四类 ZK-EVMs 详解：扩展以太坊区块链
以太坊虚拟机(zk- evm)目前是以太坊社区中开发的最受好评的扩容技术之一。
原文标题：ZK-EVMs — Scaling the Ethereum Blockchain
原文作者：Fifty Finney
原文来源：substack
编译：Nicole，MarsBit
以太坊的合并已经完成了一段时间，以太坊区块链社区正专注于网络扩容的工作，以实现更便宜的交易费用、更快的交易，以及更多的吞吐量，同时还要维护构建在该区块链上的去中心化金融(DeFi)协议和其他去中心化应用(dapp)的安全性。以太坊虚拟机(zk- evm)目前是以太坊社区中开发的最受好评的扩容技术之一。
今天的文章将讨论zk-EVM和zk-EVM领域需要注意的一些关键项目。要理解zk- evm是什么，我们首先需要理解两个关键概念：零知识聚合(zk- rollup)和以太坊虚拟机(EVM)
什么是ZK-Rollups
ZK-Rollup是在以太坊区块链之上运行的第二层扩容解决方案。zk - rollup是链外协议，它在以太坊区块链之外执行事务，然后通过链上rollup契约将事务批提交回链上。ZK-rollup处理事务、执行计算并在链下存储数据，同时在链上智能合约中持有资产。
从本质上说，zk- rollup在执行事务时脱链处理事务，以减少对块空间的需求，然后将结果发送到以太坊区块链。zk- rollup本质上被称为零知识，因为在交易完成后，它们会以批处理的形式发送回以太坊区块链，并证明它们是有效的。这些证明被称为短非交互知识论证(SNARK)。zk-SNARKs是用来验证数据真实性而不泄露交易的全部细节的方法。
zk - rollup体系结构有两个关键组件:
链上合约:zk - rollup由运行在以太坊网络上的智能合约控制。以太坊区块链作为主合约，用于存储卷出块和排序，跟踪存款，并存储roll-up状态。链上合约还充当验证者，确保zk-Rollup生成的区块。
链下虚拟机:链下虚拟机独立于以太坊虚拟机，是zk-Rollup架构中处理事务的地方。这确保了主以太坊网络上较少的块空间争夺。
现在让我们来看看什么是以太坊虚拟机(EVM):
什么是EVM
来源:Ethereum基金会
以太坊虚拟机(EVM)是一个数据处理引擎，其功能类似于具有大量可执行项目的分布式计算机。它作为虚拟机和以太坊整个操作结构的基础。它被视为以太坊处理执行和智能合约部署的组件。每个以太坊节点运行一个EVM，在每次交易后更新EVM，以确保以太坊网络的状态在整个系统中是一致的。
现在我们已经了解了zk和evm的两个关键概念，让我们看看zk- evm是什么:
ZK-EVMs -深入研究
zk - evm结合了zk - rollup和evm的概念。因此，zk- evm允许开发dapp，在使用以太坊虚拟机处理交易和执行智能合约时隐私的最大化。
来源:ZK7
zkEVMs的类型
关于zk- evm的执行有不同的思想流派。然而，以太坊的创始人Vitalik Buterin普及了zk- evm的一种分类。让我们来看看V神提出的这些分类。
来源:Vitalik Buterin的博客
1型zkEVM
这些类型的zkEVMs也被称为完全等价于以太坊。这是因为evm完全等同于以太坊，除了使其更容易生成证明之外，不会对区块链进行任何更改。
优点
这些类型的zkEVms与以太坊完全兼容，可以为以太坊网络上未来的zk集成提供基础。
缺点
以太坊网络最初并不是为了与zk兼容而构建的。因此，以太坊网络可能需要大量的计算来进行zk证明。因此，这些zkevm可能会导致更长的证明时间，最终更长的时间才能完成事务。
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Coin Metrics：分析以太坊 Blob 与 EIP-4844 的影响
