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zkEVM 近况阐发:以太坊膨胀性的将来 | BTC

原文:Galaxy Digital,由 DeFi 之说念翻译剪辑。

本文先容了 4 种级别的 EVM 等效性,以太坊上的 zkEVM 姿首概览,构建 zkEVM 所面对的的挑战,zkEVM 的竞争预测。

先容

零常识以太坊捏造机 (zkEVM) 是一项唯利是图且改变游戏规则的技艺,可在短期和永久内提高以太坊的可膨胀性。本年,三个主要的以太坊扩容姿首 ——zkSync、Polygon 和 Scroll—— 各自晓谕了其 zkEVM 实施的要害阐扬,其中许多姿首已在本年的早期 alpha 阶段启动,如今看成寂寞的第 2 层 (L2) 运行区块链。跟着时辰的推移,zkEVM 有可能平直从以太坊的基础层运行。

简而言之,zkEVM 是捏造机,不错履行与以太坊捏造机 (EVM) 相通的高等编程言语或初级字节码,并使用零常识解释 (ZKP) 解释此代码,加密解释可在不泄露的情况下考据数据联整个据自己的任何信息,举例其属性或内容。早在 1982 年,算计机科学家 Goldwasser、Micali 和 Rackoff(Silvio Micali 是 Algorand 区块链的首创东说念主)初次将 ZKP 看成倡导引入。 ZKP 常常与同态加密相污染,同态加密是密码学的另一个分支,它允许对加密数据履行操作而无需解密数据。同态加密决策于 1978 年由 Rivest、Adleman 和 Dertouzos 初次建议,已成为完毕云算计和存储的要津技艺之一。值得严防的是,同态加密也被用于一些大家区块链条约,如狡饰币 Grin 来污染来往金额。

在当年的 40 年里,算计机科学家发明了多种算法来安全高效地生成 ZKP,其中许多算法属于两大类:可膨胀的透明常识论证 (STARKs) 或简易的非交互式常识论证 (SNARKs)。这些算法是为多数用例开发的,包括核裁军、身份认证系统,以及最近通过大家区块链和加密货币的出现来完毕区块链可膨胀性。绝顶是在以太坊上,许多开发东说念主员合计 ZKP 是膨胀的 “圣杯”,因为与其他用于考据来往数据的加密决策比拟,ZKP 具有简易和易于考据的特色。难以构建或破解但易于考据是密码条约开发东说念主员的共同办法,因为它允许闲居而灵验的分发。

对于零常识系统的统统克己,家喻户晓,它们很难推行和应用于解释大肆复杂性的代码。构建 ZKP 以土产货支持息争释以太坊区块链上统统类型的来往步履一直是开发东说念主员在当年几年中进行的一项捏续推敲筹画。直到 2021 年 11 月,Starkware 才推出了第一个用于解释基于以太坊的来往的通用 ZK 系统。这是通过 Starkware 团队创建的自界说编程言语 Cairo 完毕的。关联词,最近,在 2022 年 7 月,三种不同的基于以太坊的 L2 条约 ——zkSync、Polygon 和 Scroll—— 晓谕在诳骗 ZKP 以 zkEVM 的体式膨胀以太坊方面取得了破碎。

严防:诚然世俗地称为 zkEVM,但这些捏造机并莫得诳骗 ZKP 的狡饰上风,而是统统受益于 ZKP 的安全和效果上风。因此,这些类型的捏造机更准确的称号是灵验性解释生成 EVM,但在本阐发中,将使用更流行的称号 zkEVM。

本阐发旨在让读者熟识 zkEVM 的一般倡导,并查验以太坊开发中的各式完毕。由于 zkEVM 是一个高等主题,本阐发起初简要抽象以太坊网罗的近况,并通过先容区块分娩、EVM 和 rollup 等中枢倡导为意会 zkEVM 奠定基础。然后,咱们将回来以太坊上不错存在的不同类型的 zkEVM,并比较咫尺分娩中的 5 种主要 zkEVM 完毕。然后,咱们将重心先容这项新兴技艺在实施中面对的挑战,以及咱们对 zkEVM 随时辰推移的竞争格式的预测。总体而言,zkEVM 仍处于以太坊开发和摄取的早期阶段,尽管它们成为 L2 区块链和最终以太坊条约自己的首选膨胀技艺的后劲很高。

今天的以太坊

在深远推敲 zkEVM 的复杂性之前,垂危的是起初要从高线索意会来往是如何包含在以太坊的区块中的。

区块分娩

当用户向以太坊提交新来往时,联接到网罗的算计机(也称为节点)将来往存储在称为内存池的土产货数据结构中,内存池负责顾惜未阐述来往的列表。然后,赶紧选拔运行节点和典质 32 ETH 看成网罗典质品的考据者,将内存池中的来往批量处理并处理成块。选拔将新区块附加到以太坊区块链的考据者无意被称为 “提议者”。一些提议者在构建区块时将依赖第三方区块构建器而不是土产货内存池,以从最大可索取价值 (MEV) 中取得额外奖励。联系 MEV 的更多信息,请阅读这份 Galaxy Research 阐发。

区块按规章组织,并通过父哈希(前一个区块的 header 哈希)联结在通盘。每个区块皆包含其父区块的前一个哈希,将区块联结在通盘并变成区块链数据结构。通过父哈希联结区块如下图所示:

直到 2022 年 9 月 15 日,以太坊依赖责任量解释 (PoW) 共鸣机制,矿工代替考据者负责区块分娩,矿工无需花消多数资金,而是需要花消多数电力处理用户来往。如需 PoS 对以太坊影响的圆善分类,请在此处‌阅读 Galaxy 的 Merge 推敲纲目。

