在尋找區塊鏈的可擴展性和運算效率解決方案中，零知識證明（ZKP）技術至關重要，zkVM作為基於ZKP的通用運算平台，能夠驗證計算的正確性而不洩露細節。市場上的項目如a16z、Taiko、ZKM等正在開發zkVM解決方案。傳統虛擬機器與zkVM相比，前者主要模擬硬體環境，而後者使用零知識證明技術來驗證程式執行過程，提高了安全性和效率。不同專案如Jolt、RISC Zero和SP1也在推動zkVM技術發展，致力於提供更高效能和易用性。未來，zkVM可望在加密貨幣世界中扮演重要角色，並因應跨鏈安全性需求，推動技術創新。
在尋找區塊鏈的可擴展性和計算效率的解決方案中，零知識證明（ZKP）技術極為重要。 zkVM（零知識虛擬機）就是這項技術的具體應用之一。 zkVM作為一種基於ZKP 的通用運算平台，能夠在不洩漏執行細節的前提下驗證計算的正確性。並支援在鏈外處理計算量大的任務，只需將驗證結果提交到區塊鏈，大大提升了區塊鏈目前，市場上的如a16z、Taiko、ZKM等多個項目正在開發zkVM解決方案。
zkVM 簡介
zkVM 是一個基於零知識證明的通用運算平台，能夠執行各種運算任務，包括執行智慧合約、資料處理和複雜演算法侵害等。其核心功能是產生零知識證明，這種能力證明計算的正確性通過SNARKs 技術，這些證明可以在鏈下進行驗證，驗證者不需要在區塊鏈上重新執行整個計算過程，代價高昂的計算成本。
此外，zkVM 的設計超越了加密貨幣交易，其通用性封裝可以在多種應用場景中部署，如醫療資料處理、供應鏈管理、秘密投票系統等，這些應用都需要在確保資料安全性同時，驗證處理邏輯的正確性。
zkVM 比較其他虛擬機
傳統的虛擬機器（VM）通常是指在實體硬體上虛擬出一套完整的運算環境，核心功能是模擬硬體環境，允許在同一個實體硬體上運行多個作業系統或應用。這些虛擬機器主要透過硬體虛擬化技術和網路層級的隔離來實現其功能。它們通常不涉及對其中的應用程式運行或資料進行加密驗證的過程。
零知識虛擬機器（zkVM）使用零知識證明技術來確保程式執行過程的正確性，這種技術適用於任何可以編譯並執行在虛擬機器上的程式。 zkVM的設計著重於提供一個通用的運算驗證平台，適用於各種應用場景，並支援多種程式語言，如Rust、C/C++ 和Go，開發者可以使用自己熟悉的語言來建立應用程式。計算和驗證過程往往比傳統VM 更運行，因為生成零知識證明是一個計算密集型的過程，需要大量的計算資源，這在很大程度上限制了交易處理速度（TPS）。目前的zk 技術，雖然在單一知識證明產生方面已經取得了顯著的進展，但在高負載條件下，處理大規模交易的能力仍然有限。每個證明的產生可能需要數秒到數分鐘不等，這對於那些需要高負載的應用（如大規模支付處理系統）構成了限制。
zkEVM 是zkVM 的一個特定實現，專為以太坊生態設計，旨在透過零知識證明增強以太坊的可擴展性。它完全相容於以太坊的智慧合約和開發工具，例如Solidity 和Vyper，現有的以太坊坊應用可以無縫遷移至zkEVM，任何修改。因此，zkEVM 是以太坊的一個特定最佳化版本。
zkVM相關項目
儘管zk技術的挑戰，市場上仍面臨一些專案方在開發zkVM解決方案上展現了技術實力。
顛簸：性能出色
4月9日，a16z發布zkVM解決方案Jolt的初步實現，Jolt是一種新型的zkVM，主要特點是運行速度快，而且對開發者來說更容易擴展和進行程式碼審計。
與其他基於STARK 框架的zkVM 不同，Jolt 利用了Lasso 查找參數和基於sumcheck 的技術。這種創新方法不僅簡化了新虛擬機器指令的實施，也提高了系統的整體速度。 Jolt 的設計強調了可靠性而且效率高，它的程式碼庫非常專業，Jolt 中的速度每個CPU 指令只需50 行Rust 程式碼即可實現。另外，Jolt 的表現也非常出色，在初步基準測試中，執行零知識證明的比RISC Zero快5倍以上，比SP1快2倍。
RISC Zero：高效處理複雜的計算
RISC Zero是一種具有梯度SNARK結構的zkVM，其特點是採用了一種支持論證相互嵌套的遞歸方法。在SNARKs技術中，可以將複雜的論證建構成更小、更易於管理的論證。這些小論證可以獨立進行，最後合併成一個完整的大論證，這個過程不會影響論證的效果。 RISC零的獨特驗證所在相當於其實現分散式的方法，將多層論證整合到無縫整合中單一的證明鏈中，不僅減少了計算負擔和需要處理的資料量，還能在多個計算步驟中保持驗證過程的安全性和缺陷。
RISC 0 的另一個獨特之處在於它使用了RISC-V 指令集，這是一種開放式標準ISA（指令集架構），旨在實現可擴展性和可擴展性。選擇這樣可以確保RISC 0 的實現可以利用廣泛的工具和支援的生態系統，與其他可能使用通用或不太通用架構的zkVM 相比，更容易存取和整合到現有系統中。
去年他們成功完成了4000萬美元的A輪融資。此輪融資由區塊鏈Capital領投，其他投資者包括Bain Capital Crypto、Galaxy Digital、IOSG Ventures、RockawayX、Maven 11、Fenbushi Capital、Delphi Digital等參與其中。
