作者：DeGate Team

来源：Medium

陈一晚风

在以太坊Layer 2扩展网络Arbitrum和Optimism网络宣布主网公开测试版正式启动后，Layer 2的整体数据增长非常明显，这也标志着以太坊Layer 2扩展解决方案之一Optimistic Rollup已正式启动。是的，这是一个属性Layer 2的季节。

当像Arbitrum和Optimism这样的Optimistic Rollup另一成为市场焦点时，另一个已经被路印协议CTO Steve Guo认证是最终完全可用的Layer 2网络zkEVM也取得了一些关键进展。现在，我们看到的越来越多zkEVM扩大以太坊已成为关键。本文将带您深入了解zkEVM基本原理和发展现状。

概要

1、zkSync8月31日宣布推迟其2.0版本。基于zkEVM的zkSync 2.0有望成为第一个兼容 EVM的zk Rollup；

2、8月13日，Polygon宣布以2.以太坊以5亿美元收购Layer 2扩展解决方案Hermez，它的核心技术是它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，希望将军EVM直接通过所有操作码ZK电路实现。

正如我们所知，在比较中Optimistic Rollup和ZK Rollup两种扩容解决方案，V神认为 Optimistic Rollups短期内可能赢得通用EVM但从长远来看，随之而来ZK-SNARK技术改进，ZK rollup在所有的应用场景中获胜。ZK-SNARK技术改进主要是指zkEVM的成功。

zkEVM的作用

在开始探究zkEVM在工作之前，让我们重新了解以太坊。本质上，以太坊是一种基于交易的状态机器。在计算机科学中，状态机是一种通过读取一系列输入从旧状态到新状态的机器。

从创造状态开始，以太坊通过一笔又一笔交易转变为以太坊的当前状态。该状态包括所有帐户地址及其映射的帐户状态。

其中，EVM或以太坊虚拟机负责处理交易。EVM程序员用作堆栈机Solidity编写代码等高级语言，然后编译成EVM能够理解的EVM字节码。EVM以各种EVM标准堆栈操作以操作码的形式执行，最终产生新的状态。

现在问题来了。我们知道zk Rollup需要解决方案Layer 2上的交易生成零知识证明，并传回Layer 1进行验证。为了生成零知识证明，交易的处理需要符合zk而在EVM在设计之初，设计师并没有考虑支持零知识证书。所以我们需要 zkEVM。从技术上讲，zkEVM 的意思是:运行在zk Rollup网络上的虚拟机兼容EVM零知识证明友好。

两种实施策略

对于zkEVM目前实现策略主要有两种。

直接支持现有的EVM操作码集，和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保持开发工具Solidity兼容性。这个方案主要是zkSync使用。

因为它完全支持现有的第一种策略EVM并使用操作码集EVM同样的编译器，现有的生态系统与开发工具完全兼容，更好地继承了以太坊的安全模型。第二种策略不是原始的EVM操作码集的约束可以更灵活地将代码编译成对零知识更友好的操作码集。它也消除了所有的原始EVM操作码集与所需的繁重工作兼容。

一般来说，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。

比较主要解决方案

Hermez zkEVM

Hermez使用第一种策略，将整个EVM将操作码集转换为微操作码。

众所周知，有一些可变的EVM例如，操作代码CALL、EXP、CREATE 等，他们是对的zk电路证明本质上是不友好的，这些操作码的逻辑可以用微操作码以更友好的方式表达。微操作码在uVM中执行，uVM使用大量的加密工具zk完成并使用Plookup提高证明和验证效率的算法。

HermezzkEVM另一个亮点是，它同时使用两个证明系统生成一个STARK然后使用证书PLONK或Groth16生成一个STARK证明并存Layer 1验证就像证据一样。原因是STARK证明量大，验证链成本高Groth16或PLONK认证量小，验证速度快。这种组合各有优点，很容易被认为是使用不对称和对称加密算法的场景。

AppliedZKP zkEVM

与Hermez一样，AppliedZKP zkEVM第一用第一种策略。AppliedZKP使用Bus Mapping分离存储和计算映射思想Bus Mapping正确存储映射提取的数据，State证明数据的一致性，EVM证明了计算逻辑的正确性。

具体流程如下：

1. EVM通过Bus Mapping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Bus Mapping映射写回新状态；

4.State证明负责Bus Mapping读写数据的一致性和正确性，EVM证明负责EVM正确执行操作码。

zkSync EVM

与Hermez和AppliedZKP不同，zkSync选择第二种策略。zkSync的zkEVM不是EVM新设计的复制品可以运行99%Solidity合同，并其在各种条件下正常工作(包括回滚和异常)。zkEVM可有效生成电路中的零知识证明。

zkSync EVM使用TinyRAM实现一般操作码集，消耗大量gas比如SHA256和keccak，将其电路特别实现，最后采用递归聚合技术将所有证书聚合成一个，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表示可以将字节码编译成不同的后端；Zinc是一种基于Rust智能合约和通用零知识证明电路的语言。这为开发人员提供了更多的选择。

另外，zkSync选择编译器LLVM最先进的工业产品编译框架，以确保编译足够完整，并具有所有的经典优化。

总结

从这些扩容项目中，我们可以看到，在团队的不断努力下，zkEVM技术正在成熟，并将在大约六个月内实现EVM兼容的zk Rollup扩展解决方案。

如今，区块链技术正进入一个前所未有的有争议的时代。从公共链之争到以太坊扩展解决方案之战，甚至是具体的扩展解决方案，不同的项目相互竞争、追逐和超越，包含了现实世界的巨大游戏。幸运的是，我们正处于区块链技术最具活力的时代。