作者：Manta Network 聯合創始人Kenny Li 翻譯：金色財經0xnaitive
本文要點：
零知識以太坊虛擬機(zkEVM) 是一種以太坊狀態機，可以與零知識證明(ZKP) 技術兼容的方式執行智能合約。
zkEVM 擴展了以太坊上零知識rollup (zk-rollups) 的功能，以支持去中心化應用程序(DApp)。
zkEVM 可以輕鬆部署現有的以太坊項目和使用ZKP的新項目，以增強以太坊生態系統。
前言
以太坊開發人員在2014 年首次提出以太坊網絡時並沒有考慮ZKP 技術。然而，近年來，ZKP 受到了關注，並有望在區塊鏈領域發揮更加突出的作用。因此，將ZKP 技術與以太坊的虛擬機相結合的努力已經加強。
要了解什麼是zkEVM，讓我們首先簡要回顧一下它的兩個基本概念：zk-rollups 和EVM。
什麼是Zk-Rollup？
Rollup 是一種擴展解決方案，它在主鏈之外編譯大量交易執行，並將數據作為單個交易發送回主網絡。這個過程增加了吞吐量，同時降低了執行這些交易的成本。
在以太坊上，一個Rollup中的交易被壓縮並提交給以太坊主網，支付驗證單筆交易的費用。以太坊主網提供結算並驗證匯總中包含的交易數據。
zk-rollup是一種使用ZKP 技術的rollup，ZKP 技術是一種加密技術，可以在不洩露信息本身的情況下驗證一條信息的有效性。 zk-rollups 不需要將所有交易數據發佈到以太坊主網；他們只需要狀態差異（例如用戶帳戶狀態的更改）和有效性證明，從而降低過程中Gas費。
zk-rollups的安全性來自於ZKP密碼學，通過密碼學的手段來驗證證明，實現去信任化。這與optimistic rollups等其他rollup 不同，後者的安全性來自經濟學博弈論，在該理論中，不良行為者會因潛在損失而失去動力，而挑戰者會受到激勵。
什麼是EVM？
EVM 是運行以太坊賬戶系統和智能合約的狀態機。每次智能合約執行都會觸發EVM 從舊狀態轉換到新狀態。 EVM 定義了計算從一個區塊到另一個區塊的新狀態和有效狀態的規則。
狀態是以太坊中的一個重要概念。它是一個Merkle Patricia Trie 數據結構，代表以太坊的當前狀態，並允許任何人從當前區塊一直追踪交易信息回到創世區塊。
所有參與維護以太坊的節點都存在以確保連續性和共識，這使得每個節點都可以看到確切的當前狀態。 EVM 在保持這種一致性方面發揮著關鍵作用。
ZkEVM 如何工作？
EVM 默認不支持ZKP。 zkEVM 旨在確保以太坊狀態的連續性，同時提供所有信息正確的證據。這樣，在維護安全性和隱私性的同時，驗證了這些過程計算中涉及的各種因素。
zkEVM 通過將以太坊環境複製為zk-rollups 來做到這一點。它獲取初始狀態，計算所有交易，然後輸出一個新的更新狀態以及隨附的ZKP。該證明被提交給驗證者智能合約，該合約檢查初始狀態和新狀態輸出的正確性，而無需單獨驗證所有交易。
由於zkEVM 基於EVM，開發人員能夠輕鬆地將以太坊DApp 和智能合約移植到zkEVM，而無需進行ZKP 開發工作。換句話說，zkEVM 允許zk-rollups 執行智能合約，此外還有以前在沒有zkEVM 的情況下支持的代幣交換和支付。
由於EVM 的兼容性特性，開發人員可以使用現有的EVM 工具和編程語言Solidity 構建新產品，同時享受zkEVM 帶來的增強安全性。同樣的好處也適用於用戶——他們可以繼續使用相同的DApps 和熟悉的工具，但具有更高的安全性和隱私性。
EVM 兼容性與EVM 等效性