在 PoW 和 PoS 共鸣条约下,以太坊区块链缺少可膨胀性的根源在于有限的区块空间问题。区块空间在以太坊上以 gas 为单元测量。需要更多算计量才能履行的来往常常以较高的 gas 单元订价,而算计成本较低(即资源密集程度较低)的来往具有较低的 gas 成本。 gas 通过以太坊网罗自动竖立的称为基本用度的动态 gas 费率调度为 ETH。以太坊条约甩手区块,因此它们最多只可包含 3000 万单元的 gas。这个最大区块 gas 甩手保捏了快速的区块传播时辰并镌汰了链分裂的风险。联系以太坊用度动态的更多信息,请阅读这份 Galaxy Research 阐发‌。

以太坊捏造机

一朝来往被包含在以太坊上的一个区块中,这些来往就明白过称为以太坊捏造机 (EVM) 的自界说运行时环境履行。 EVM 旨在在以太坊上部署大肆复杂度的代码。这本色上是使以太坊成为通用区块链的根柢原因,无意也称为图灵完备系统。

EVM 履行来往的方式有规则。起初,EVM 将东说念主类可读的编程言语(如 Solidity 和 Yul)编译为面向机器或 “初级” 言语,称为 EVM 字节码。然后,EVM 将字节码解析为称为 “操作码” 的规章领导列表。每个操作码高歌 EVM 履行不同的任务,并以十六进制体式在 EVM 字节码中示意。举例,在链上履行智能合约时高歌 EVM 保留瞬态数据的操作码以助记符示意为 “MSTORE”,以十六进制体式示意为 “0x52”。为了匡助读者倡导化操作码,以下是以太坊黄皮书中界说的浅易操作码的快照‌:

多年来,以太坊开发东说念主员向 EVM 添加了新的操作码。他们还添加了预编译,使用户简略在网罗上履行更高等的操作,举例哈希函数和标量乘法。看成同类中的第一个运行时环境,EVM 已被闲居用作通用大家区块链上智能合约部署的圭臬。关联词,看成同类技艺中的第一项,EVM 如实存在盘算甩手,其中与本阐发最干系的是 EVM 缺少与 ZKP 的兼容性。

rollup

为了提高以太坊的可膨胀性,有几个 L2 网罗将来往履行从基础层抽象到 rollup。 Rollups 压缩来往数据,使得将一批来往提交到基础层所需的区块空间量彰着低于通过链上的内存池单独阐述这些来往。 rollups 由被称为 “排序器” 的网罗运营商运营,而不是考据者或矿工。排序器负责考据 rollup 的情状调度。它们是将用户来往打包成一个 rollup 批次,然后将这批来往的解释提交予以太坊基础层的实体。下图走漏了排序器在 rollup 中的作用:

联系以太坊 L2 生态系统的圆善抽象,请阅读这份 Galaxy 推敲阐发‌。

Rollup 不同于以太坊上的其他膨胀惩处决策,举例 Plasma 和情状通说念,这些决策在以太坊的历史进度中,中枢开发东说念主员也曾推敲并从以太坊的可膨胀性门道图中吊销。rollup 有两种主要类型:Optimistic 和零常识 (ZK)。 Optimistic rollups 依赖于欺骗解释,这意味着对 L2 网罗情状的转变会在莫得平直解释其灵验性的情况下发布到以太坊。只须至少有一个敦厚的参与者在不雅察 optimistic rollup 的情状调度,就不错检测并取消无效的情状调度。就 Arbitrum 和 Optimism 而言,不错提交欺骗解释的 “挑战窗口” 捏续一周。一朝挑战窗口收尾,optimistic rollup 的情状调度就被合计是最终的和灵验的。

另一方面,ZK rollup 依赖于 ZKP,每次在 L2 上处理来往批次时,ZKP 皆会生成灵验性解释并发布到以太坊。自动生成统统来往批次的灵验性解释,增多了 ZK rollup 的安全保险。这也意味着每次向以太坊提交新的灵验性解释时皆不错从 ZK rollups 中索取资金,而对于 optimistic rollups 常常有大要 7 天的恭候期以允许争议和欺骗解释的生成。 ZK rollups 还提供了比 optimistic rollups 更好的数据压缩。下表回来了 optimistic 和 ZK-rollup 之间的高等各别:

optimistic rollup 相对于 ZK rollup 的主要上风是 optimistic rollup 的捏造机与 EVM 的捏造机险些相通。咫尺在以太坊上运行的 optimsitc rollup 完毕,如 Optimism 和 Arbitrum,模拟了与以太坊相通的来往履行环境,分又名为 OVM 和 AVM。大多数 ZK rollup 皆是特定于应用门径的,这意味着它们不支持统统类型的基于以太坊的来往和 dapp。

Loopring、StarkEx rollups 和 zkSync 1.0 是特定应用门径 ZK rollups 的示例,它们支持特定类型的支付、代币交换和 / 或 NFT 铸币。

StarkNet 等某些 ZK rollup 是通用的,这意味着它们支持统统类型的来往和 dapp。关联词,这些 ZK rollup 条款 dapp 开发东说念主员学习如安在新的自界说履行环境中履行他们的智能合约代码,该环境针对生成 ZKP 而优化,而不是 EVM 兼容性。鉴于现存的去中心化应用门径和用户难以加入新的履行环境,这对在以太坊上摄取 ZK rollups 建议了挑战。为了克服这个问题,Polygon Hermez、zkSync 和 Scroll 等 ZK rollup 姿首正在致力于于完毕与 EVM 兼容的 ZK rollup,EVM 是以太坊上统统智能合约代码的原生履行环境。

STARK、SNARK、Volitions 和 validiums

在实践中,rollup 不仅通过链上发布的解释类型来鉴识(optimistic rollup 中的欺骗解释或 ZK rollup 中的灵验性解释),而且还通过 rollup 的数据可用性政策息争释算法来鉴识。

