在以太坊Layer2扩展网络Arbitrum和Optimism网络都宣布其主网的公开测试版正式启动后，Layer2的整体数据增长都极其明显，这也标志着以太坊Layer2扩展解决方案之一OptimisticRollup已经正式启动。没错，这是一个属于Layer2的季节。
当像Arbitrum和Optimism这样的OptimisticRollup成为市场焦点时，另一个Layer2网络zkEVM也取得了一些关键性的进展。现如今，我们看到越来越多地zkEVM已成为扩展以太坊的关键。本文就将会带你深入了解zkEVM的基本原理和发展现状。
作者：DeGateTeam
来源：Medium
编译：陈一晚风
概要
1、zkSync宣布推迟8月31日发布其2.0版本。基于zkEVM的zkSync2.0有望成为第一个兼容EVM的zkRollup；
IMF今日发布的加密货币科普视频实为两年前旧闻，且存在诸多疏漏:国际货币基金组织IMF今日在推特上发布了一条关于加密货币的科普视频，这段时长两分钟的视频最初发布于2018年6月。该视频称加密货币是“货币进化的下一步”，但没有特别提到DLT、区块链，甚至是代币名称等术语。BTC、XRP和ETH只出现在说明加密交易的图形中。尽管这段视频到目前为止已经获得了超过13.7万的点击量和2900个赞，但来自加密社区的许多反应都是批评的，他们指出了信息中的漏洞和似乎具有误导性的措辞。
Reddit用户nanooverbtc称：“他们犯了很多错误，比如把私钥称为密码。”该视频也没有讨论挖矿或加密货币供应。Kraken策略师Pierre Rochard等知名人士表示：“可证明的稀缺性是比特币有趣的原因，你忘了提这一点。”（Cointelegraph）[2020/8/24]
2、8月13日，Polygon宣布以2.5亿美元收购以太坊Layer2扩展解决方案Hermez，其核心技术是其zkEVM解决方案；
人民数字FINTECH推出区块链科普动画:人民日报数字传播发布微博称，人民数字FINTECH出品《趣味科普|区块链动画》。[2020/3/31]
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，希望能将EVM的所有操作码直接通过ZK电路实现。
正如我们所知，在比较OptimisticRollup和ZKRollup的两种扩容解决方案时，V神认为OptimisticRollups可能会在短期内赢得通用EVM计算。但从长远来看，随着ZK-SNARK技术的改进，ZKrollup才可以在所有的应用场景中“获胜”。而所谓“ZK-SNARK技术的改进”主要是指zkEVM的成功。
zkEVM的作用
在开始探究zkEVM的作用前，让我们先来重新认识一下以太坊。从本质上来说，以太坊就是一个基于交易的状态机。在计算机科学中，状态机是通过读取一系列输入，从旧状态转换到新状态的机器。
动态 | 新浪财经：官媒针对区块链的报道从科普宣传转向打假监管:据新浪财经今日消息，“1025新政”满月，一个月间，官媒对区块链的态度风向已转。据11月初的一项统计，七家党媒在新政一周内发布了65篇直接相关报道，当时文章中的关键词是数据、产业、安全、创新等，大量文章偏向于科普区块链的概念以及应用介绍，提醒警惕虚拟货币炒作的仅有3篇。近期，官媒的批评焦点则纷纷指向借区块链之名进行的虚拟货币发行和炒作行为。据统计，新华网、人民网收录转载的，以打击虚拟货币或揭露假借区块链行为主题的文章，自10月25日到11月25日午间，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周内就高达15篇。这些文章主要围绕三个观点展开：厘清区块链和虚拟货币的关系，说明二者概念不等；打击伪“区块链”局，或是虚拟货币局揭露；提醒民众，区块链不能成为炒作的噱头，更不是行的招牌，需警惕此类活动，理性投资。[2019/11/26]
从创世状态开始，以太坊通过一个又一个的交易转换到以太坊的当前状态。该状态包含所有帐户地址及其映射的帐户状态。
声音 | 上海股交所总经理：区块链想要大规模发展要做好社会科普工作:金色财经报道，上海股交所总经理张云峰表示，区块链当前还处于一个“概念”的阶段，距离成熟应用，影响到百姓的日常生活还有很长的路要走。对于“区块链”和其会带来的社会和经济效果，沈阳应当持审慎的态度。区块链想要大规模发展，一方面要做好这项复杂技术的社会科普工作，加快社会大众对区块链的了解。另一方面，要充分发挥市场的作用，让企业用实实在在的技术创新，赋能实体经济的发展。[2019/11/17]
其中，EVM或以太坊虚拟机负责处理交易。EVM作为堆栈机运行，程序员在其中使用Solidity等高级语言编写代码，然后将其编译为EVM能够理解的EVM字节码。EVM以各种EVM操作码的形式执行标准堆栈操作，最终产生一个新的状态。
