以太坊:Vitalik詳解5種類型的ZK-EVM

最近有許多“ZK-EVM”項目發布了公告。Polygon開源了他們的ZK-EVM項目，發布了他們的ZKSync2.0計劃，相對較新的Scroll最近也宣布了他們的ZK-EVM。PrivacyandScalingExplorations團隊、NicolasLiochon等人的團隊也在不斷努力，從EVM到Starkware的ZK友好語言Cairo的alpha編譯器，當然還有一些我不知道

所有這些項目的核心目標都是相同的：使用ZK-SNARK技術來制作類似以太坊交易執行的加密證明，或者更容易驗證以太坊鏈本身，或者構建相當于以太坊提供的，但更具可擴展性的ZK-rollup。但是這些項目之間存在細微的差異，以及它們在實用性和速度之間做出的權衡

這篇文章將嘗試分類不同“類型”ZK-EVM的EVM等效性，以及嘗試實現每種類型的好處和成本

1型ZK-EVM力求完全且毫不妥協地與以太坊等效。他們不會改變以太坊系統的任何部分來更容易生成證明。它們不會取代哈希、狀態樹、交易樹、預編譯或任何其他共識邏輯

ZK-EVM Kakarot完成pre-seed輪融資，Vitalik、StarkWare等參投:6月2日消息，zkEVM 開發平臺 Kakarot 完成Pre-Seed 輪融資，StarkWare、LambdaClass 和天使投資人 Vitalik、Nicolas Bacca、Rand Hindi 等參投。

Kakarot zkEVM 是 Cairo 實施的 EVM，利用 STARK 證明來證明交易和區塊，確保透明度和安全性。據介紹，Kakarot zkEVM 發展分為三個階段：1、作為 EVM 存在于 Starknet L2 上；2、和 Starknet 定序器 Madara 合力創建第 3 層 zkEVM；3、Kakarot 和 Madara 組合啟用類型 1 zkEVM。[2023/6/2 11:54:47]

優點：完美兼容

其目標是能夠像今天一樣驗證以太坊區塊，或者至少驗證執行層端.

與Vitalik Buterin相關的地址向0x9e92開頭地址轉入3500枚以太坊:5月10日消息，據Lookonchain監測，與Vitalik Buterin相關的0xD04d開頭地址向0x9e92開頭地址轉入3500枚以太坊，Vitalik Buterin從2022年12月30日至今已向0x9e92開頭地址轉入17800枚以太坊，價值約3300萬美元。[2023/5/11 14:55:48]

1型ZK-EVM是我們最終需要的，使以太坊第1層本身更具可擴展性。從長遠來看，在2型或3型ZK-EVM中測試的對以太坊的修改可能會被引入到以太坊本身，但這種重新架構也有其自身的復雜性

1型ZK-EVM也是Rollup的理想選擇，因為它們允許Rollup重用大量基礎架構。例如，以太坊執行客戶端可以按原樣使用來生成和處理rollup區塊，因此工具例如區塊瀏覽器、區塊生產等非常容易重用

缺點：證明時間

Watcher.Guru：Vitalik Buterin撰寫以太坊白皮書時只有19歲:金色財經報道，Watcher.Guru發推特表示，Vitalik Buterin撰寫Ethereum白皮書時只有19歲。[2023/2/20 12:16:52]

以太坊最初并不是圍繞ZK友好性設計的，因此以太坊協議的許多部分需要大量計算才能進行ZK證明。1型ZK-EVM旨在精確復制以太坊，因此它無法緩解這些低效率。目前，以太坊區塊的證明需要很多小時才能產生。這可以通過巧妙的大規模并行化證明者工程或從長遠來看通過ZK-SNARKASIC來緩解

誰在建造它？

PrivacyandScalingExplorations團隊ZK-EVM正在構建1型ZK-EVM。

類型2

類型2ZK-EVM力求完全等同于EVM，但不完全等同于以太坊。也就是說，它們“從內部”看起來與以太坊一模一樣，但它們在外部存在一些差異，特別是在區塊結構和狀態樹等數據結構方面

Gokhshtein Media創始人：感覺Vitalik Buterin和Elon Musk會聯手開發狗狗幣:金色財經報道，Gokhshtein Media創始人David Gokhshtein 在社交媒體上披露，我們將會看到以太坊聯合創始人 Vitalik Buterin 和特斯拉首席執行官 Elon Musk 聯手并“以某種方式”開發狗狗幣 DOGE，此前 Vitalik Buterin 曾公開建議 DOGE 盡快切換到權益證明（PoS）共識機制，而 Elon Musk 也和他有過互動并提問“什么是愛？” David Gokhshtein 還表示，他可以肯定 Vitalik Buterin和Elon Musk 不會在比特幣上有任何合作。[2022/11/25 20:45:23]

目標是與現有應用程序完全兼容，但對以太坊進行一些小的修改，以使開發更容易并更快地生成證明

優點：VM級別的完美等效

聲音 | Vitalik：以太坊基金會年預算3000萬美元 資金可持續 6 年:近日，社區有聲音表示以太坊基金會計劃在明年停止對大部分內部團隊的資助，因此出現了以太坊基金會可能資金不足的猜測。對此，Vitalik本人在以太坊2.0的中文社區中回應稱：停止資助是基金會篩選的結果，目前資金充足。V神表示，這不是沒有錢的問題，基金會目前年預算仍然是 3000 萬美元，足夠持續6年。最近在篩查內部資助的團隊，有一些自然被剔除了，這是因為不想資助他們。（區塊律動）[2019/12/8]