如本阐发前边所述,有两大类灵验性解释,称为 SNARK 和 STARK。

SNARKs 依靠椭圆弧线密码学,这是一种在比特币和以太坊中最常用的数据加密技艺。 SNARK 常常还依赖于实在竖立,这意味着该算法需要由实在实体提前生成一段数据。实在竖立庆典不是相通的事件,而是一个东说念主或一群东说念主生成中枢数据的一次性过程。此数据称为大家参考字符串 (CRS),它是一个值,然后在 zk-SNARK 算法顶用于生成实在赖的解释。淌若生成 CRS 所需的输入受到挫伤,那么这可能会导致诞妄的解释生成。因此,垂危的是统统庆典参与者放手用于生成 CRS/SRS 的输入,或者在庆典完成后使其无法收复。基于 SNARK 的算法的一些示例包括 Sonic、Plonk、Redshift 和 Marlin。STARKS 不要依赖椭圆弧线或实在竖立。 STARKS 依赖哈希函数,一些开发东说念主员合计哈希函数有益于抗量子加密。关联词,STARK 更复杂,需要更多的算计资源才能运行。它们在 2018 年推出的时辰也晚于 SNARKs,而 SNARKs 自 2012 年以来一直存在。由于这些原因,看成解释算法,SNARKs 比 STARKs 被更闲居地使用。基于 STARK 的算法的一些示例包括 Fractal、SuperSonic、Fri-STARKs 和 genSTARK。

除了生成灵验性解释的不同方法外,ZK rollup 的数据可用性政策也不同,这意味着它们对来往批次的哪些组件最终发布在链上的政策。 Rollups,包括 optimistic 和 ZK,常常在每次处理一批来往时将三份数据提交到主网以太坊。起初,rollup 的考据者将新网罗情状的根哈希提交予以太坊。 (情状是指 L2 上来往和账户余额的更新纪录。)情状纪录在一个 Merkle 树数据结构中,如下图:

根哈希是整个 Merkle 树的密码甘心,无意也称为情状甘心。并不条款统统 ZK rollup 皆将根哈希提交予以太坊,但它们这么作念的办法很常见,办法是使用发布在以太坊上的数据松弛重建和考据在 rollup 上履行的来往。

除了用于阐述第 2 层区块链新情状的高等根哈希除外,以太坊上还纪录了加密解释。在 optimistic rollups 的情况下,此解释不错是 ZKP 或欺骗解释。它不错通过 STARK 或 SNARK 算法生成。终末,除了这两条数据除外,ZK rollups 还向以太坊发布了批处理来往的压缩版块,也称为情状增量。 State delta 是一种将多数来往数据提交到以太坊的经济高效的方式,这是 ZK rollups 零散的。 Optimistic rollups 代替情状增量,使用其他数据压缩技艺来批量处理事务并将它们提交到链上。

(旁注:某些 ZK rollups 姿首,举例 Scroll 团队,执行上并不依赖于将情状 delta 发布到以太坊所取得的额外数据压缩收益。在 Scroll 开发东说念主员的心目中,行将到来的代码转变,举例以太坊雠校提案 EIP-4844 和 danksharding 将昭着镌汰将来往数据提交予以太坊的成本,这么情状 delta 相对于其他数据压缩技巧的效果提高不错忽略不计。)

使用来自 Merkle 树最低层(叶子)的数据,并将其与来自 Merkle 树最高层(根)的根哈希相结合,允许任何东说念主重建和考据在链上提交的来往批次的内容。大多数汇总的一个决定性特征是简略使用链上提交予以太坊的数据从头创建在第 2 层网罗上履行的来往。关联词,某些 rollup 幸免将情状 delta 或其他压缩来往数据提交予以太坊,而是将数据发布到其他方位以镌汰运营成本并提高网罗可膨胀性。某些开发东说念主员会争狡辩,幸免将来往数据提交予以太坊并因此顽固来往重建保证的第 2 层网罗不应归类为 rollup。

rollup 处理情状 delta 的方式决定了该网罗是不错归类为 validium 如故 volition。

Validium 最佳将其意会为仅在链上提交灵验性解释和根哈希,同期将情状 delta 存储在链下的单独网罗上的 rollup。这在表面上将 rollup 的来往朦拢量提高到 9,000 TPS,因为 rollup 不再依赖以太坊的数据可用性并受网罗区块空间的甩手。 validiums 的过错是安全性。用于发布链下数据的寂寞网罗不秉承与以太坊相通的安全保证。volitions 让用户决定在链下或链上发布情状 delta。 它们起初由以太坊膨胀初创公司 Starkware 草创。 这是一种新颖的方式,通过平直在链上向以太坊或 Starkware 实在数据可用性委员会 (DAC) 等链下网罗阐述,让用户决定他们的来往是否需要增强的安全性,但成本可能更高。

EVM 等效的 4 个主要层面

给出了意会以太坊上来往履行的上述框架、EVM 和 ZK rollups,咱们当今不错推敲 zkEVMs。 zkEVM 是一种 ZK rollup,它师法与主网以太坊相通的来往履行环境。 zkEVM 的完毕在解释算法和数据可用性政策上有所不同。 zkEVM 的 EVM 等效级别也不同。 EVM 等效性有四个主要级别。 以下是不同级别的高等摘抄:

言语层面等效

为了完毕言语层面的 EVM 等效性,zkEVM 必须简略意会并土产货编译 EVM 友好的言语。换句话说,这些类型的 zkEVM 不错将 EVM 友好的编程言语(如 Solidity 或 Yul)翻译成一种为生成 ZKP 而优化的定制言语。这被合计是在 ZK-rollups 中完毕 EVM 兼容性的最浅易和最灵验的方法之一。关联词,这些类型的 zkEVM 在为用户和智能合约开发东说念主员提供与 EVM 交彼此同的体验方面最受甩手。

