以太坊區塊鏈透過智慧合約徹底改變了去中心化應用程序，但其主網路上的擁塞給更廣泛的採用帶來了挑戰。 Layer 2 擴展解決方案透過將交易處理轉移到鏈外來解決這個問題，但直到最近，它們還缺乏對智能合約的支援。
輸入zkEVM：零知識以太坊虛擬機，可在第2 層啟用智慧合約，同時保持安全。讓我們更深入地了解zkEVM、它們的工作原理、構建它們所面臨的挑戰、當前可用系統的示例，以及為什麼它們代表瞭如此令人興奮的突破。
主要亮點：
zkEVM 透過將智慧合約引入第2 層解決方案的隱私保護領域，正在徹底改變區塊鏈擴展。透過將強大的以太坊虛擬機器與零知識證明相結合，zkEVM 為完全私密且經過充分驗證的智慧合約使用打開了大門。 Polygon Hermez 和zkSync 等專案已經啟動了運行基於zkEVM 合約的主網。雖然成本仍然很高且用戶體驗可能很粗糙，但每天都在取得進步。 zkEVM 是如何運作的
要了解zkEVM，我們必須先了解它們如何融入以太坊的第2 層擴展生態系統。由於區塊空間和交易處理速度等限制，以太坊的第一層區塊鏈對於高交易吞吐量來說效率低。第2 層解決方案透過批次交易並透過Optimism和零知識匯總等技術在鏈外處理它們來解決這個問題。
特別是zkRollups，利用零知識證明以加密貨幣方式驗證交易，而無需公開透露其詳細資訊。這保護了用戶的隱私，同時允許不信任的驗證。然而，早期的zkRollups 需要更多對智慧合約的支持，因為以太坊虛擬機的設計沒有考慮證明。 zkEVM 透過結合EVM 和零知識證明來改變這一點。
從較高層面來看，zkEVM 的工作原理如下：
zkEVM 在鏈外運行智能合約程式碼，就像主網EVM 一樣在狀態之間轉換。證明電路根據程式碼、輸入和新輸出產生這些狀態轉換有效性的零知識證明。這些證明被提交到以太坊，任何人都可以在不查看原始數據的情況下驗證它們。一旦經過驗證，新的應用程式狀態將成為zkEVM 的EVM 相容資料可用性層的一部分。
zkEVM 將以太坊EVM 的多功能計算與zkRollups 的去信任執行環境和隱私優勢結合起來，解鎖智能合約以進行擴展。用戶享受近乎即時的交易，而dApp 可以存取整個以太坊工具集和生態系統。
zkEVM 可以驗證和執行區塊鏈操作，而無需公開所有細節。這就像在說：「我可以證明這筆交易或合約是有效的並且遵守規則，但我不會向你展示它的所有內部運作方式。」圖片來源：Chainlink
建構zkEVM 的挑戰
雖然zkEVM 打開了充滿希望的大門，但他們意識到自己的潛力帶來了重大的技術挑戰。 EVM 的設計從來沒有經過證明，因此有幾個方面與這個新範式相衝突。
其一，事實證明，EVM 基於堆疊的架構很難轉換為與證明相容的格式。其用於錯誤處理的特殊操作碼也混淆了建構可驗證電路的努力。
儲存是另一個障礙，因為EVM 的Merkle Patricia 樹與證明需求發生衝突。取代KECCAK256 雜湊函數有幫助，但有破壞基礎設施相容性的風險。
最重要的是，零知識證明需要計算密集型操作，這會增加成本，尤其是在鏈上。為每個智能合約執行交易產生和驗證證明會消耗大量資源。
解決這些問題需要重新思考核心EVM 組件，並激發優化電路和混合STARK-SNARK 方案等證明的創新。儘管隨著該領域的成熟，優化仍在繼續，但已經取得了巨大進展。完善zkEVM 需要協調兩種不同但不可或缺的技術。
zkEVM 的類型
在研究繼續進行的同時，多個zkEVM 系統已經啟動，每個系統應對技術挑戰的方式有所不同：
Polygon Hermez：利用SNARK 和STARK 的組合以及zkEVM 上的EVM 字節碼解釋器。由MATIC 代幣提供支援。 zkSync：他們的zkEVM 依賴自訂zk 操作碼和基於暫存器的虛擬機器設計。儘管存在著關於即將推出空投的猜測，但目前還沒有原生代幣。 AppliedZKP：透過Solidity 整合專注於開發人員人體工學的實現。 Matter Labs ZKSync：Matter Labs 使用中間表示和最佳化編譯器。
除了技術差異之外，這些zkEVM 在功能、使用者體驗優化和合作夥伴生態系統方面也有所不同。所有這些都代表了證明EVM 相容性同時保持實際可用性和效能的重要里程碑。
專案方法目標使用者獨特的優勢Polygon赫爾梅茲相容EVM、基於SNARK DeFi 協定、DEX 高交易量，以ETH 為中心零克同步EVM、基於SNARK、JAASM DeFi、dApp、開發人員速度、去中心化應用ZKP zkVM，電路研究人員、建設者安全研究重點物質實驗室循環zkSNARKs，Optimism dApp、協議靈活的假設
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zkEVM 的優點
透過將以太坊的多功能智慧合約與隱私保護擴展相協調，zkEVM 承諾為用戶和開發人員帶來大量好處：
更快、更便宜的交易：透過在鏈下批量執行交易，zkEVM 每秒可以處理數千筆交易，而以太坊的TPS 為15。天然氣成本也低得多。增強的隱私性：用戶無需信任中心化服務即可受益於強大的隱私性，因為公共區塊鏈上僅公開加密貨幣證明。智慧合約擴展：dApp 能夠透過第2 層進行擴展，同時保留去中心化安全性等核心以太坊優勢。開發連續性：開發人員利用相同的Solidity/Vyper 語言、工具、測試框架和充滿活力的以太坊生態系統。跨鏈互通性：隨著EVM 相容性的提高，橋有一天可能允許資產和計算無縫地穿越不同的鏈。
zkEVM 的廣泛採用可以實現以太坊作為通用去中心化背板的願景，第2 層網路透過可擴展性和隱私性釋放其全部潛力。然而，在擴大這些好處方面仍然存在挑戰。
現況與展望
雖然zkEVM 在概念上取得了突飛猛進的發展，但研究和大規模廣泛使用之間仍然存在主要障礙。其中最主要的是高昂的部署成本，目前將zkEVM 的使用限制在特定場景中並限制了整體吞吐量。
此外，與更簡單的解決方案相比，將複雜的zkEVM 證明完全整合到應用程式中會帶來UI/UX 挑戰和降低開發人員生產力的風險。然而，像Manta 這樣的專案正在努力消除這種複雜性。
展望未來，對zkSNARKS/STARKS 構造、電路設計和完善EVM 抽象層的持續優化有望使成本和可用性差距穩步縮小。 zkPorter 匯總聚合器等有前景的開發可能會進一步提高吞吐量。
隨著zkEVM 採用的不斷增長，其他研究途徑（例如減少證明大小、提供高級加密貨幣技術作為雲端服務以及使用專用硬體）也值得探索。網路之間的互通性也仍處於萌芽階段。
總結
儘管挑戰依然存在，但zkEVM 的進展揭示了一個未來，即使是大規模的去中心化應用程式也可以透過智慧合約保持隱私、低成本和完全信任——這些目標在幾年前似乎是不可想像的。目前，早期的例子證明了這個概念的有效性。明天等待著它們廣泛、用戶友好的現實。
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