zkSync2.0主网上线在即 先行了解各类zkEVM

Vitalik希望随着时间的推移，zkEVM的改进与以太网房间本身的改进相结合，所有zkEVM都成为类型-1。这些优点是，将来多个zkEVM可用于验证ZK Rollup和以太网链本身(将来以太网将对ZK-SNARK更加熟悉)。

作者：0x1

原文：《zkSync2.0主网上线之际浅析各类zkEVM》

以太的发展路线越来越倾向于Modular Blockchain，其本质是结合Layer1的data sharding和Layer2的Rollups扩展，成为模块化体系结构，促进以太的“世界计算机”实现。其中，在Rollups的技术路径选择方面，ZK Rollup被认为是以太坊扩张的最终目标。

ZK RollupZK Rollup的核心工作机制是将链的用户状态压缩存储在Merkle树中，将用户状态更改发送到链下，同时通过zksnark/zkstark证明确保该链下用户状态更改过程的准确性。一般来说，ZK Rollup可以理解为通过zksnark或zkstark使用sublinear处理来验证线性数量的语句。例如，1000个门需要10个验证者检查，10000个门需要11个验证者检查。因此，ZK rollup能够实现以太坊扩张。

ZK Rollup的近似区块链交易流程如下：

用户将他们的资产锁定在L1的ZK rollup智能合同上。

用户将与这些资产相关的事务处理提交给L2、L2的部分角色(Sequencer，初始大多数项目开始集中，项目开始集中)，将这些事务处理收集到通过特定规则排序的批中，并为每个批生成有效性证明(zksnark/zkstark)和聚合状态更新。

此状态更新和证明将通过提交给L1的ZK rollup智能协议进行验证，并在L1的块链上进行更新。

用户可以根据各种数据可用性机制，使用这些L1状态来发现资产，从而实现完全的自我托管，因此ZKROLLLUP也被认为继承了Etherfance安全性。

ZkEVM的必要性是众所周知的

后来，头部的ZK Rollups开始在ZK Rollup上开发支持EVM字节码的代码执行环境，使Etherfang的智能合同可以从Etherfang迁移到ZK Rollup，而无需从头开始编写代码。

EVM是2015年发布的第一个图灵全区块链虚拟机。它是迄今为止验证时间最长的区块链虚拟机，也是以太坊非常重要的智能合同基础设施。对于其他区块链，EVM兼容性也可以作为判断维度。因为EVM兼容性背后不仅包括智能合同执行环境，还包括可用的以太坊生态和工具集。表示不可忽略的网络效果。所以，ZK Rollups也不敢忽视这一块。

ZkEVM可以理解为将EVM从ZK Rollup作为智能合同引擎运行。ZkEVM的目标是在不失去Rollup性能优势的情况下，将泰邦经验完全导入L2。

到目前为止，zkSync2.0、Polygon Hermez2.0、Scroll等头部的通用ZK Rollup项目相继推出了zkEVM测试网，StarkNet已经进入Alpha Mainnet阶段。

ZkEVM的兼容性分类目前，ZK Rollups的zkEVM与ETHEUM本身并不完全兼容，更不用说“Ethereum对等”的终极愿景了。因此，Etherfance本身的升级计划不仅解决了Rollup的友好形式，而且每个ZK Rollup项目也解决了与Etherfance的兼容性问题。

Vitalik根据与现有EVM基础架构的兼容性程度，将zkEVM通用ZK Rollup分为四类。

Type-1:与以太坊完全相同

Type-1型zkEVM完全不妥协，追求与以太坊平等。不需要替换散列、状态树、事务树、预编译或其他共识逻辑。简而言之，Type-1型zkEVM与以太网完全相同。

类型-1 zkEVM可以像以太网房间一样验证以太网块或至少执行层(包括所有事务执行、智能协议和帐户逻辑，信标链协议逻辑除外)。

类型-1型zkEVM是以太的最终需要，也是Rollups的理想选择。另一方面，Type-1型zkEVM使Rollups能够重复使用许多基础架构(例如以太网执行客户端、Block Explorers、Block Production等)。另一方面，Type-1型zkEVM可以引入Ethereum本身，因为Type-1型zkEVM中探索到的一些EtherEUM修改可以引入EtherEUM本身。

当然，Type-1型zkEVM也有缺陷。以太坊最初不是围绕对ZK友好的设计设计设计的，所以以太坊协议的很多部分都需要大量的计算才能证明ZK。Type-1不能像以太坊一样缓解这件事的低效(生成证明需要很长时间)。目前业界对此问题提出的解决方案是通过巧妙的工程大规模并行化证明或ZK-SNARK ASIC加速硬件