与 EVM 的言语层面兼容性意味着通过编译器运行 Solidity,该编译器将 EVM 的高等编程言语翻译成定制的初级言语,不错由专为生成 ZKP 而盘算的捏造机解释。对于大多数只体恤通过 Solidity 代码与 EVM 交互的以太坊用户和智能合约开发东说念主员来说,zkEVM 的底层步履可能并不垂危,只须不错通过 zkEVM 履行与以太坊主网上相通类型的代码即可。另一方面,为 EVM 构建的复杂开发器用、框架和测试环境可能需要修改才能在仅具有言语层 EVM 兼容性的 zkEVM 上使用。

字节码层面等效

EVM 等效的第二个和第三个层面是字节码层面,这需要 ZK rollup 才能解释从更高等言语(举例 Solidity 或 Yul)编译下来的 EVM 字节码。 zkEVM 不错师法与 EVM 相通的高等编程言语和初级字节码,从而完毕与 EVM 更深线索的兼容性。这些类型的 zkEVM 构建起来更复杂,因为它们需要更高等的工程盘算。

如本阐发前边所述,捏造机履行 EVM 字节码的方式是通过称为操作码的特定领导列表。每个操作码高歌 EVM 履行不同的任务。字节码兼容的 zkEVM 的办法是创建一个 ZK 系统,该系统不错解释 EVM 字节码并解析字节码包含的各式操作码。这些类型的 zkEVM 的上风在于它们与基于 EVM 的应用门径和器用的兼容性。统统字节码兼容的 zkEVM 将简略支持与基于以太坊的原生应用门径相通的调试器用和开发东说念主员基础设施。关联词,完毕统统的字节码兼容性常常会带来创建低效且奋斗的 ZK 系统的负面完结。为了镌汰成本和提高效果,部分字节码兼容的 zkEVM 可能会删除 EVM 的某些功能,举例使用 ZK 数学和密码学更难懂释的预编译。

咫尺,有两种字节码兼容的 zkEVM,Polygon zkEVM 和 Scroll zkEVM。两者皆将在本阐发的背面部分进行更详确的推敲。在他们现时的盘算中,这两个完毕仅部分兼容 EVM 字节码。然则,跟着时辰的推移,这些完毕正朝着统统兼容的标的骁勇。

共鸣层等效

EVM 等效的第四个亦然终末一个层面是共鸣层。这是 ZK rollups 不错完毕的对 EVM 的最高原生兼容性。它无意被称为 “enshrined rollups”,尽管并非统统 enshrined rollups 皆需要基于 ZK,但不错是 optimistic rollups。这个念念法是由 zkEVM 生成的加密解释不需要以任何身份在以太坊上从头履行。解释自己可用于考据主网以太坊上生成的区块。从某种意思意思上说,完毕共鸣层面兼容性的 zkEVM 是 zkEVM 的最确凿体式。

对于一些开发者来说,简略完毕共鸣层面兼容性的 ZK rollup 是惟逐一种应该称为 zkEVM 的 ZK rollup,而其他具有言语和字节码兼容性的 ZK rollup 应该分别被合计是 EVM 兼容的和 EVM 等效的,但不是一个 zkEVM。对于 zkEVM 的精准界说过甚不同层面的 EVM 等效性,以太坊开发东说念主员之间存在多数争议。事实上,EVM 等效是一个范围,上头形色的每个层面皆不是严格的类别。 zkEVM 开发的早期性质意味着为言语层面兼容性而构建的姿首也可能提供某种类型的字节码层面兼容性,而字节码层面兼容的 zkEVM 最终可能会发展成为具有多数共鸣层面等效性的搀和 rollup。

在本阐发的下一节中,咱们将深远了解咫尺在以太坊上分娩的五个 zkEVM 完毕。

以太坊上的 zkEVM 姿首概览

咫尺,还莫得接近分娩就绪的 zkEVM 完毕不错完毕共鸣层面的兼容性。 这是一个正在进行的推敲和开发边界,以太坊中枢开发东说念主员将其形色为 “多年工程骁勇”。 关联词,有些完毕在言语和字节码层面上完毕了等效,这仍然为以太坊上现时主要以应用门径为中心的 ZK rollup Layer 2 生态系统提供了雠校。 构建 ZK rollup 来履行一般的智能合约和用户来往而不是以应用门径为中心的来往是一项繁重的任务,到咫尺为止,唯有少数姿首在主网上见效启动。

以下是以太坊上五个 zkEVM 姿首的高等抽象:

zkSync 2.0

Matter Labs 是一个区块链工程团队,成立于 2018 年 12 月。该团队于 2020 年 6 月在以太坊上推出了我方的 ZK rollup 条约,称为 zkSync。zkSync 是以太坊上锁定总价值第六大 L2 网罗,支持有限范围的智能合约操作,包括 ETH、ERC20 代币和原生 NFT 的低 gas 传输,以及原子互换和限价订单。该公司最近通过由 Andreessen Horowitz 牵头的 B 轮融资筹集了 5000 万好意思元,并晓谕了一项 2 亿好意思元的国库基金,致力于于在将来几年膨胀 zkSync 生态系统。

zkSync 2.0 是一种言语级兼容的 zkEVM,旨在支持统统类型的智能合约操作。 zkSync 2.0 依赖于一种基于 SNARK 的解释算法,称为 UltraPLONK。它还依赖于称为 LLVM 的开源编译器基础架构,将 Solidity 和其他类型的编程言语编译成 zkEVM 字节码。该姿首于 2022 年 10 月在 “婴儿 alpha” 阶段启动,掂量到 2022 年底将对外部用户全面盛开,尽管 Matter Labs 团队仍未暴露 zkSync 2.0 解释生成的全部细节。 (由于 L2 网罗之间的热烈竞争,以及由于 rollup 技艺的初期阶段导致了更大的技艺过错风险,大多数 rollups 姿首皆在高度守密的情况下运行,况且不公布开源开发历程。)一朝启动,zkSync 2.0 将是一种 volition,让用户不错选拔将情状 delta 从他们的链下来往发布到一个称为 zkPorter 的单独条约,而不是在链上发布到以太坊。该政策表面上会将 zkSync 2.0 的每秒来往朦拢量从 2,000 TPS 提高到卓越 20,000 TPS。