簡潔：開發者友好
Succinct開發了zkVM SP1，SP1專為執行以Rust或任何其他可透過LLVM編譯的語言編寫的程式碼而定制，靈活性和易用性更高。 SP1支援標準架構，讓開發人員透過「預先編譯」來客製化和擴展其功能。預編譯指特定的、不可開發者添加或高效的模組，這些模組增強了修改了核心虛擬機的功能，使其可以更地處理特定的任務或攻擊。
另外，SP1建構了中心化的證明者網絡，簡化了證明的部署和執行，從而降低了使用高級加密貨幣方法的機率。這個網路使開發人員只需點擊一下就可以有效地產生證明，提供一個種簡化的方法。
3月，簡潔完成了5,500 萬美元的融資。此次融資由Paradigm 領投，參與的投資者包括Robot Ventures、Bankless Ventures、Geometry 以及天使投資人Eigenlayer 的Sreeram Kannan 和Polygon 的聯合創始人Sandeep Nailwal 等5月13日，Succinct宣布上線SP1測試網。
Taiko：多證明系統
Taiko 已經開始從使用zkEVM 過渡到使用zkVM，它的zkVM 獨特之處在於其對多論證系統的用途。多論證由Vitalik 提出，Taiko 表明自己是第一個實施此概念的項目，將於5 月底開始主線上線時直接支援此多網域系統。系統允許Taiko 的zkVM 產生多種類型的域名，從而提高了系統的安全性和健壯性。即使其中一種網域類型出現問題，其他類型的網域仍繼續確保系統的正常運作並及時偵測到任何錯誤的狀態轉換。此外，高效，還採用了Halo2-KZG證明系統，使得處理複雜計算和大規模交易時能夠保持和達到。
3月，Taiko完成1,500萬美元A輪融資，由Lightspeed Faction、Hashed、Generative Ventures和Token Bay Capital共同領投，Wintermute Ventures、Flow Traders、Amber Group、OKX Ventures和GSR等參投。
ZKM：MIPS架構簡單且穩定
ZKM是Metis速度基金會孵化的zkVM項目，採用MIPS架構，將其與零知識證明技術結合創建zk虛擬機。這種設計使ZKP更與系統內部的計算處理方式相契合，加快操作並減少單獨使用實施ZKP 協定相關的計算開銷。而目前大多數的zkVM 使用Rust 語言，而ZKM 提供Golang 原生支援。
MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是第一代專業指令集電腦架構。 MIPS指令集相對簡單且穩定，可以被廣泛評估各種運算設備和嵌入式系統中，具有良好的通用性和預見性，基於MIPS架構的ZKM系統可以更容易地進行開發和部署。
zkMIPS 將整個MIPS 程式分成多個區段。再將每段的指令拆分為四個類型並歸入對應的四個模組表。 zkMIPS 使用STARK 證明方法，對每個模組表中的指令進行獨立驗證，保證表中的每一項都是操作正確的以及程式段中的每條指令都包含在其對應的模組表中。之後再驗證各個程式段的執行序列與整個程式的執行相符。透過這種方式，即使是在鏈下執行的程序也能在鏈上得到驗證，增強了程式執行的完整性和可信度。
ZKM 最近推出了一種新的信任化最小化的多鏈互通性基礎設施Entangled Rollups，利用zkMIPS 來建立一個信任化的、去中心化的多鏈互通框架。並非第三方的zk 橋接僅透過快照驗證資產轉移，但是所有的計算都可以被驗證，所以非常。互通性的關鍵在於存在這種通用的證明機制，可以在一個區塊鏈上產生證明，然後在另一個區塊鏈上進行驗證。 ZKM 與其他zkVM 不同點之一就是可以產生的一個適用於所有操作零知識證明。 ZKM 將安全性嵌入到CPU/MIPS 架構的基礎上，使得所有在該架構之上的軟體都可以享受到相同的安全性，而消耗每個軟體都單獨進行零知識證明的過程。
另外，ZKM的特色還有：
與所有虛擬機器相容：ZKM 位於每個虛擬機器下方，設定與各種區塊鏈智慧合約引擎VM 相容，如MoveVM（zkMVM）、WASM（zkWASM）和RustVM（zkRVM）等。
即插即用：開發人員可以在不更改現有程式碼庫的情況下採用ZKM。提供了最新的語言的採用，並允許使用不同的智能合約語言甚至傳統程式設計。
長期穩定性：MIPS指令集具有穩定性，不需要隨著不斷改變的EVM而改變指令集，為開發提供了更穩定的環境。
zkVM 的未來展望
隨著區塊鏈技術的不斷成熟和前沿公司的不斷探索，zkVM的性能不斷提升，我們可以預見zkVM將在加密貨幣世界中扮演越來越重要的角色，成為關鍵技術的一部分。資料結構和對跨鏈安全性需求迫切增加的迫切性，zkVM提供的能力優化市場需求。我們期待攻克各種技術困難，例如電路優化和證明系統本身的最佳化，推出完美的各種程式語言zkVM，將更多的開發者帶入Web3新時代。
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