Foresight Ventures- 从 Polygon zkEVM 出发 理解 zkEVM Ro

作者：msfew@Foresight Ventures

以太未来的路线可以说是为了Rollup，目前寄予最大期望的方案是采用零知识证明技术的ZK Rollup。

一般来说，ZK Rollup认识到构建zkEVM的开发非常困难，需要几年的工程开发。允许开发人员无缝移植和部署与EVM兼容的ZKEVM，以开发与EVM兼容的zkEVM并优化性能。

实施ZkEVM一直是其他ZK Rollup团队(如以太坊基金会和Polygon)的核心任务。从长远来看，实施zkEVM不仅可以解决EVM主要以太网共识瓶颈的所有方面。

I/O:通过无状态和enshrined zkEVMs

存储：无状态和增强型zkEVMs

计算：通过enshrined zkEVMs

使用ZkEVM作为关键组件，您可以构建真正完整的通用Rollup网络。

Polygon最近带来了带有zkEVM的alpha版本ZK Rollup，与Scroll、StarkNet、zkSync和Sin7Y等方案相比，它们各有千秋

0.zkEVMa) zkEVM简介在了解zkEVM Rollup如何颠覆以太网广场用户体验之前，我们需要了解zkEVM的概念。如果想进一步了解zk、zkVM和zkEVM，请阅读前面的研究文章。

ZkEVM的概念可以分为两部分。

Zk:零知识证明技术，用简明的证明证明了tx布局的有效性，计算可靠，可以实现扩展。

EVM: EVM: EVM生态系统的智能合同执行者。有了EVM，EVM才能具备智能合同操作能力，成为全球计算网络(相比之下，比特币的功能只能算作计算器)，EVM就能衍生出EVM兼容性、EVM对等性、EVM超集的概念。

然后，zkEVM是至少在编程语言级别与EVM兼容的ZK虚拟机。智能合同在zkEVM上运行后，将生成ZK证明，以证明执行状态转换的有效性，并使计算可信。验证者不需要再次运行，只需要验证(开销小)。

B) zkEVM的含义

ZkEVM在各级意义重大。

对于Rollup扩展：zkEVM可以生成大量tx的证明，以便在基本网络上快速验证，并且无需完全可靠和复杂的协议，从而通过基本网络安全性获得计算可靠性。

对于DApp开发者：开发者可以通过zkEVM将ZK的超能力授予所有智能合同，而无需学习ZK相关的硬核知识或Solidity和Vyper以外的新语言。

对于zkEVM开发人员：您只需保留ZkEVM，而不必为网络的智能合同功能创建单独的电路。

对于第3层生成器：您可以尝试在zkEVM上安装第3层的Verifier。因此，第3层的批量交易可以在主网络认证(L3: 1000tx L2: 10tx L1: 1TX)中同时证明为TX，并大量包装。

以太：多个zkEVM场景的存在最终成为重要的公共谷歌(Public Goods)，帮助以太网实现下一步Enshrined zkEVM和ZK everything的Roadmap。

C) zkEVM方案和进度比较最近ZK Rollup项目活跃。StarkNet宣布未来通话，Aztec宣布隐私defi，zksync宣布主要在线倒计时，Scroll宣布zkEVM、Polygon的Alpha前版本。

以太坊生态可以说是ZK和zkEVM的军备竞赛。正如我们在以前的zkVM和zkEVM文章中所说的，zkEVM的方案各有千秋。

第一个是技术上大方向上的差异，基本上分为两个方向。

两个方向都有不同的选手。

基本：基于Polygon、Appliedzkp、Scroll和Taiko。当然，最后三个都是在同一个Repo中开发的，基本上可以看作是同一个方案。

编译基础：StarkNet、zkSync、OlaVM等。这条赛道上选手最多，但每个项目的差异都很大。

根据Vitalik的分类对比方法，分为以下类型：

type 1:enshrined zkEVM，非常适合以太网广场L1。示例：AppliedZKP。

类型zkEVM相当于完全EVM，内部结构略有不同。未来的Scroll和Hermez。

Type 2.5: EVM等价物、gas cost不同，可能会出现一些兼容性差异的zkEVM。添加了复杂任务的precompiles后面的Scroll和Hermez。

Type 3:几乎相当于EVM的zkEVM。现阶段的Scroll和Hermez。

Type 4:在语言级别，与EVM兼容的zkEVM、功能和开发人员设施可能会有所不同，开发人员无法直接手写EVM Bytecode

方案的取舍实际上有很多变数。就像游戏中的早期人物一样，只有一定量的天赋点可以分配给每个变量，也可以说是一个三难选择。

性能(ZK Prover、Verifier、开销、硬件加速)