StarkNet

与 zkSync 同样,StarkNet 是 Starkware 团队构建的也曾在以太坊上运行的通用 ZK rollup。 Starknet 的来往履行环境称为 StarkNet OS,其原生智能合约编程言语称为 Cairo。与其他 ZK rollups 比拟,Starknet 是功能最全面的网罗之一。 StarkNet 为用户提供了一个可选的链下数据惩处决策(使 rollup 成为一种 volition),以完毕比非 volition 类型的 rollup 成倍镌汰的来往用度。 StarkNet 操作系统依赖于基于 STARK 的解释算法。与 zkSync 2.0 同样,在 StarkNet OS 上生成解释的过程不是开源的。与 zkSync 等竞争敌手访佛,跟着时辰的推移,开源对于解释生成的细节,以便任何东说念主皆不错联接到网罗,运行专用硬件,并通过生成解释取得奖励,这是 rollup 永久发展门道图的一部分。

StarkNet 自己不支持与 EVM 的言语层面兼容性。然则,以太坊履行层软件客户端 Nethermind 背后的团队正在积极构建名为 Warp 的 Solidity to Cairo 言语编译器。使用 Warp 编译器,StarkNet 用户不错部署基于以太坊的智能合约,而无需在 Cairo 重写代码。此外,还有一个名为 Kakarot 的社区驱动姿首,用于构建另一个 Solidity 到 Cairo 言语的编译器,以匡助支持 StarkNet 与 EVM 的兼容性。

Starkware 团队在 7 月公布了他们推出原生 StarkNet 代币和新基金会的筹画。在显现开动 100 亿供应量的三分之一将分拨给 StarkNet 中枢孝敬者后,代币的拟议分拨成为争议的根源。本年,Starkware 看成一家公司以 80 亿好意思元的估值筹集了 1 亿好意思元。该轮融资由投资公司 Greenoaks Capital、Coatue 和 Tiger Global 领投。除了 StarkNet 除外,StarkWare 还为用户提供了一种可定制的区块链可膨胀性惩处决策,称为 StarkEx,它诳骗了该公司新颖的基于 STARK 的 ZK 技艺。与 StarkNet 不同,StarkEx 是一个以应用门径为中心的 ZK rollup。使用 StarkEx 在以太坊上完毕更大可膨胀性的一些值得严防的 DeFi 应用门径包括 soRare、Immutable 和 DeversiFi。

polygon zkEVM

Polygon 团队构建的 zkEVM 完毕(以前称为 Matic Network)完毕了与 EVM 的字节码级别兼容性。 Polygon 的 zkEVM 掂量将于 2023 年头的某个时候在以太坊上推出,况且最近已开源供公众审查。 (垂危的是要严防,诚然代码不错公开检察,但弗成使用、修改或分享,因为它不是在开源代码许可下发布的。)Polygon 的 zkEVM 完毕依赖于基于 SNARK 和 STARK 的解释。具体来说,zk-SNARKs 用于解释 zk-STARKs 的正确性。这具有诳骗与 zk-STARK 干系的快速解释时辰以及生成 zk-SNARK 所需的相对较轻的算计资源的上风。对于数据可用性,Polygon 的 zkEVM 完毕不会立即支持链下数据惩处决策。然则,Polygon 正积极致力于于通过开发 Polygon Avail 使他们的 zkEVM 完毕成为一种意愿。

Polygon 成立于 2017 年,是一家主要专注于以太坊不同膨胀惩处决策的公司。它于 2020 年 6 月推出了基于权利解释的以太坊侧链,称为 Polygon PoS。从其时起,Polygon 的家具套件得到了昭着发展和万般化。除了该公司的 zkEVM 实施除外,它还在积极开发另外两个 ZK rollup 实施,Polygon Miden 和 Polygon Zero,以及结合了 optimistic rollup 和 ZK rollup 的搀和 rollup 实施,称为 Polygon Nightfall。本年早些时候,Polygon 团队完成了自初次代币刊行 MATIC 代币以来的第一轮要害融资,并从 40 家风险投资公司筹集了 4.5 亿好意思元。该轮融资由红杉成本印度领投。

Scroll

Scroll 是另一个字节码层面兼容的 zkEVM 完毕。 Scroll 由 Sandy Peng、Ye Zhang 和 Haichen Shen 于 2021 年创立,他们于 2022 年晓谕为白名单用户推出他们的 pre-alpha 版块测试网。值得严防的是,围绕其 zkEVM 完毕的统统代码皆是公开的,并在开源许可下发布。 Scroll 将依赖于一种基于 SNARK 的解释算法,况且不支持链下数据可用性惩处决策。此外,Scroll 团队正在盘算一个用于解释生成的去中心化市集,以支持他们的 zkEVM。为此,他们还专注于构建不错由宇宙各地的用户运行的专用硬件,以无需许可和抗审查的方式生成 ZKP。