2型ZK-EVM對保存諸如以太坊狀態之類的數據結構進行更改。幸運的是，這些是EVM本身無法直接訪問的結構，因此在以太坊上運行的應用程序幾乎總是可以在2型ZK-EVMRollup上運行。你將無法按原樣使用以太坊執行客戶端，但可以通過一些修改來使用它們，并且仍然可以使用EVM調試工具和大多數其他開發人員基礎設施

有少數例外。對于驗證以太坊歷史區塊的Merkle證明以驗證有關歷史交易、收據或狀態的聲明的應用程序出現了一種不兼容。用不同的哈希函數替換Keccak的ZK-EVM會破壞這些證明。但是，我通常建議不要以這種方式構建應用程序，因為未來的以太坊更改甚至會在以太坊本身上破壞此類應用程序。更好的選擇是讓以太坊本身添加面向未來的歷史訪問預編譯

缺點：改進但仍然很慢證明時間

2型ZK-EVM提供比1型更快的證明時間，主要是通過刪除依賴于不必要的復雜和ZK不友好密碼學部分的以太坊堆棧。特別是，他們可能會改變以太坊的Keccak和基于RLP的MerklePatricia樹，可能還會改變區塊和收據結構。2型ZK-EVM可能會使用不同的哈希函數，

這些修改顯著提高了證明者的時間，但它們并不能解決所有問題。必須按原樣證明EVM的緩慢性以及EVM固有的所有低效率和ZK不友好性仍然存在。一個簡單的例子是內存：因為anMLOAD可以讀取任何32個字節，包括“未對齊”的區塊，所以不能簡單地將MLOAD解釋為讀取一個區塊；相反，它可能需要讀取兩個連續的區塊并執行位操作來組合結果。

誰在建造它？

Scroll的ZK-EVM項目正朝著Type2ZK-EVM方向發展，PolygonHermez也是如此。也就是說，這兩個項目都還沒有完成。特別是，許多更復雜的預編譯還沒有實現。因此，目前這兩個項目都被更好地考慮為Type3

誰在建造它？

Scroll和Polygon在其當前形式中都是3型ZK-EVM，盡管它們有望隨著時間的推移提高兼容性。Polygon有一個獨特的設計，他們正在ZK驗證他們自己的稱為zkASM的內部語言，并且他們使用zkASM實現來解釋ZK-EVM代碼。盡管有這個實現細節，但我仍將其稱為真正的Type3ZK-EVM；它仍然可以驗證EVM代碼，它只是使用一些不同的內部邏輯來完成它

ZK-EVM類型的未來

一些類型并不比其他類型明確地“更好”或“更差”。相反，它們權衡空間上的不同點：編號較小的類型與現有基礎架構的兼容性更高，但速度較慢，編號較高的類型與現有基礎架構的兼容性較差，但速度更快。一般來說，探索所有這些類型的空間是健康的

此外，ZK-EVM項目可以輕松地從較高編號的類型開始，并隨著時間的推移跳轉到較低編號的類型。例如：

ZK-EVM可以從類型3開始，決定不包含一些特別難以ZK證明的功能。之后，他們可以隨著時間的推移添加這些功能，并轉向類型2

ZK-EVM可以從類型2開始，后來成為混合類型2/類型1的ZK-EVM，通過提供在完全以太坊兼容模式下運行的可能性或使用可以更快證明的修改狀態樹的可能性。Scroll正在考慮朝這個方向發展

通過添加處理EVM代碼的能力，從類型4開始的系統可能會隨著時間的推移變成類型3

如果以太坊本身采用其修改以變得更加ZK友好，那么類型2或類型3ZK-EVM可以成為類型1ZK-EVM

1型或2型ZK-EVM可以通過添加預編譯來驗證ZK-SNARK友好語言中的代碼，從而成為3型ZK-EVM。這將使開發人員在以太坊兼容性和速度之間做出選擇。這將是類型3，因為它打破了完美的EVM等效性，但出于實際目的和目的，它將具有類型1和2的很多好處。主要缺點可能是某些開發人員工具無法理解ZK-EVM的自定義預編譯，盡管這可以修復：開發人員工具可以通過支持包含預編譯的EVM代碼等效實現的配置格式來添加通用預編譯支持

就我個人而言，我希望隨著時間的推移，通過ZK-EVM的改進和以太坊本身的改進相結合，使其對ZK-SNARK更加友好，一切都將成為類型1。在這樣的未來，我們將有多個ZK-EVM實現，它們既可用于ZKRollup，也可用于驗證以太坊鏈本身。

從理論上講，以太坊不需要為L1使用單一的ZK-EVM實現進行標準化；不同的客戶端可以使用不同的證明，因此我們繼續從代碼冗余中受益。

但是，要實現這樣的未來，還需要相當長的時間。與此同時，我們將在擴展以太坊和基于以太坊的ZK-rollup的不同路徑中看到許多創新

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