以太坊:科普 | 一文探究zkEVM：以太坊扩容方案的关键_区块链游戏币拍卖

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；

富达实物比特币ETP(FBTC) 在德意志交易所和法兰克福证券交易所上市:金色财经报道，2月15日消息，富达国际已经进入加密货币领域，富达实物比特币ETP（FBTC）在德意志交易所和法兰克福证券交易所上市，总费用率（TER）为0.75%，FBTC将在未来几周在瑞士证券交易所上市。有实体支持的FBTC将由Eurex Clearing集中清算，由Fidelity Digital Assets担任托管人。布朗兄弟哈里曼公司将担任该产品的管理人和转让代理。富达国际表示，在富达数字资产调查发现70%的机构受访者预计未来将投资于数字资产之后，它为机构和专业客户推出了FBTC。（etfstream）[2022/2/15 9:53:44]

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。

Valour旗下ETP产品BitcoinZero和EthereumZero上线法兰克福证交所:10月19日消息，数字资产投资公司Valour旗下交易所交易产品（ETP）BitcoinZero和EthereumZero已上线法兰克福证券交易所ZertifikateAG并开启交易。此外Valour基于Cardano、Polkadot和Solana的ETP产品不久也计划陆续上线交易所。

此前报道，去年12月Valour推出基于BTC的ETP产品BitcoinZero，且对该产品收取零管理费，故其名称为BitcoinZero。（prnewswire）[2021/10/19 20:40:14]

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。

动态 | Waves宣布于德国法兰克福成立非盈利组织Waves Association:开源区块链平台Waves昨日宣布于德国法兰克福成立名为Waves Association的非盈利组织，新的组织将为其自身的生态系统Web3提供有效治理，并促进包括公共和私有区块链协议在内的DLTs的发展。Waves Association将由来自葡萄牙、西班牙、瑞士、德国、荷兰和俄罗斯六个不同国家的10名社区成员代表。Waves创始人兼协会会员Alexander Ivanov称，协会的成立是Waves生态系统的重要一步。（Cointelegraph）[2020/2/4]

zkEVM的作用

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 | 法兰克福金融管理学院呼吁欧盟区块链专家参与调查，以绘制欧洲区块链生态系统:法兰克福金融管理学院（FSFM）呼吁欧盟的区块链专家参与一项调查，以编制一个全面的数据库来绘制欧洲区块链生态系统。根据调查结果制定的主要参与者名单将向所有人开放，以便明确指出在帮助欧洲中小企业方面的领导和创新领域。（ICO Examiner）[2019/12/1]

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。

动态 | 德国法兰克学院将颁发基于区块链的课程证书:据cointelegraph报道，德国法兰克福金融与管理学院（FS）将为学生颁发基于区块链的课程证书。据悉，FS与区块链领域领先的软件公司Consensys合作推出该试点项目，FS区块链技术课程的毕业生将能够通过区块链认证来证明他们已成功完成课程。[2018/9/19]

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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