Scroll 团队与以太坊基金会的膨胀惩处决策研发团队密切相助,称为狡饰膨胀以太坊 (PSE) 团队。 PSE 在 zkEVM 方面的责任将在本阐发的下一节中推敲。与 zkSync、StarkWare 和 Polygon 等其他团队比拟,Scroll 更小,更专注于推敲(即较少以买卖为导向)。他们也只专注于他们的 zkEVM 实施,而其他竞争团队领有一套其他与 ZK 干系的家具和管事。 Scroll 本年在 A 轮融资中筹集了 3000 万好意思元,投资方包括 Polychain Capital 和 Bain Capital Crypto 等当先的加密货币风险投资公司,以及包括以太坊基金会的 Ying Tong 和 Carlos Aria 在内的几位天神投资东说念主。

狡饰与膨胀探索 (PSE)

PSE 是以太坊基金会的一个推敲机构,专注于探索 ZKP 的前沿推敲过甚在以太坊上的应用。他们以前被称为 “AppliedZKP” 小组。与本阐发中强调的其他 zkEVM 实施比拟,PSE 的 zkEVM 并不专注于在不久的将来成为分娩就绪(PSE 推敲的分娩就绪组件正在由 Scroll 团队实施)。 PSE 正在推敲的 zkEVM 专注于证据 enshined rollup 模子完毕与 EVM 的共鸣层兼容性。

PSE 推敲中使用的解释算法是称为 Halo2 的 zk-SNARK,由 Zcash (ZEC) 加密货币的中枢开发团队 Electric Coin Company 开发。 PSE 团队构建的 zkEVM 开发是开源的,任何东说念主皆不错参与。 除了 zkEVM,PSE 团队还在鼓舞其他几个姿首,包括推敲反共谋去中心化应用门径基础设施、增强用户来往狡饰以及替代加密签名决策。 如需 PSE 正在处理的姿首的圆善列表,请单击此处。

构建 zkEVM 的挑战

与在以太坊上构建分娩就绪的 zkEVM 完毕存关,存在一些捏续的挑战。 实施 zkEVM 等新技艺、zkEVM 的去中心化操作以及构建用于生成 zkEVM 解释的专用硬件的未经证实和未经测试的性质是开发东说念主员面对的阻遏。 本节提供了对这些挑战的一些视力。

新奇点

zkEVM 是以太坊上的一个新倡导,责任在 2022 年才老成动手。这项技艺面对的一个浅易挑战是其未经证实和未经大范围测试的性质。大多数 zkEVM 完毕在生成解释的方式、生成解释的硬件条款以及去中心化排序器的细节方面仍然存在很大的暗昧。成就对 zkEVM 看成可靠的可膨胀性惩处决策的信任是 Scroll、Polygon、StarkNet 和 zkSync 等团队关注的一个垂危边界。

去中心化的挑战

围绕去中心化 zkEVM 操作的前进说念路的问题闲居适用于统统 rollup(包括 Optimistic rollup),因为灵验性和欺骗解释的生成在很大程度上取决于中心化排序器。如上所述,排序器是 L2 利益干系者,负责批处理用户来往并将这些批次的解释提交予以太坊的 L1。

咫尺在以太坊上运行的每个 rollup 皆由中心化排序器运营,并依赖于由单个实体顾问的可升级智能合约。今天 rollup 的中心化性质的一个主要原因是由于技艺的初期以及在代码中出现不测诞妄时需要快速开采。此外,尤其是 zkEVM 背后的技艺在箝制变化,因此很难自信地激励用户在我方的开采上运行这项新兴技艺。为 rollup 去中心化排序器常常意味着启动一个代币并充实一个共鸣条约,以一种无需许可的方式组织多个排序器息争释者。诚然启动代币和创建共鸣条约的挑战对于大家区块链来说并不崭新,但它们需要时辰和多数的洽商才能负背负地启动。由于盘算和最初的供应分拨,StarkWare 晓谕的代币筹画引起了争议,而 Polygon 掂量将在其 zkEVM 推出后雠校其现存 MATIC 代币的代币经济学。 zkSync 也有望在将来几个月为其 rollup 推出专用代币,而 Scroll 推出代币的筹画仍不开朗。

在 zkEVM 的布景下,用于排序器去中心化的垂危的第一步是开源姿首软件,在撰写本文时很少有东说念主这么作念。在去中心化 zkEVM 操作方面,不错依赖于多数事先存在的用户进行 rollup 的 zkEVM 完毕可能具有上风。

zkEVM 硬件挑战

诚然 zkEVM 解释考据起来很浅易,但生成它们需要多数算计,部分原因是 ZKP 背后的数学依赖于线性算计序列。这使得并行化责任以在机器上生成解释变得费事。最近使用递归解释在这方面取得了阐扬。递归解释是一种减少解释生成蔓延的技艺。它指的是相通生成解释的解释以进一步压缩来往,从而不错并行处理 ZK-rollup 上的小批量来往。这是 StarkNet VM 和 Polygon 的 zkEVM 用于生成灵验性解释的技艺。

由于生成 ZKP 所需的密集算计性质,zkEVM 可能不得不依赖高等硬件,举例图形处理单元 (GPU)、现场可编程门阵列 (FPGA),以致专用集成电路 (ASIC)。需要极端的硬件来运行必要的算计来生成解释,这与需要极端的硬件来证据责任量解释 (PoW) 共鸣条约灵验地挖掘区块莫得什么不同。这两个硬件行业的增长各别在于解释者与矿工的选拔过程。

解释者是负责生成灵验性解释的网罗利益干系者。另一方面,排序器负责将用户来往排序和打包成批次,并将数据提交到第 1 层区块链。从技艺上讲,排序者息争释者的职责不错合并为一个变装。关联词,因为解释生成和来往排序皆需要高度专科化的手段才能很好地履行,是以拆分这些职责不错阻扰汇总功能无用要的聚会。

淌若解释者和排序器的选拔过程访佛于矿工的选拔过程,依赖于达成中本聪共鸣并用最高效的硬件奖励参与者,那么 ZKP “挖矿” 行业就有可能沿着相通的轨迹发展看成比特币的 PoW 挖矿业。关联词,有几个原因不错解释为什么特定解释者的选拔过程更可能是一个在盘算上访佛于权利解释 (PoS) 而不是中本聪立场的 PoW 共鸣的笃定性过程。

