詳解ZK-EVM的五種類型：架構、優缺點及解決方案

原文作者： cookies

原文編譯：深潮 TechFlow

本文詳細探討了 ZK-EVM 的五種類型，每種類型都有其獨特的架構、優點和缺點，以及可能的解決方案。

此外文章還列舉了一些實際的項目例子，以便讀者更好地理解這些類型在實際應用中的表現。無論你是區塊鏈开發者，還是對區塊鏈技術感興趣的讀者，這篇文章都將為你提供深入且簡潔的洞見。

讓我們探討一下 ZK-EVM 的類型，以及它的優缺點。

1.類型 1 ：完全等同於以太坊；

2.類型 2 ：完全等同於 EVM；

3.類型 2.5 ：部分等同於 EVM；

4.類型 3 ：幾乎等同於 EVM；

5.類型 4 ：其中的高級語言等同。

類型 1 ：完全等同於以太坊

架構：完全同於以太坊且不改變以太坊系統的任何部分。

優點

完美兼容性：

• 能夠驗證以太坊區塊；

• 幫助使以太坊 L1 更具可擴展性；

• 適用於 Rollups，因為它們可以重復使用大量基礎設施。

缺點

完美兼容性：

• 以太坊最初不是為 ZK 功能設計的；

• 以太坊的許多組件需要大量計算來生成 ZK 證明（ZKP）；

• 以太坊區塊的證明需要很多小時才能生成 。

問題的解決方案：

• 大規模並行化證明者 ；

• ZK-SNARK ASIC.

類型 2 ：完全等同於 EVM

架構：

• 數據結構（區塊結構和狀態樹）與以太坊有顯著區別；

• 與現有應用程序完全兼容；

• 對以太坊進行了微小修改，以便更容易开發和更快生成證明。

優點

• 提供比類型 1 更快的證明時間；

• 數據結構不直接被 EVM 訪問；

• 在以太坊上運行的應用程序：很可能可以在類型 2 上運行；

• 支持現有的 EVM 調試工具和其他开發基礎設施。

缺點

在了解缺點之前，先了解什么是「Keccak」：

• 以太坊區塊鏈的哈希算法；

• 用於保護以太坊上的數據；

• 確保信息被轉換為哈希。

類型 2 與驗證歷史區塊的 Merkle 證明以驗證有關歷史交易、收據 / 狀態的應用程序不兼容。這是因為如果哈希算法發生變化（不再是 Keccak），證明將會失效。

我們可以將 Keccak 看作是一種語言，它使用 Merkle 證明（字母）如果 ZK-EVM 將 Keccak 替換為另一種哈希算法（例如 Poseidon），Merkle 證明將變得陌生，應用程序將無法讀取和驗證它們的聲明。

對缺點的潛在解決方案：以太坊可以添加未來可擴展的歷史訪問預編譯。

項目

• Scroll ;

• Polygon Hermez.

然而，這些項目尚未實現更復雜的預編譯，因此，它們可以被認為是不完整的類型 2 。

類型 2.5 ：部分等同於 EVM

架構：

增加難以進行 ZK 證明的特定 EVM 操作的 Gas 成本；

• 預編譯；

• Keccak 操作碼；

• 調用合約的模式；

• 訪問內存；

• 存儲。

優點

• 顯著提高最壞情況下的證明時間；

• 比對 EVM 堆棧進行更深層次的更改更安全。

缺點

• 开發工具的兼容性降低；

• 一些應用程序將無法工作。

類型 3 ：幾乎等同於 EVM

架構：

• 在 ZK-EVM 實現中，刪除了一些異常難以實現的功能，通常是預編譯；

• ZK-EVM 在處理合約代碼、內存或堆棧方面存在輕微差異。

優點

• 縮短驗證時間 ；

• 讓 EVM 更容易开發；

• 目標是對不太兼容的應用程序只需要最少的重寫。

缺點

• 更多的不兼容性；

• 在類型 3 中刪除的使用預編譯的應用程序將需要重新編寫。

項目

目前，Scroll 和 Polygon 被認為是類型 3 ，然而，ZK-EVM 團隊不應滿足於成為類型 3 ，類型 3 是 ZK-EVM 添加預編譯以提高兼容性並轉向類型 2.5 的過渡階段。

類型 4 ：高級語言等同

架構：

• 接受用高級語言（如 Solidity、Vyper）編寫的智能合約代碼；

• 編譯為設計為 ZK-SNARK 友好的語言。

優點

• 非常快的證明時間；

• 降低开銷（成本、時間和計算工作量）；

• 降低成為證明者的門檻：提高去中心化程度。

缺點

• 在類型 4 系統中，合約的地址可能與 EVM 中的地址不同，因為地址取決於確切的字節碼；

• 這意味着如果類型 4 的 ZK-EVM 沒有字節碼，它們將無法創建地址；

• 在上述情況下，類型 4 將與依賴反事實合約的應用不兼容；

• 許多調試基礎設施無法移植，因為它們運行在 EVM 字節碼上。

項目

• zkSync

最後，我們可以將上述的幾種類型放在一起做一個比較，幫助大家一目了然的理解不同的 zkEVM。

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