作者：MantaNetwork联合创始人KennyLi?翻译：金色财经0xnaitive
本文要点：
零知识以太坊虚拟机(zkEVM)是一种以太坊状态机，可以与零知识证明(ZKP)技术兼容的方式执行智能合约。
zkEVM扩展了以太坊上零知识rollup(zk-rollups)的功能，以支持去中心化应用程序(DApp)。
zkEVM可以轻松部署现有的以太坊项目和使用ZKP的新项目，以增强以太坊生态系统。
前言
以太坊开发人员在2014年首次提出以太坊网络时并没有考虑ZKP技术。然而，近年来，ZKP受到了关注，并有望在区块链领域发挥更加突出的作用。因此，将ZKP技术与以太坊的虚拟机相结合的努力已经加强。
要了解什么是zkEVM，让我们首先简要回顾一下它的两个基本概念：zk-rollups和EVM。
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什么是Zk-Rollup？
Rollup是一种扩展解决方案，它在主链之外编译大量交易执行，并将数据作为单个交易发送回主网络。这个过程增加了吞吐量，同时降低了执行这些交易的成本。
在以太坊上，一个Rollup中的交易被压缩并提交给以太坊主网，支付验证单笔交易的费用。以太坊主网提供结算并验证汇总中包含的交易数据。
zk-rollup是一种使用ZKP技术的rollup，ZKP技术是一种加密技术，可以在不泄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；他们只需要状态差异和有效性证明，从而降低过程中Gas费。
zk-rollups的安全性来自于ZKP密码学，通过密码学的手段来验证证明，实现去信任化。这与optimisticrollups等其他rollup不同，后者的安全性来自经济学博弈论，在该理论中，不良行为者会因潜在损失而失去动力，而挑战者会受到激励。
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什么是EVM？
EVM是运行以太坊账户系统和智能合约的状态机。每次智能合约执行都会触发EVM从旧状态转换到新状态。EVM定义了计算从一个区块到另一个区块的新状态和有效状态的规则。
状态是以太坊中的一个重要概念。它是一个MerklePatriciaTrie数据结构，代表以太坊的当前状态，并允许任何人从当前区块一直追踪交易信息回到创世区块。
所有参与维护以太坊的节点都存在以确保连续性和共识，这使得每个节点都可以看到确切的当前状态。EVM在保持这种一致性方面发挥着关键作用。
ZkEVM如何工作？
EVM默认不支持ZKP。zkEVM旨在确保以太坊状态的连续性，同时提供所有信息正确的证据。这样，在维护安全性和隐私性的同时，验证了这些过程计算中涉及的各种因素。
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zkEVM通过将以太坊环境复制为zk-rollups来做到这一点。它获取初始状态，计算所有交易，然后输出一个新的更新状态以及随附的ZKP。该证明被提交给验证者智能合约，该合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。
由于zkEVM基于EVM，开发人员能够轻松地将以太坊DApp和智能合约移植到zkEVM，而无需进行ZKP开发工作。换句话说，zkEVM允许zk-rollups执行智能合约，此外还有以前在没有zkEVM的情况下支持的代币交换和支付。
由于EVM的兼容性特性，开发人员可以使用现有的EVM工具和编程语言Solidity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。
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EVM兼容性与EVM等效性
当区块链被称为EVM兼容时，这意味着它提供了一个可以部署以Solidity编程语言编写的DApp的环境。Solidity专为开发在以太坊网络上运行的智能合约而设计。
事实上，以太坊开发人员可以从以太坊复制和粘贴现有DApp的代码，并以最少的修改将其部署到其他EVM兼容链上。对于用户来说，任何兼容EVM的链地址都与他们的以太坊地址相同。
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这意味着地址与Metamask和TrustWallet等主流钱包兼容。目前，主要的EVM兼容链包括BNBChain、AvalancheC-Chain和Polygon。
不要将EVM兼容性与EVM等效性混淆，EVM等效性意味着从DApp开发人员的角度来看，2层rollup与以太坊第1层几乎相同。
如果用操作系统来类比，EVM等效性类似于通过AppleCloud恢复文件和设置，如果用户之前的计算机和新计算机都运行在Apple的操作系统上。
相比之下，EVM兼容性意味着如果一台新电脑切换到Windows系统，则需要通过云存储下载原始文件并转换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，因为以太坊最初设计并不支持ZKP技术。在某些情况下，这可能需要长达几个小时。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VitalikButerin将zkEVM分为以下四种类型。类似于区块链不可能三角，它们各自在ZKP性能效率和EVM兼容性之间有不同的权衡。
类型一：共识级等价——zkEVM完全等价于以太坊
在共识层面，Type1zkEVM——也称为enshrinedrollup——相当于以太坊，zkEVM链状态和交易与以太坊相同。它们可以相互验证块并直接与以太坊执行客户端一起使用。
Type1zkEVM使以太坊本身更具可扩展性，可以直接引入以太坊主网上。缺点是ZKP效率极差，需要大量的计算来验证。解决方案是在未来为zk-SNARKs使用大规模并行验证者或专用集成电路。
具有高ZK效率的类型1zkEVM将是最理想的zkEVM形式。目前，有许多项目正在构建或探索这种类型的zkEVM。
类型2：字节码级等价——完全等价于EVM
Type2完全等价于EVM而不是以太坊。它在数据结构方面不同于以太坊，并删除了一些对ZK不友好的堆栈操作。
它与以太坊现有的DApp、调试工具和开发者基础设施完全兼容。字节码级等价可以加快证明时间，尽管不是很明显。Type2一个明显的缺点是它很昂贵，与ZK没有协同作用，效率低且昂贵。
类型2.5：与Type2类似，但修改了gas费用
Type2.5具有Type2的优点和缺点，但gas费用略低。
类型3：字节码级等价——几乎等同于EVM
Type3在Type2的基础上进一步牺牲了兼容性来提高ZK效率。它删除了一些在zkEVM上难以实现的功能，例如预编译，因此一些需要使用此功能的DApp代码必须重写。
类型4：开发语言级等价——高级语言等价于EVM
类型4EVM具有最高的ZK性能，但兼容性相对较差。
结束语
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，并在此过程中将DApps扩展到所有EVM兼容协议。但ZKP的应用并不止于此。
ZKP技术可能与Web2用例兼容。将各种Web2用例与ZKP相结合可以使Web3应用程序更加流畅和用户友好。它还会授予已经习惯使用传统互联网浏览器的用户访问Web3的权限，进而推动Web3的采用。
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