现在问题来了。我们知道zkRollup解决方案需要为Layer2上的交易生成零知识证明，并将它们传递回Layer1进行验证。为了生成零知识证明，交易的处理需要符合zk电路证明规范。而在EVM设计之初，设计者并没有考虑支持零知识证明。因此我们需要zkEVM。从技术上讲，zkEVM的含义是：运行在zkRollup网络上的虚拟机，兼容EVM并且零知识证明友好。
声音 | ETC Labs主管：科普教育是未来几年公链面临的巨大挑战:ETCLabs主管Darin Kotalik认为，科普教育是未来几年公链面临的巨大挑战，人们必须要对区块链有基本的认识，分清楚公链和私链的区别。[2019/8/25]
两种实施策略
对于zkEVM来说，目前主要有两种实现策略。
1、直接支持现有的EVM操作码集，与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开发工具来保持Solidity兼容性。该方案主要被zkSync使用。
对于第一种策略，由于它完全支持现有的EVM操作码集，并且使用与EVM相同的编译器，现有的生态系统和开发工具完全兼容，也更好地继承了以太坊的安全模型。而第二种策略，它不受原始EVM操作码集的约束，因此可以更灵活地将代码编译为对零知识证明更友好的操作码集。它还免去了与所有原始EVM操作码集兼容所需的繁重工作。
总的来说，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。
主要解决方案对比
HermezzkEVM
Hermez使用第一种策略，将整个EVM操作码集转换为微操作码。
众所周知，有一些可变的EVM操作码，例如CALL、EXP、CREATE等，它们对zk电路证明本质上是不友好的，而这些操作码的逻辑可以使用微操作码以一种更友好的方式来表达。微操作码在uVM中执行，uVM使用大量加密工具实现zk完成，并使用Plookup算法提高证明和验证效率。
HermezzkEVM的另一个亮点是它同时使用了两个证明系统，专门生成一个STARK证明，然后使用PLONK或Groth16生成一个STARK证明的证明并在Layer1上进行验证，就像一个证明的证据。原因是STARK的证明量大，验证链上的成本高，而Groth16或PLONK的证明量小，验证速度快。两者的这种组合各有优势，很容易被认为是一种组合使用非对称和对称加密算法的场景。
AppliedZKPzkEVM
与Hermez一样，AppliedZKPzkEVM也使用第一种策略。AppliedZKP使用BusMapping映射思想来分离存储和计算。基于BusMapping映射提取的正确存储数据，State证明证明了数据的一致性，EVM证明证明了计算逻辑的正确性。
具体流程如下：
1.EVM通过BusMapping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BusMapping映射写回新状态；
4.State证明负责BusMapping读写数据的一致性和正确性，EVM证明负责EVM操作码执行的正确性。
zkSyncEVM
与Hermez和AppliedZKP不同，zkSync选择了第二种策略。zkSync的zkEVM不是EVM的复制品，而是新设计的，可以运行99%的Solidity合约，并确保它在各种条件下正常工作。同时，zkEVM可用于在电路中高效生成零知识证明。
zkSyncEVM使用TinyRAM来实现通用的操作码集，而消耗大量gas的操作码，例如SHA256和keccak，将特别实现其电路，最后使用递归聚合技术将所有证明聚合为一个以提高效率。
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，可以为不同的后端编译成字节码；Zinc是一种基于Rust的语言，用于智能合约和通用零知识证明电路。这为开发人员提供了更多选择。
另外，zkSync在构建编译器时，选择了LLVM这个生产工业级产品最先进的编译器框架，以确保编译器足够完整，并具有所有经典优化。
总结
从上述这些扩容项目中，我们看到在团队的不断努力下，zkEVM技术正在走向成熟，并将在大约六个月内实现与EVM兼容的zkRollup扩展解决方案。
如今，区块链技术正在进入一个前所未有的充满争议的时代。从公链之争到以太坊扩容方案之战，甚至到一个具体扩展解决方案，不同的项目都在相互竞争、追赶和超越，这其中蕴含着对现实世界的巨大游戏，很幸运，我们处于区块链技术技术最具活力的时代。
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