容性分类

动态 | QBBSS质量链试点落地浙江余姚:据新华网报道,余姚市成为浙江省试点QBBSS质量链的城市,“推进QBBSS示范创建”已被余姚市列入《关于创建“全国质量强市示范城市” 开展质量提升行动的实施意见》。QBBSS质量链是中国检验检测学会联合浪潮集团、国家开发投资集团、中国检验检测创新联合体,综合运用区块链、等新技术,构建的质量保障共治体系。目前,质量链已在山东、上海、广西等省市、60多个地级市推动试点。[2018/12/30]

当前的ZKRollups的zkEVM与Ethereum本身并非完全兼容,更遑论“以太坊等效”的终极愿景。所以,不仅以太坊本身的升级规划在迁就Rollup友好型,各个ZKRollup项目也一直在解决与以太坊的兼容性问题。

Vitalik根据与现有EVM基础设施的兼容性程度,将zkEVM通用ZKRollup分为4类:

Type-1:完全等效于以太坊

Type-1型zkEVM力求完全且毫不妥协地与以太坊等效。无需改变以太坊系统的任何部分,无需取代哈希、状态树、事务树、预编译或任何其他共识逻辑。简而言之,Type-1型的zkEVM完全等效于Ethereum。

MatterLabs将于5月份上线zkSync2.0公开测试网,8月份上线主网:3月27日消息,以太坊扩容团队MatterLabs公布二层扩容方案zkSync2.0路线图,将于5月份上线zkSync2.0公开测试网,8月份上线主网。zkSync1.x很快将支持NFT的原子交换(AtomicSwap)、铸造和转账等,预计将在5月份上线主网。

MatterLabs表示,zkSync2.0具有基于EVM的编程模型和可组合性、现有Solidity源代码的可移植性、所有以太坊钱包的原生支持以及20,000+TPS(超越zkRollup的可扩展性)等功能或特性。从用户和开发人员的角度来看,zkSync2.0的设计实际上与EVM并无区别,比如,用户可以保留其现有的以太坊地址等。另外,zkSync2.0将引入一种新的整体架构,即zkRollup和zkPorter账户可混合使用。zkPorter是一种新提出的Layer2可扩展性方案,可以将ZKRollup和分片结合在一个高度可扩展且原子化可组合(atomicallycomposable)的区块链网络中。[2021/3/27 19:23:04]

Type-1型zkEVM能够像以太坊一样验证以太坊区块,或者至少验证执行层端。

Type-1型zkEVM是以太坊最终需要的,也是Rollups的最理想选择。一方面,Type-1型zkEVM可以让Rollups重用大量的基础设施;另一方面,Type-1型zkEVM能使得以太坊Layer1本身更具可扩展性,因为在Type-1型zkEVM上探索的一些对以太坊的修改,也许未来会被引入到Ethereum本身。

ZKSwap发布2021年路线图:二季度将支持无限上币:3月2日消息,ZKSwap今日公布了2021年线路图,二季度将发布ZKSwap V2版本,支持用户无限上币,并发布ZKS治理方式。三季度将发布Layer2支付SDK,推出Layer2借贷服务和稳定币兑换服务。2021年四季度至2022年一季度将研究并开发基于zk-rollup的通用EVM模型,实现Layer2的可编程性。[2021/3/2 18:08:22]

当然,Type-1型zkEVM也有缺陷。以太坊最初并非围绕ZK友好型设计的,因此以太坊协议的许多部分需要大量计算才能进行ZK证明。Type-1型与以太坊一样,无法缓解在这个事情上的低效。针对这个问题,目前行业里提出的解决方案主要是:通过巧妙的工程大规模并行化证明,或通过ZK-SNARKASIC来实现硬件加速。

目前,主要有两个团队在尝试探索Type-1ZK-EVM,一个是PrivacyandScalingExplorationsteam,一个是Taiko。

Type-2:完全等效于EVM

Type-2型zkEVM力求完全等效于EVM,但不完全等效于以太坊。它们与现有的应用程序也完全兼容,但需要对以太坊进行一些小的修改,以使开发更容易并更快地生成证明。

Type-2型zkEVM对区块结构和状态树之类的数据结构有一些修改。由于这些是EVM本身无法直接访问的结构,所以在以太坊上运行的应用程序几乎可以直接在Type-2型zkEVMRollup上运行。虽然无法按原样直接使用以太坊执行客户端,但通过一些修改仍可以使用它们,并且还可以使用EVM调试工具和大多数其他开发工具。