自3月13日起，多个Layer-2解决方案采用blob交易，超过950,000个blob已发布到以太坊，降低了操作成本。EIP-4844升级提高了L2的可伸缩性和降低交易成本，每天约有10,000个blob发布。blob被设计为18天后过期，防止永久存储膨胀。随着rollups使用blob发布大量数据，blob空间利用率将增加。blob费用根据需求动态调整，4月份因铭文blob激增而增加，但随后又降低。Blob的采用是EIP-4844降低数据存储开销和增强L2可伸缩性的积极信号。然而，跨资产、流动性和用户体验碎片化等挑战仍需解决。随着更多L2利用blob，拥塞可能会再次出现。
Stacks Nakamoto 升级，BTC生态的文艺复兴
Stacks是一个跨链共识区块链，旨在将智能合约功能移植到比特币网络中。其共识机制为转移证明，通过燃烧比特币来参与挖矿。Stacks 2.0主网已推出，获得美国证券交易委员会批准的代币销售。Stacks 3.0升级解决了安全性、性能和可扩展性等问题，引入签名者角色，提高链的可扩展性。Nakamoto升级解决了MEV问题，提高了挖矿过程的公平性和稳定性。升级将在4月22日开始，提高Stacks区块链的透明度和信任度。
一些构建1型zkEVM的项目是来自隐私和缩放探索团队和Taiko的应用ZKP。
2型zkEVM
Type 2 zkEVM实现试图完全类似于以太坊虚拟机，但与以太坊的对等物略有不同。Type 2 zkEVMs除了数据结构和状态树之外，类似于以太坊的区块链。
优点
Type 2 zkEVMs拥有一个几乎等同于EVM的虚拟机，并将确保与多个EVM调试工具和开发人员基础设施的兼容性。
缺点
类型2 zkEVMs和类型1 EVMs一样，验证时间较慢，因为以太坊区块链最初并不是构建为zk兼容的。然而，类型2的zkEVMS速度会快一点点。
一些构建2型zkEVMs的项目包括Scroll和Polygon Hermez。
2.5 zkEVM类型
2.5型zkEVMs之所以如此命名，是因为它们与2型zkEVMs非常相似，只是它们改变了Gas成本。因此，2.5型zkEVMs有时被称为evm等效，并调整了Gas成本。
优点
由于Gas成本降低，2.5型zkEVMs相当便宜。
缺点
由于链上的气体成本会发生变化，因此存在与集成2.5型zkEVMs的软件创建者可用的开发工具不兼容的风险，而且有可能破坏一些去中心化的应用程序。
3型zkEVM
3型 zkEVMs不同于其他形式，因为在协议中对操作的调用次数有硬性限制。因此，这些类型的zkEVMs有时被称为几乎等同于evm。
优点
Type 3 zk- evm更容易构建，并且有改进证明时间的方法，因为它们通常消除了难以实现的特性。
缺点
大多数协议目前避免保持type 3 zkEVMs，直到它们能够完全实现使其成为type 2.5 zkEVMs的特性。由于大多数应用程序都需要重写，存在更高的不兼容性风险。
在它们的早期形式中，Scroll和Polygon被认为是Type 3 zkEVMs。
4型 zkEVM
Type 4 zkEVMs的实现是通过使用用高级语言(如Solidity和Vyper)编写的智能合约代码，并将代码编译为zk-SNARK友好型。因此，它们被称为高级语言等效zkEVMs。
优点
类型4 zkEVMs有非常快的证明时间。
缺点
在从solidity或vyper等高级语言编译智能合约时，存在非常高的不兼容性风险。
来自Nethermind的ZKSync和Warp是构建和实现Type 4 zkEVM系统的项目。
结论：
自合并完成以来，我们看到了规模化解决方案的增长，以确保以太坊仍然是执行去中心化金融项目和其他去中心化应用程序的首选层。因此，我们认为这个主题对于web3的成功是至关重要的。然而，同样重要的是要注意，这些解决方案中有几个还处于试验阶段，这个领域正在发展当中，所以在做出任何投资决定之前还是要多学习和关注这个领域，以做出正确的判断。
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