适应性(DApp开发人员、基础设施、开发工具、矿工)

开发困难(维护困难、开发进度、系统复杂性、工程实施复杂性)

典型方案的差异如下：

StarkNet:实施全新的zkVM (CairoVM)。性能好，开发难度不高，但适应性不足(实施EVM需要Warp转换器)。最大的亮点是生态已经形成，同时存在存储配置和分形扫描

ZkSync: IR级别的zkEVM (LLVM-IR部分)。适应性(语言级别适应)、性能和开发难度中等、灵活性高，最大的亮点是编译器迭代期间除Solidity外，还可以通过LLVM支持其他语言。

Hermez和Scroll:都是Bytecode级别的zkEVM(这并不意味着完全重用EVM Bytecode，但差别很小)。适应性强，性能牺牲(原来EVM对ZK不友好，电路化后有很多性能问题需要克服)

1.polygon zkEVM Rollup polygon hermez此次开源zkEVM roll up网络的关键组件是zkEVM。其整个技术解决方案与其他方案的比较与前面介绍的基本一致。

A) Polygon zkEVM Rollup体系结构Polygon zkEVM Rollup的总体体系结构如下：

体系结构的核心是zkEVM本身。zkEVM运行第2层的tx，链下的证明网络在zkEVM上生成tx运行的有效性证明，最终状态更改和证明将提交给以太网家庭以太网。

Polygon zkEVM Rollup的核心组件包括PoE共识算法、zkNode、zkProver、STARK和SNARK的Proof Builder以及Rollup跨链桥：

PoE共识算法：为了提高安全性、效率和去中心化，PoE算法取代了Hermez 1.0的PoD算法。PoE与PoS相结合，确保Polygon zkEVM Rollup的消除中心化和效率。所有运行zkNode的矿工都可以成为Sequencer。所有运行ZkNode和zkProver的矿工都可以成为聚合者。其中，支付矿工区块权利的gas fee将使用$MATIC进行交易。

ZkNode: zkNode是想参与Polygon zkEVM Rollup网络的矿工必须运行的软件。zkNode执行tx同步、排序和验证。另外，如果您只想知道网络的运行状态，而不是参与，则只需运行一个READ。

ZkProver: zkProver是希望以聚集者角色身份参与Polygon zkEVM Rollup网络的矿工必须运行的软件。zkProver顾名思义是生成ZK证明的证明器。本质上，zkEVM是多项式表示的状态转换。ZkProver包括Main SM Executor和多台辅助状态机器，以实现状态转换证明。

STARK和SNARK Proof Builder:两个Proof Builder是STARK和SNARK的两个不同证明。STARK (PIL STARK)生成状态转换批处理多项式约束满足度的证明，SNARK(SNARKJS)；

Rollup跨链桥：Polygon zkEVM Rollup不仅可以作为传统的Burn/Mint跨链桥，也可以作为与其他L2的跨链桥。

B) Polygon zkEVM Rollup设计Polygon zkEVM Rollup设计的核心思想如下：

去中心化(任何人都可以通过DA重建整个Rollup的状态，不存在Censorship或中央控制。）

不需要访问(任何人都可以作为Sequencer或Aggregator参与网络)

安全性(继承以太网安全性、通过以太网网络更新Rollup状态并支持身份认证)

性能和效率(通过PoE、链下计算、链桥协议的UTXO模式结算和多种加密优化方案提高性能)

C) Polygon zkEVM Rollup的功能实际上具有使Polygon计划与众不同的诸多优点。

第一，Polygon开发组之间的协作自然地形齐心协力。Polygon的ZK宇宙包括Polygon Hermez(即Polygon zkEVM的主力开发团队)、Polygon Zero、Polygon Miden和Polygon Miden。模块化方案包括许多其他团队。三支ZK球队的方向略有不同，但都是zkVM领域的顶级球队，在技术方案和体系结构上可以直接合作，互相帮助。例如，Polygon Hermez选择64-bit的small field的STARK证明生成就是采纳了Polygon Zero的建议。

此外，Polygon zkEVM Rollup在ZK技术上有很多创新。例如，两个DSL zkASM和PIL的创造可以用来解释EVM字节码和编码多项式约定。STARK和SNARK的组合发挥了STARK的Scalable和SNARK的Succinct，证明整体速度更快，同时减少了最终链的空间消耗在优化中，使用高效的Goldilocks作为基地场实现Keccek电路的并行计算