起初,对解释者使用中本聪式的选拔过程意味着领有最高效硬件的解释者将主导解释市集。为了幸免解释者市集的把持,以及解释者相通用电,像 Scroll 这么的姿首正在寻找替代盘算来选拔解释者,这需要解释者将钞票看成典质品,这与以太坊考据者被条款典质 32 ETH 的方式不同。 staking 模子的实施确保解释者在游戏中领有皮肤,不错因顽固网罗安全性和活跃性的步履而受到刑事背负,举例未能为指定的一批来往算计灵验性解释。垂危的是,奖励和刑事背负解释者的激励与在 ZK-rollup 上选拔排序器的模子相均衡,以便网罗利益干系者有填塞的参与来履行这两项背负。

笃定性地选拔解释者生成解释而不是让统统解释者竞争生成解释的另一个克己是不错提高来往朦拢量和网罗可膨胀性。选拔解释者意味着几个解释者不错并行地为不同批次的来往生成解释,而不是统统解释者皆为归拢批来往生成解释。关联词,依赖于某种体式的 staking 和 slashing 的指挥东说念主选举系统的弊端之一是复杂性。与中本聪立场的 PoW 系统比拟,PoS 系统依靠更复杂的制衡盘算来保捏参与者的敦厚。举例,中本聪式的共鸣常常只需要参与者,即矿工,产生他们责任的解释来取得奖励。笃定性 PoS 系统可能对参与者(常常称为考据者)建议更多条款,举例存入钞票、奉求钞票、对来往和区块进行投票、提议区块以及监控其他考据者的步履。

大多数 zkEVM 可能会尝试通过选拔笃定性(基于分拨)而不是概落拓(基于竞争)的无需许可的解释者选拔过程来尽量减少 rollup 的用电量。以太坊和洽首创东说念主 Vitalik Buterin 臆测,证据 PoW 共鸣条约,算计 zkEVM 的灵验性解释所需的电力不到用于开采 ETH 的 1%。 zkEVM 盘算东说念主员的办法是尽可能减少解释时辰,同期让尽可能多的用户不错经济地打听解释生成。完毕共鸣层兼容的 zkEVM 的条款之一是将解释生成时辰减少到与以太坊第 1 层块时辰(平均 13.5 秒)很是。

唯有当 zkEVM 背后的法式变得澄清和圭臬化后,ZKP 硬件制造商才能实在成长和进修。 终末,预测灵验性解释算计行业的用电量仍然很费事,直到 rollups 摄取并实施一种无需许可地选拔解释者和排序器的模子。

zkEVM 竞争预测

在短期内,各式 zkEVM 正在竞争成为第一个在主网上启动。 关联词,从永远来看,他们将在 EVM 兼容性层面(从言语到共鸣层面)和 VM 效果方面张开竞争。 一朝支持 zkEVM 的技艺得到更闲居的测试、使用和意会,zkEVM 很可能还必须与 optimistic rollups 和其他 L2 可膨胀性惩处决策竞争以吸援用户摄取。

先发上风和后发上风

zkSync、Polygon 和 Scroll 团队的 zkEVM 完毕正在竞相率先在主网上推出。起初在主网上启动的上风归结为在引诱 dapp 开发东说念主员方面当先于其他 zkEVM 完毕。鉴于 rollup 之间的互操作性和 dapp 可组合性很费事,这可能是一个绝顶垂危的成绩。 Dapp 可组合性是指像积木同样在 dapp 之上构建 dapp 的才气,是以太坊去中心化金融 (DeFi) 生态系统的一个绝顶垂危的特征,它使 dapp 开发东说念主员更有可能被 L1 或 L2 所引诱,而这些 L1 或 L2 也曾领有最多的摄取。

另一方面,由于 zkEVM 看成一项技艺的新颖性,首批推出的 zkEVM 完毕不太可能针对以太坊 dapp 开发东说念主员进行最优化。正如本阐发中提到的,在字节码层面和共鸣层面上与 EVM 统统兼容的 zkEVM 完毕尚未准备好用于分娩。不错更原生地支持以太坊 dapp 部署的 zkEVM 完毕可能不会起初启动,而是具有更多 EVM 等效的后发上风。等效性水平越深,zkEVM 的开发东说念主员入职体验就越容易。换句话说,从 2015 年以来一直是主要 dapp 的履行环境的 EVM 不错周折的器用越多,zkEVM dapp 开发东说念主员的摄取就越好。

通过 EVM 等效性引诱 dapp 开发东说念主员是 zkEVM 完毕之间第一个彰着的竞争边界,诚然 dapp 开发东说念主员摄取的先发上风很强,但该技艺还处于初期阶段,因此仍有进行要害迭代和雠校的空间。来构建一个分娩就绪的 zkEVM。最终,该游戏访佛于从零动手的改革者逆境 —— 成为第一个并尝试成就分销和社区更好,如故成为第二个并以更好的功能推翻先驱更好?