當區塊鏈被稱為EVM 兼容時，這意味著它提供了一個可以部署以Solidity 編程語言編寫的DApp 的環境。 Solidity 專為開發在以太坊網絡上運行的智能合約而設計。
事實上，以太坊開發人員可以從以太坊複製和粘貼現有DApp 的代碼，並以最少的修改將其部署到其他EVM 兼容鏈上。對於用戶來說，任何兼容EVM 的鏈地址都與他們的以太坊地址相同。
這意味著地址與Metamask 和Trust Wallet 等主流錢包兼容。目前，主要的EVM兼容鏈包括BNB Chain、Avalanche C-Chain和Polygon。
不要將EVM 兼容性與EVM 等效性混淆，EVM 等效性意味著從DApp 開發人員的角度來看，2 層rollup與以太坊第1 層幾乎相同。
如果用操作系統來類比，EVM 等效性類似於通過Apple Cloud 恢復文件和設置，如果用戶之前的計算機和新計算機都運行在Apple 的操作系統上。
相比之下，EVM 兼容性意味著如果一台新電腦切換到Windows 系統，則需要通過雲存儲下載原始文件並轉換以恢復首選設置和舊文件。
不同類型的ZkEVM
直接使用EVM 生成和驗證ZKP 非常慢，因為以太坊最初設計並不支持ZKP 技術。在某些情況下，這可能需要長達幾個小時。然而，必須在EVM 兼容性和ZKP 效率之間取得平衡。
以太坊創始人Vitalik Buterin 將zkEVM 分為以下四種類型。類似於區塊鏈不可能三角，它們各自在ZKP 性能效率和EVM 兼容性之間有不同的權衡。
類型一：共識級等價——zkEVM完全等價於以太坊
在共識層面，Type 1 zkEVM——也稱為enshrined rollup——相當於以太坊，zkEVM 鏈狀態和交易與以太坊相同。它們可以相互驗證塊並直接與以太坊執行客戶端一起使用。
Type 1 zkEVM 使以太坊本身更具可擴展性，可以直接引入以太坊主網上。缺點是ZKP效率極差，需要大量的計算來驗證。解決方案是在未來為zk-SNARKs使用大規模並行驗證者或專用集成電路。
具有高ZK 效率的類型1 zkEVM 將是最理想的zkEVM 形式。目前，有許多項目正在構建或探索這種類型的zkEVM。
類型2：字節碼級等價——完全等價於EVM
Type 2 完全等價於EVM 而不是以太坊。它在數據結構（如區塊結構和狀態樹）方面不同於以太坊，並刪除了一些對ZK 不友好的堆棧操作。
它與以太坊現有的DApp、調試工具和開發者基礎設施完全兼容。字節碼級等價可以加快證明時間，儘管不是很明顯。 Type 2 一個明顯的缺點是它很昂貴，與ZK 沒有協同作用，效率低且昂貴。
類型2.5：與Type 2 類似，但修改了gas 費用
Type 2.5 具有Type 2 的優點和缺點，但gas 費用略低。
類型3：字節碼級等價——幾乎等同於EVM
Type 3在Type 2的基礎上進一步犧牲了兼容性來提高ZK效率。它刪除了一些在zkEVM 上難以實現的功能，例如預編譯，因此一些需要使用此功能的DApp 代碼必須重寫。
類型4：開發語言級等價——高級語言等價於EVM
類型4 EVM 具有最高的ZK 性能，但兼容性相對較差。
結束語
zkEVM 實現的主要目的是將ZKP 計算的支持擴展到智能合約執行，並在此過程中將DApps擴展到所有EVM 兼容協議。但ZKP 的應用並不止於此。
ZKP 技術可能與Web2用例兼容。將各種Web2 用例與ZKP 相結合可以使Web3 應用程序更加流暢和用戶友好。它還會授予已經習慣使用傳統互聯網瀏覽器的用戶訪問Web3 的權限，進而推動Web3 的採用。
