作者:肯尼·李，曼塔网联合创始人翻译:区块链之家0xnaitive
本文要点:零知识以太坊虚拟机(zkEVM)是一个以太坊状态机，它可以以兼容零知识证明(ZKP)技术的方式执行智能契约。
ZkEVM扩展了以太网上零知识累积(zk-rollups)的功能，以支持分散式应用(DApp)。
ZkEVM可以使用ZKP轻松部署现有的以太坊项目和新项目，以增强以太坊生态系统。
前言2014年以太坊开发者首次提出以太坊网络时，并没有考虑ZKP技术。然而，近年来，ZKP受到关注，并有望在区块链领域发挥更突出的作用。因此，加强了将ZKP技术与以太坊虚拟机相结合的努力。
为了理解zkEVM是什么，让我们首先简要回顾一下它的两个基本概念:zk-rollups和EVM。
Zk-Rollup是什么？Rollup是一个扩展的解决方案，它在主链之外编译大量的事务执行，并将数据作为单个事务发送回主网络。这个过程增加了吞吐量，同时降低了执行这些事务的成本。
在以太坊中，Rollup中的交易被压缩并提交到邰方的主网络，并且支付验证单个交易的成本。以太坊的主网络提供结算并验证摘要中包含的交易数据。
Zk-rollup是一种采用ZKP技术的rollup。ZKP技术是一种加密技术，它可以在不暴露信息本身的情况下验证一条信息的有效性。Zk-rollups不需要将所有交易数据发布到以太坊主网；他们只需要身份差异(比如用户账户状态变更)和有效性证明，从而减少流程中的燃气费。
zk-rollups的安全性来自ZKP密码学，通过密码学的手段验证和证明，实现不可信。这与最优上卷等其他上卷不同，最优上卷的安全性来自于经济博弈论。在这个理论中，糟糕的演员会因为潜在的损失而失去动力，而挑战者会有动力。
什么是EVM？EVM是运行以太坊账户系统和智能合约的状态机。每个智能契约的执行将触发EVM从旧状态转换到新状态。EVM定义了从一个块到另一个块的新状态和有效状态的计算规则。
状态是以太坊中的一个重要概念。它是一个Merkle Patricia Trie数据结构，代表以太坊的当前状态，允许任何人从当前块追溯到Genesis块的交易信息。
所有参与维护以太坊的节点都是为了确保连续性和一致性而存在的，这使得每个节点都能看到准确的当前状态。EVM在保持这种一致性方面发挥了关键作用。
ZkEVM是如何工作的？EVM默认不支持ZKP。ZkEVM旨在确保以太坊状态的连续性，并提供所有信息正确的证据。这样，在维护安全性和隐私的同时，验证了这些过程计算中涉及的各种因素。
ZkEVM通过将邰方环境作为ZK-roll-up来实现这一点。它获取初始状态，计算所有事务，然后输出新的更新状态和伴随的ZKP。该证明被提交给验证者智能契约，该验证者智能契约检查初始状态和新状态输出的正确性，而无需单独验证所有交易。
因为ZKEVM是基于EVM的，开发者可以很容易地将邰方DApp和智能合约移植到zkEVM，而无需zkEVM开发。换句话说，除了以前没有zkEVM支持的令牌交换和支付之外，zkEVM还允许zk-rollups执行智能合约。
由于EVM的兼容性，开发者可以使用现有的EVM工具和编程语言Solidity来构建新产品，同时享受zkEVM带来的增强安全性。同样的好处也适用于用户——他们可以继续使用相同的DApps和熟悉的工具，但具有更高的安全性和隐私性。
EVM兼容性和EVM等价当区块链被称为EVM兼容性时，意味着它提供了一个可以部署用Solidity编程语言编写的DApp的环境。Solidity是为开发在以太网上运行的智能合约而设计的。
事实上，以太坊开发人员可以从以太坊粘贴现有DApp的代码，并将其部署到其他EVM兼容链，只需进行最小的修改。对于用户来说，任何EVM兼容的链地址都与他们的以太坊地址相同。
这意味着该地址兼容Metamask和Trust Wallet等主流钱包。目前主要的EVM相容链有BNB链、雪崩C链和多边形。
不要混淆EVM兼容性和EVM等价，这意味着从DApp开发者的角度来看，第二层rollup和以太坊的第一层几乎是一样的。
如果将操作系统作为一个类比，EVM等价类似于通过Apple Cloud恢复文件和设置，如果用户以前的电脑和新电脑都运行苹果的操作系统。
相比之下，EVM兼容性意味着如果一台新电脑切换到Windows系统，它需要通过云存储下载原始文件，并转换它们以恢复首选设置和旧文件。
不同类型的ZkEVM直接使用EVM生成和验证ZKP非常慢，因为以太坊的原始设计不支持ZKP技术。在某些情况下，这可能需要几个小时。然而，必须在EVM兼容性和ZKP效率之间取得平衡。
以太坊创始人Vitalik Buterin将zkEVM分为以下四种类型。类似于区块链不可能三位一体，它们在ZKP性能效率和EVM兼容性之间各有不同的权衡。
第一种:共识级等价——ZKEVM完全等价于以太坊。
在共识层面上，1型zkEVM——也称供奉卷——等同于以太坊，zkEVM链的状态和交易与以太坊相同。它们可以验证彼此的块，并直接与以太坊执行客户端一起使用。
Type 1 zkEVM使得以太坊本身的可扩展性更强，可以直接引入以太坊主网。缺点是ZKP效率极低，需要大量计算来验证。解决方案是将来使用大规模并行验证器或ASIC来实现zk-SNARKs。
具有高ZK效率的1型zkEVM将是zkEVM的最理想形式。目前，许多项目正在构建或探索这种类型的zkEVM。
类型2:字节码级别等价-完全等价于EVM
2型完全等同于EVM，而不是以太坊。在数据结构上(如块结构、状态树)与以太坊不同，删除了一些对ZK不友好的栈操作。
它完全兼容以太坊现有的DApp、调试工具和开发者基础设施。字节码级等价可以加快证明时间，虽然不明显。类型2的一个明显的缺点是昂贵，与ZK没有协同作用，并且效率低且昂贵。
类型2.5:类似于类型2，但是修改了燃气费。
2.5型有2型的优缺点，但气费略低。
类型3:字节码级别等价-几乎等价于EVM
类型3在类型2的基础上进一步牺牲兼容性，以提高ZK效率。它删除了一些在zkEVM上难以实现的功能，比如预编译，所以一些需要这个功能的DApp代码必须重写。
第四种类型:发展语言水平的对等——高级语言相当于EVM。
4型EVM ZK性能最高，但兼容性相对较差。
结论zkEVM实现的主要目的是将ZKP计算的支持扩展到智能合约执行，在这个过程中，将DApps扩展到所有EVM兼容的协议。但是ZKP的应用并不止于此。
ZKP技术可能与Web2用例兼容。将Web2的各种用例与ZKP结合起来，可以使Web3应用程序更加流畅和用户友好。它还将允许习惯使用传统互联网浏览器的用户访问Web3，从而促进Web3的采用。
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