捏造机盘算

跟着时辰的推移,zkEVM 的另一个竞争和雠校边界是效果。如前所述,EVM 并未针对 ZK 系统进行优化,构建通用的 ZK rollup 不错解释基于以太坊的智能合约和 dapps 需要多数支拨。跟着时辰的推移,为 SNARK 或 STARK 解释优化的其他 VM 盘算可能会镌汰 EVM 兼容性,这是 Starkware 团队强烈捏有的不雅点。将 Solidity 编译为 Cairo 的 Warp 器用和其他访佛器用皆是社区驱动的举措,因为里面 StarkWare 团队专注于使 StarkNet 的 VM 尽可能高效,而不是浅易地与 EVM 兼容。

在以太坊上,值得严防的是,EVM(以及关联的 Solidity)弗成在不顽固 dapp 向后兼容性的情况下进行要害转变或升级。自 EVM 于 2015 年发布以来,开发东说念主员对 EVM 过甚高等编程言语 Solidity 进行了修补,以在较小的方面提高可用性和安全性。举例,在 2019 年以太坊伊斯坦布尔硬分叉升级时间,中枢开发东说念主员向 EVM 添加了一个名为 “CHAINID” 的新操作码,它将复返法式链的惟一标记号。这是为了通过允许节点查验 CHAINID 来阻扰升级的节点联接到未升级的节点,这是一种绝顶有用的升级,有助于阻扰 “重放挫折”,在这种挫折中,坏心步履者不错诳骗不良的节点发现。

以太坊中枢开发东说念主员一直坚称,以太坊的发展门道图中仍将对 EVM 进行进一步的转变。新的操作码和预编译可能会持续添加到 EVM 中,这标明现存的 zkEVM 完毕必须生动地适当 EVM 中的变化。关联词,即使有了这些雠校,Mina、Sui 和 Aptos 等替代第 1 层区块链仍然有契机尝试不同的 VM 盘算和智能合约言语盘算,从永远来看,这可能会使 EVM 落后。 zkEVM 完毕主要侧重于在字节码和共鸣层面与 EVM 的深度兼容性,永久押注 EVM 在智能合约开发中的干系性和主导地位。

Optimistic rollups 过渡到 ZK rollups

终末,本阐发中推敲的五个 zkEVM 完毕打败了 Optimism 或 Arbitrum 等乐不雅汇总,这并不是一个势必的论断。在技​​术层面上,ZK rollups 比 optimistic rollups 更安全、更高效,况且有可能更具成本效益。然则,它们在解释为 EVM 盘算的通用算计方面的生动性并未经过测试和大范围闲居部署。一朝 zkEVM 推出况且其背后的技艺愈加进修和稳健,以欺骗为能源的乐不雅汇总(举例 Optimism 和 Arbitrum)就有可能升级并过渡到生成灵验性解释。此外,搀和汇总数多解释者系统使用欺骗解释乐不雅地考据用户来往并间歇性地发布灵验性解释,跟着 zkEVM 背后的技艺进修,渐渐加速灵验性解释的生成时辰是一个活跃的推敲边界,今天正在厚爱推敲由像 Vitalik Buterin 这么的以太坊中枢开发东说念主员和像 Optimism 的 Kelvin Fichter 这么的 L2 开发东说念主员。

也曾在以太坊上推出的 Rollup 具有事先存在的用户群的上风,表面上不错很容易地移植到 Rollup 的新升级版块,访佛于 2022 年推出的 Arbitrum Nitro。这种可能性可能是团队为什么选拔 zkEVM 的支持者(不包括 Scroll)对统统开源他们姿首的代码心神依稀,直到他们的主网启动,直到他们的 rollup 成就了一个很是大的用户群以与其他现存 rollup 的网罗护城河竞争。跟着时辰的推移,optimistic rollups 到 ZK rollups 的可升级性标明 zkEVM 完毕不仅彼此竞争,而且在更闲居的以太坊 L2 生态系统的布景下。

论断

最近对 zkEVM 的兴味激增激发了几个对于以太坊可膨胀性门道图结尾的问题。在最确凿的意思意思上,zkEVM(与 EVM 具有共鸣层面兼容性的 ZK rollup)代表了对 EVM 主导地位的永久押注,况且通过关联,以太坊看成智能合约履行的主要平台。 zkEVM 亦然对以太坊可膨胀性门道图的永久押注,因为它以汇总数将来往履行抽象为 rollup 而不是与共鸣和数据可用性相结合。

尽管本年晓谕了几个接近分娩就绪的 zkEVM,但该技艺仍处于起步阶段。完毕与 EVM 具有共鸣层面兼容性的 zkEVM 仍然是一项推敲筹画,距离准备好插足分娩可能还需要数年时辰。关联词,对于仅在一年前完毕与 EVM 的字节码级兼容性的 zkEVM,情况亦然如斯。 Polygon、zkSync、StarkWare 和 Scroll 对 zkEVM 完毕的快速发展持续推动算计机科学和数学的界限,况且超出了预期。在以太坊主网上推出 Polygon zkEVM 和 zkSync 2.0 将是使用确凿用户和 dapp 步履测试 zkEVM 的垂危着手。

两个分娩就绪的 zkEVM 的可用性和可膨胀性可能会不仅颠覆 zkEVM 条约的竞争格式,而且还会颠覆 optimistic rollups 和替代 L1 区块链的竞争格式。淌若 zkEVM 见效,optimistic rollups 将不得不调度为 ZK rollup 盘算以保捏永久竞争力。替代的 L1 区块链还必须在其 VM 盘算上进行改革,以与可膨胀的 EVM 竞争。对于 ZKP 在以太坊上的就绪性和适用性还有许多待解释,而分娩就绪 zkEVM 的推出应该被视为这项新技艺竞争格式的动手。

zkEVM 的一些捏续关注和发展边界包括它们的硬件盘算和代币经济学。用于生成 ZKP 的硬件环境以及哪种 rollup 见效地去中心化解释生成仍有待不雅察。这在很大程度上将归结为各个团队的社区建设,以及这些汇总中的任何一个简略在多大程度上见效地激发 dapps,尤其是 DeFi dapps 向其网罗的大范围迁徙。这些发展边界需要时辰和迭代才能正确。关联词,鉴于 zkEVM 试图在以太坊上完毕的先进性,以及它们对大家区块链将来的闲居潜在影响,这一阐扬将受到以太坊利益干系者、推敲东说念主员、密码学家和学者等的密切关注。