Polygon Hermez和Scroll以各自的方式做了大量工作，以证明他们与EVM相当。要实现EVM等效性，必须将EVM的Ocode编写为ZK电路，而Polygon必须通过zkASM进行说明。然后在zkExecutor中运行(Geth本质上是解释)，Scroll是能够直接影响Geth客户端的Execution Trace的证明。这两者的兼容性没有实质性差异(运行时解释或翻译不影响适应性)。Polygon的方案在EVM等化中对证明节点更加友好和高效，相比之下，Scroll的重点是充分重用Geth的安全基础，便于审计。

我认为，Polygon Hermez的zkEVM解决方案在基本EVM支持和性能之间击中了Sweet Spot，不仅通过zkASM解释EVM，避免了基于EVM的开发复杂性高的问题，而且通过从不同角度进行创新和优化，性能不再是zkEVM的致命问题。

2.zkEVM Rollup方案的优点a) Layer 1和Rollup用户写Layer 1 gas已经很久了。在我们以前的MEV研究中讨论了理想的网络形态。

在理想的网络中：

任何人都可以发送交易(no censorship)

无垃圾信息(no spam)

费率很低(low fees)

此外，在Crypto和区块链的背景下，网络必须能够集中和扩展性能。这就是理想区块链网络的三种困难模式。

Low fees with no spam

decentralized with no permission and no censorship

带有general computation的Scalable with

Layer 1的团体区块链不能同时做到这几点，Rollup通过去中心化区块进行去中心化验证，最终达到了高性能、去中心化、低率的结局。

这也是我们从Rollup文章中得出的结论。

B) Optimistic Rollup和ZK Rollup在长期观点和实际理论性能上限上比OP Rollup更具可扩展性，并增强了安全假设。

Optimistic Rollup在使tx成为真正的finalized方面遇到困难，一旦ZK Rollup的证书生成并得到验证，tx就可以直接成为完全finalized。

Rollup的OP相当于第1层的PoW和最长链原则，ZK与PoS有相关共识。对第1层来说，PoW和PoS的机制都是可能的，但追求性能的Rollup最终需要更强的保证(通过誓言或加密)的ZK机制。

这也是从模块化区块链句中得出的结论。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

c)如果ZK Rollup和zkEVM Rollup是ZK Rollup，为什么现在热的是Optimistic Rollup

目前运行的ZK Rollup没有Loopring等通用计算功能，因此开发人员不能在Rollup中分发和移植智能合同，因为开发人员停留在单个工作阶段。

Zk证明主要用于证明操作的正确性。zkEVM Rollup的出现是用来培育Optimistic Rollup等智能合同生态系统的，比一般的ZK Rollup转账扩展网络灵活得多，比OPTIMISTIC ROLL8

3.zkEVM Rollup的用户体验a)天时地利人和zkEVM Rollup的出现是天时地利人和：

日：第1层扩展遇到瓶颈，Optimistic Rollup探索了Rollup的道路。

地理：以太坊提供的安全和社会共识为zkEVM Rollup的建立提供了完美的土壤。

人和：EVM生态占据了区块链开发的主导地位，众多ZK开发团队正在为zkEVM方案做出贡献。

那么，zkEVM Rollup对用户有什么样的体验提升呢

必须先定义用户。用户认为包括开发者和普通用户。

b)开发者的用户体验zkEVM无需学习新语言或签订新合同，即可开发DAPP。Solidity作为区块链契约世界的第一语言，拥有大量的资源和生态，它结合了最适合区块链场景的语言这两个优点，远远超过Move和Rust等

卷起解锁更多的应用场景：泰邦主网，支付、游戏等应用由于性能和开销问题而不合适。zkEVM Rollup能够以DApp的形式实现更多应用程序。

c)用户的用户体验ZK比PoS网络更强的安全性和比OP Rollup更快的finality:一些PoS网络通过令牌担保来保证安全性，但资金较少，安全性担保不强。ZK的加密通过数学确保绝对的安全性。OP Rollup的挑战期使tx在一段时间内无法确认，ZK Roll

EVM一致的使用流程和基础设施：除了需要在钱包和应用程序内切换网络外，用户的所有使用过程都与主网络一样，不需要额外的学习费用，只需要像以前一样使用应用程序。

卷起OP和ZK Rollup都可以提供L2的instant finality。用户体验上几乎没有反应，交易已经执行。因此，用户无需等待10秒或10分钟以上，即可继续发送下一笔交易。在应用程序使用中，用户可以更轻松地进行连锁活动。高频交易或

D) Polygon zkEVM Rollup用户体验在未来的zkEVM Rollup中，用户和开发人员的体验将无限接近以太网家庭以太网，凭借低gas和快速确认的优势，将变得更加快速和流畅。

