可扩展性是以太坊社区正在积极尝试解决的一个关键挑战。确保无限的可扩展性是确保大规模采用该技术的唯一方法。目前出现的最可行的可扩展性解决方案之一是零知识以太坊虚拟机（zkEVM）。
本指南解释了 zkEVM 的基础知识，并深入探讨了 zkEVM 对于扩展 web3 和促进其广泛采用至关重要的原因。最后，我们来看看这项令人兴奋的新技术的一些用例。
在本指南中：
- 什么是 zkEVM？
- 为什么我们需要扩展以太坊？
- 生态系统中有哪些 zkEVM 项目？
- zkSync时代
- zkEVM 有哪些应用？
- 多重证明者 zkEVM 是未来
- 经常问的问题
- 关于作者
什么是 zkEVM？
在了解 zkEVM 之前，让我们先熟悉一下零知识证明（ZKP），这是构成 zk 技术基础的关键概念。本质上，ZKP 是一种加密证明，允许一方向另一方证明他们拥有某些信息而不泄露。
目前有多种算法可用于生成 ZKP。最引人注目的两个是zk-STARKs 和 zk-SNARKs 。两者都是双方证明其知识的方法的缩写：zk-STARK 代表零知识可扩展透明知识论证。同时，zk-SNARK代表零知识简洁非交互式知识论证。
现在让我们了解一下 zkEVM 是什么。 zkEVM 是一个 zk-rollup，模仿以太坊的交易执行环境并执行智能合约。它证明了使用 ZKP 执行的正确性。 ZkEVM 重新创建了以太坊设计的各个方面，从而为开发人员和用户提供了“类似以太坊”的体验。当与Rollup技术相结合时，zkEVM 为去中心化应用程序 (DApp) 及其用户提供了无与伦比的安全性和可扩展性。
zk-rollup 通过在单独的第 2 层 (L2) 环境中执行交易来减少以太坊的计算负载。汇总操作员称为定序器，定期将 L2 上的交易捆绑到Rollup批次中，并将此证明提交给第 1 层 (L1) 以太坊上的智能合约。
为什么我们需要扩展以太坊？
以太坊虚拟机（EVM）是运行在以太坊网络上的分布式计算环境。它对网络至关重要，因为它允许执行智能合约并为在以太坊上运行的各种 DApp 提供支持。
随著越来越多的用户转向以太坊，网络限制导致汽油价格或用户使用网络所支付的费用高昂。因此，以太坊网络提供了安全性和去中心化的好处，但在此过程中牺牲了可扩展性，因为网络上的每个节点都需要重新执行交易并存储世界状态。
为解决以太坊可扩展性问题而出现的一些解决方案是侧炼和汇总。侧链就像与 L1 以太坊并行运行的独立区块链一样。同时，rollups 在链下执行交易，将它们捆绑起来，然后将它们发布到 L1。对这些解决方案的批评仍然是它们没有直接扩展以太坊。然而，它们允许开发人员在可扩展的链下层上运行以太坊 DApp，同时对用户来说是一个低成本的选择。
并非所有扩展解决方案都是一样的。以侧炼为例，它缺乏以太坊网络提供的安全性。因此，用户资金的安全取决于与侧链相关的验证器的完整性。在可怕的情况下，如果验证器集受到损害，则存在从桥上非法挪用资金或通过交易审查拒绝用户访问合法拥有的资金的重大风险。
Zk-rollups 已迅速成为解决以太坊可扩展性问题的最有效方法之一。由于它们是“零知识”，因此它们只需要有效性证明，而不需要整个交易的数据。这确保了 zk-rollups 需要更少的块空间，使验证过程比在 L1 上执行交易更快、更便宜。
生态系统中有哪些 zkEVM 项目？
过去几年，以太坊生态系统中出现了许多 L2 项目。然而，我们将重点关注四个最值得注意的。
zkSync时代
ZkSync Era由 Matter Labs 开发，是一款兼容 EVM 的 zkVM，支持通用应用程序。它是 zkSync Lite 的升级版，提供低费用的 ERC-20 代币和ETH转账、互换和NFT铸造/交易。
ZkSync Era 采用基于编译器的方法来实现 EVM 兼容性——它使用特殊的编译器将高级编程语言（例如 Solidity 或 Vyper）转换为适合 zkSync zkEVM 的格式。这一变化导致与以太坊的一些不兼容，但提供了诸如改进证明生成时间和降低最终用户成本等好处。
ZkSync Era 于 2023 年 3 月 24 日在以太坊主网向所有用户开放。
斯塔克韦尔
StarkWare 是两种不同 zk 产品的开发商： StarkEx是一种许可扩展服务，为DYDX、Sorare、ImmutableX 和 rhino.fi 等应用程序提供支持； StarkNet是一种为执行 Cairo 编程语言应用程序而定制的通用Rollup。
值得注意的是，StarkWare 因普及“validiums”而受到赞誉，“validiums”的功能类似于汇总结构，具有链外数据可用性。通过有效性证明来确保正确性，与其他具有链下数据可用性的扩展解决方案相比，validium 提供了卓越的安全性。
StarkNet 于 2023 年 4 月 25 日在以太坊主网线。
多边形zkEVM
Polygon zkEVM 将自己定位为“EVM 等效 zkEVM”。本质上，这是一个 zkVM，可以理解和处理与以太坊虚拟机相同的指令。