通过删除部分不必要的和ZK不友好的以太坊堆栈,Type-2zkEVM的证明时间比Type-1zkEVM更快些。这些修改虽然显著提高了证明者的效率,但并没有根本性解决证明时间慢的问题。总而言之,Type-2的证明时间还是很慢。

Type-3:几乎等效于EVM

Type-3型zkEVM几乎与EVM等效,在兼容性方面也有所牺牲,但其EVM更易于开发。

Type-3型zkEVM通过删除一些在zkEVM中很难实现的功能,以及在处理合约代码、内存或堆栈方面的调整,总体在等效性方面做出了一些牺牲,实现了更多的验证器时间、并使EVM更易于开发。

在兼容性方面有所牺牲,由于有一些应用程序使用了被Type-3型zkEVM删除的预编译,这些应用程序需要对其中的部分进行重写。

目前,Scroll和Polygon都属于Type-3。当然,从长远来看,还没有哪个zkEVM团队公开表明愿意长期停留在Type-3。Scroll和PolygonHermez都在朝着Type-2型zkEVM的方向发展,虽然还有许多复杂的预编译还没有实现。

Type-4:高级语言等效

Type-4类实际上属于zkVM。Type-4系统通过获取以高级语言编写的智能合约源代码,并将其编译为明确设计为ZK-SNARK友好的某种语言来工作。

优劣势都很明显。有非常快的验证时间,因为Type-4类不对每个EVM执行步骤的所有不同部分进行ZK证明,而是从更高级别的代码开始,从而降低成本并获得更快验证时间。兼容性较差,合约在Type-4系统中的地址与它们在EVM中的地址不同;手写的EVMbytecode更难使用;很多调试的基础设施不能被继承,因为这些基础设施是运行在EVM字节码上。

总而言之,Type-4属于语言级别等效,与字节码级别等效相比在兼容性方面有较大差距。根据Vitalik的观点,目前主要有Zksync属于Type-4类,尽管随着时间的推移它可能会增加对EVM字节码的兼容性;基于Nethermind的warp项目正在构建从Solidity到Starkware的Cairo编译器也会把StarkNet变成Type-4型。

各类zkEVM的比较

这些zkEVM并没有绝对的优劣之分。它们只是在兼容性与速度之间有所取舍,Type-1型zkEVM与以太坊的兼容性最高,但证明速度较慢;Type-4型zkEVM与以太坊的兼容性较差,但验证速度更快。而且我们会发现,现有的ZKRollup的明星项目,包括Zksync、StarkNet、Polygon、Scroll等都属于Type-4/Type-3这样的与以太坊兼容性没有那么高的zkVM/zkEVM类型。

Vitalik是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,最终所有zkEVM都成为Type-1类。这样的好处在于,未来会有多个zkEVM,既可以用于ZKRollup,也可以用于验证以太坊链本身。

Vitaliki提出的观点,一般来说很容易达成整个行业的共识,我也非常认可。Type-1型zkEVM的项目在Ethereum生态自然是最受欢迎的、也比较匹配EthereumL1。但Type-4类zkVM也未尝不是执行层项目的一个好的技术方案选择。主要有两点考虑:

放在ModularBlockchain的叙事下,zkVM更方便对接其他L1。如果跳出只是做以太坊生态L2的思维,没有在字节码级别兼容以太坊虚拟机,而是选择采用zkVM,也许反而方便未来对接到其他的L1共识层;

现在ZKRollup的性能顶板是受限于证明生成速度,Type-4类zkVM有优势。执行层的生成证明的速度还是非常重要的,L2把执行层的性能做到极致,也未尝不是一个好的思路。虽然说未来能够通过ASIC硬件加速来提高生成证明的效率,但效果犹未可知,Type-4类zkVM的证明生成速度较快是个挺重要的优势。

当然,zkEVM的兼容性和速度实际上并不是开发者考量基于哪个ZKRollup去做应用的唯一指标。还有许多其他的因素会影响他们的选择,比如:

费用:以哪些代币支付费用,L2费用的降低程度也是一个非常重要的考量因素,但由于多数通用ZKRollup项目还处于测试网阶段,尚无法做对比;

生成证明的规则:支持哪些人作为Prover,甚至采用哪种硬件来加速生成证明;

L2交易排序的规则:采用单个Sequencer还是采用去中心化的方式;

自托管:是否有明确的机制来确保L2发生事故的时候仍然能够在L1恢复用户资产;

数据可用性:完整的数据可用性成本自然要高些,是否可接受有些ZKRollup采用的较低成本的数据可用性模式。

总而言之,每种ZKRollup的zkEVM是在诸多性能中有所取舍,实际并没有绝对的优劣之分。

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