在Polygon zkEVM Rollup的计划中，ETH始终是Rollup的gas fee评估单位，MATIC作为抵押所需的令牌。这是一个非常好的决定。

更好的价值捕获：Polygon通过PoS网络运营经验得出的结论是，抵押带来的价值捕获比直接使用代币作为gas要好。

更好的使用体验：ETH作为Rollup令牌，可以使L1用户或跨链桥项目免于流程的额外Swap阶段(大多数人会直接跨越ETH)。同时，ETH作为gas更为正统。

更大的差异：Polygon zkEVM Rollup可能与Polygon PoS有更大的差异，根据机制的不同，用户需要这些差异来选择更适合自己的方案。

此外，波林给zkEVM Rollup带来的是：

熟悉的“环境”:即使用户不在意底层的技术变化，一切也会和Polygon PoS非常相似。但是，从各方面来看，zkEVM Rollup将更快、更安全、更易于使用。开发者也可以参与熟悉的黑客发送，享受Polygon积累的丰富开发生态和社区。

4.让我们分析一下zkEVM Rollup的未来zkEVM Rollup方案的未来，技术未来和该方案的最终形式是什么。

A) zkEVM技术Vitalik对这一主题有非常深刻的见解。他总结的四种zkEVM分类中，没有真正的好与坏方案，只是其他技术上的取舍：更接近底层，但更慢，兼容性不足，但更快。

从长远来看，zkEVM的工程落地和优化只是时间上的问题。每一个方案都有自己的价值。Vitalik也表示，这些不同的方案可以随着时间的推移慢慢变化。直到找到适合自己定位的。

最好的未来是，我们有非常多种口味的zkEVM，所以开发者可以选择自己喜欢的，以太坊主网也可以通过他们的创新来自我开发。创新越多，未来越好。

B) Rollup技术Rollup技术最终将成为zkEVM Rollup，Optimistic Rollup将继续拥有自己的位置，甚至还有zkEVM和Optimistic混合的Rollup。

ZkEVM Rollup在很多方面都比Optimistic Rollup好。但是，Optimistic Rollup最大的优点是部署更加简单。Optimism Bedrock和Geth只有500行代码不同。任何了解Geth的工程师都可以轻松创建Optimistic Rollup，也可以在将来的Celestia中使用Optimint等引擎。OP Rollup的道路已经全面探索。zkEVM Rollup复杂性高，学习门槛高，目前还没有完全落地的经验和方案。

c)技术.谈论很多技术不是最重要的，但技术确实不是最重要的。zkEVM Rollup、Rollup、Etherfance，甚至区块链的瓶颈不是工程着陆或DA或共识的技术瓶颈，而是用户。

web 2的例子(Nelson谢谢):苹果的应用商店所有开发者都优先在应用商店发布应用程序，但应用商店的审查不稳定，经常随机拒绝上传应用程序。比起Android的应用市场或亚马逊的应用市场审查，要友好得多。因为应用商店有成熟稳定的用户社区！无论Android或亚马逊应用市场的开发者体验有多糟糕，开发者都会涌向用户所在的平台。

软件开发的目标是解决更多的问题，提供更多的价值，而不是优雅的API、100% Test Coverage和最好的编程语言。这意味着要面向更多的用户。

d)最终形式那么在我们的想象中，真正的最终zkEVM Rollup会怎么样呢

最终基础：技术

ZkEVM水平：所有方案只要能落地就好，但不必过于原教旨主义。以太EVM是非常Legacy的旧系统(当然仍然是最好的方案)，可以对zkEVM进行更多的改进和创新，但zkEVM需要更多的优化，需要减少proving overhead。

Rollup级别：优先考虑区块链的核心价值(集中化、安全性)，而不是TPS的军备竞赛。

最终核心：社会共识

生态层面：最理想的情况是，所有以太网家庭网络上的应用程序都将迁移到一个Rollup中。如果这个zkEVM Rollup本身有良好的生态基础，启动时将会开启很多其他方案。在这方面，Polygon不得不说有很大的优势。

开发者级别：EVM兼容性不是决定性因素，哪个zkEVM Rollup能最快接触开发者，让开发者用它作为网络进行开发。绝不是互联网顺应开发者，而是让开发者从整体上选择最快或最好的网络，慢慢适应这个网络的开发。

用户水平：用户的心和社会共识非常重要。除了Reach开发者，谁是最先有效的Reach到用户的最重要因素。成功的网络不应该成为技术宅优越性的自我，它实际上为用户解决问题，创造价值。

ZkEVM Rollup有着光明的未来。

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