目前，有两个主要团队想浏览Type-1 ZK-EVM，一个是隐私和缩放部署小组，另一个是泰科。

Type-2:与EVM完全相同

type-2型zkEVM与EVM完全平等，但与以太坊不完全平等。与现有应用程序完全兼容，但需要对以太网研讨会进行一些修改，以便更轻松、更快速地证明开发。

类型2 zkEVM对数据结构(如区块结构和状态树)进行了一些修改。这种结构是EVM本身无法直接访问的结构，因此在Etherfang上运行的应用程序几乎可以直接在Type-2型zkEVM Rollup上运行。不能直接使用以太网研讨会运行客户端，但可以通过一些修改使用，还可以使用EVM调试工具和大多数其他开发工具。

通过消除不必要的、ZK不友好的以太网方形堆栈，Type-2 zkEVM的证明时间比Type-1 zkEVM快。这种修改大大提高了证明人的效率，但证明时间缓慢的问题没有得到根本解决。总之，Type-2的证明时间仍然很慢。

Type-3:与EVM基本相同

类型-3英寸zkEVM与EVM大致相同，兼容性也会牺牲

Type-3型zkEVM消除了zkEVM难以实现的功能(例如预编译)，并通过对合同代码、内存或堆栈处理的调整，整体牺牲了对等性。增加验证者时间，轻松开发EVM。

有些应用程序使用Type-3型zkEVM删除的预编译，因此牺牲了兼容性。需要重写这些应用程序的一部分。

目前，Scroll和Polygon都属于Type-3。当然，从长远来看，zkEVM队没有公开表示要长期留在Type-3。虽然Scroll和Polygon Hermez有许多复杂的预编译尚未实现，但它们正在向Type-2型zkEVM方向发展。

Type-4:高级语言对等

类型-4类实际上属于zkVM。Vyper系统通过导入用高级语言(Solidity、Vyper)编写的智能合同源代码，并将其编译成熟悉ZK-SNARK的语言来工作。

优缺点都很明显。验证时间非常快，因为Type-4类从高级代码开始，而不是对每个EVM执行阶段的所有其他部分执行ZK验证，从而降低了成本并缩短了验证时间。兼容性差。Type-4系统的合同地址与EVM的地址不同。手写的EVM bytecode更难使用。许多调试基础架构在EVM字节代码上运行，不能继承。

结论Type-4是语言水平等效性，与字节码水平等效性相比，兼容性差异较大。根据Vitalik的观点，目前主要是Zksync属于Type-4类别，但随着时间的推移，与EVM字节代码的兼容性可能会增加。基于Nethermind的warp项目正在构建从Solidity到Starkware的Cairo编译器，StarkNet也正在转变为Type-4型。

比较不同种类的zkEVM的zkEVM没有绝对的优劣。Type-1英寸zkEVM和以太网之间的兼容性最高，但已证明速度慢。类型-4 zkEVM与以太网端的兼容性较差，但验证速度更快。您还可以看到，现有ZK Rollup的明星项目，包括Zksync、StarkNet、Polygon、Scroll等，都是与以太网兼容性不是很高的zkVM/zkEVM类型，如type-4/type-3。

Vitalik希望随着时间的推移，zkEVM的改进与以太网房间本身的改进相结合，所有zkEVM都成为类型-1。这些优点是，将来多个zkEVM可用于验证ZK Rollup和以太网链本身(将来以太网将对ZK-SNARK更加熟悉)。

Vitaliki提出的观点一般很容易达成整个行业的共识，我也非常认可。type-1英寸zkEVM项目在以太网生态系统中最受欢迎，并且与以太网L1非常适合。但是，Type-4类zkVM对执行层项目也不是一个好的技术选项。有两个主要考虑因素。

根据Modular Blockchain的叙述，zkVM更容易与其他L1对接。如果摆脱了创建Etherfang生态L2的想法，在字节码级别与Etherfang虚拟机不兼容

现在，ZK Rollup的性能顶板仅限于证明生成速度，具有type-4类zkVM的优点。执行层的生成证明速度仍然非常重要。L2最大限度地提高执行层的性能也不是一个好主意。据说，以后通过ASIC硬件加速可以提高生成证明的效率，但Type-4种zkVM的证明生成速度快是一个重要的优点。

当然，zkEVM的兼容性和速度不是开发人员考虑基于哪些ZK Rollup应用的唯一指标。还有很多其他因素影响他们的选择。例如：

成本：用什么令牌支付成本L2成本降低也是一个非常重要的考虑因素，但不能比较，因为大多数通用ZK Rollup项目还处于测试网络阶段。

证明生成规则：支持谁作为提供者，甚至使用什么硬件来加快证明生成速度，

第2层事务排序规则：使用单个Sequencer或集中方法

自我托管：在发生L2事故时，L1是否有恢复用户资产的明确机制

数据可用性：总体数据可用性成本当然更高。能否接受某些ZK Rollup使用的低成本数据可用性模型

总之，各ZKROLLLUP的zkEVM在众多性能中选择了其中的一个，但实际上并没有绝对的优劣之分。

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