STARK 用于生成 Polygon zkEVM 中计算完整性的证明，尽管 SNARK（使用 PLONK 生成）用于 L1 验证目的。这种组合提供了“两全其美”的场景，其中 STARK 用于快速生成证明。同时，使用最终的 SNARK 证明来证明 STARK 证明的正确性，以降低验证成本。
Polygon zkEVM 于 2023 年 3 月 27 日在以太坊主网首次亮相。
利内亚
Linea是一款开发人员友好的 Type-2 zkEVM。 Consensys 的研发团队开发了Rollup。它是 EVM 等效的 zk-rollup 解决方案，与现有工具和基础设施完全兼容。这使得开发人员能够像在以太坊主网那样进行开发（例如，Linea 使用ETH进行 Gas 支付），而成本只是以太坊上构建成本的一小部分。
作为 Type 2 zkEVM，Linea 优先考虑与所有以太坊应用程序和基础设施的兼容性。它允许与 EVM 钱包 ( Metamask ) 无缝集成。另外，还有开发人员工具（Truffle、Remix、Brownie、Foundry、Hardhat 等）和关键基础设施，如节点提供程序 (Infura) 和执行客户端 (Besu)。
Linea 提供了以太坊扩容解决方案的优势——费用低、确认快、每秒交易量大——同时避免了一些竞争项目可能存在的缺点。例如，最终确定性延迟、成本高、安全性差。
此外，Linea 还提供了 EVM 等效基础设施。这意味著用户可以构建新的 DApp，同时受益于以太坊的安全性、去中心化和开发人员体验。
Linea 于 2023 年 7 月 11 日宣布在以太坊主网，并于同一天开始招募合作伙伴。它于 2023 年 7 月 18 日向所有用户开放网络。
zkEVM 有哪些应用？
DeFi：交易者和投资者将从 zkEVM Rollup上提高的资本效率和改善的流动性获取中受益，同时将提款延迟降至最低。 zkEVM 在 DeFi 领域的成本节省呈指数级增长尤其值得注意。这是因为不需要为快速退出而补偿流动性提供者。此外，zkEVM 对可扩展性的优化转化为极快且经济高效的去中心化计算机操作。这使其成为点对点支付和机构结算的理想选择。以太坊的高度去中心化网络拥有超过 500,000 个验证者并且持续增长，确保了强大的交易最终性保证。
游戏：处理大量交易的链上游戏应用程序极大地受益于 zkEVM 提供的可扩展性优势。除了前面提到的好处外，链上玩家还可以降低每笔交易的成本。这是由于 zkEVM 固有的数据压缩功能。
NFT：zkEVM 链上超低的 Gas 费和每秒的高交易量的特殊组合使其成为大规模 NFT 铸造和交易的理想平台。此外，一旦链上验证者合约接受提交的证明，提款将立即完成，从而确保将 NFT 转移到以太坊 L1 的无缝用户体验。
社交媒体：zkEVM 被证明有用的另一个领域是社交媒体。以诸如Lineaster之类的 DApp 为例，这是一个由 Lens Protocol 构建并部署在 Linea 上的去中心化社交媒体平台。 Lineaster 能够利用 Linea 实现的高吞吐量和低 Gas 费。
多重证明者 zkEVM 是未来
总而言之，很明显 zkEVM 在 web3 的扩散和采用方面的潜力是无与伦比的。但特别是，多重证明者可以发挥特殊的作用。在多证明者 zkEVM 的情况下，发布到 L2 的每笔交易都由多个独立证明者证明。也就是说，一批交易可以有许多有效性证明来确认该批次中包含的交易数据的完整性。
为了实现这一点，我们需要多个高性能且可以相互协作的 Type-2 EVM 等效 zkEVM。多证明者 zkEVM 有很多好处。关键在于它降低了失败的风险，因为不存在单点攻击。另一个好处是它鼓励证明方案的创新。
V神 Buterin 将当今可用的大多数Rollup解决方案称为“训练轮”，这意味著项目仍然依赖多重签名来确保在代码出现错误的情况下获得特定结果。他们还没有完全依赖 Zk-proof 技术。然而，多验证器解决方案是帮助消除这些“辅助轮”并真正实现该技术优势的关键。
经常问的问题
什么是 zkEVM？
zkEVM 是一个 zk-rollup，模仿以太坊的交易执行环境，执行智能合约并使用零知识证明证明执行的正确性。
为什么 zkEVM 对以太坊可扩展性很重要？
Zk-rollups 已迅速成为解决以太坊可扩展性问题的最有效方法之一。由于它们是“零知识”，因此它们只需要有效性证明，而不需要整个交易的数据。这确保了他们需要更少的块空间，使验证过程比在 L1 上执行交易更快、更便宜。
关于作者
Simran Jagdev 是 Consensys（一家领先的区块炼和 Web3 软件公司）的高级内容经理。 Jagdev 是一位专注于技术的作家和商业记者，自 2021 年以来一直在 web3 生态系统中工作。她的工作主要关注 web3 的机构参与、以太坊蓬勃发展的第 2 层场景以及整个以太坊生态系统的发展。她对 web3 围绕共同兴趣构建有意义的社区的能力感到最兴奋。
