在以太坊Layer2扩展网络Arbitrum和Optimism网络都宣布其主网的公开测试版正式启动后，Layer2的整体数据增长都极其明显，这也标志着以太坊Layer2扩展解决方案之一OptimisticRollup已经正式启动。没错，这是一个属于Layer2的季节。
当像Arbitrum和Optimism这样的OptimisticRollup成为市场焦点时，另一个Layer2网络zkEVM也取得了一些关键性的进展。现如今，我们看到越来越多地zkEVM已成为扩展以太坊的关键。本文就将会带你深入了解zkEVM的基本原理和发展现状。
作者：DeGateTeam
来源：Medium
编译：陈一晚风
概要
1、zkSync宣布推迟8月31日发布其2.0版本。基于zkEVM的zkSync2.0有望成为第一个兼容EVM的zkRollup；
2、8月13日，Polygon宣布以2.5亿美元收购以太坊Layer2扩展解决方案Hermez，其核心技术是其zkEVM解决方案；
欧科云链集团正式启动区块链科普行动“星途计划”:欧科云链集团于4月26日，正式宣布启动了区块链科普行动——“星途计划”，行动包括将在全国范围展开系列沙龙，加大力度推进区块链科普进机关、进国企、进校园等，联合政府部门、行业协会等共同构建起更加完善和有效的区块链科普教育生态，与此同时，直击区块链科普现存痛点，推出简单易懂的“秒懂区块链”公益短视频课。
该计划旨在全维度推动社会建立对产业更清晰的认知，与“鲲鹏计划”一道助力数字经济及区块链产业本身健康发展夯实“人才”和“产业认知”两大基础。[2021/4/26 20:59:37]
3、以太坊基金会在一份关于研发进展的定期更新声明中表示，在过去几个月中以太坊基金会资助筹建zkEVM团队，希望能将EVM的所有操作码直接通过ZK电路实现。
正如我们所知，在比较OptimisticRollup和ZKRollup的两种扩容解决方案时，V神认为OptimisticRollups可能会在短期内赢得通用EVM计算。但从长远来看，随着ZK-SNARK技术的改进，ZKrollup才可以在所有的应用场景中“获胜”。而所谓“ZK-SNARK技术的改进”主要是指zkEVM的成功。
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zkEVM的作用
在开始探究zkEVM的作用前，让我们先来重新认识一下以太坊。从本质上来说，以太坊就是一个基于交易的状态机。在计算机科学中，状态机是通过读取一系列输入，从旧状态转换到新状态的机器。
从创世状态开始，以太坊通过一个又一个的交易转换到以太坊的当前状态。该状态包含所有帐户地址及其映射的帐户状态。
声音 | CNBC主持人：加密货币最大的缺点之一就是难以向外行快速科普:CNBC主持人Ran NeuNer近期发推称，加密货币最大的缺点之一就是很难向外行快速解释。当人们要求我向他们解释比特币时，我知道他们至少需要一个小时才能真正理解。[2019/9/10]
其中，EVM或以太坊虚拟机负责处理交易。EVM作为堆栈机运行，程序员在其中使用Solidity等高级语言编写代码，然后将其编译为EVM能够理解的EVM字节码。EVM以各种EVM操作码的形式执行标准堆栈操作，最终产生一个新的状态。
现在问题来了。我们知道zkRollup解决方案需要为Layer2上的交易生成零知识证明，并将它们传递回Layer1进行验证。为了生成零知识证明，交易的处理需要符合zk电路证明规范。而在EVM设计之初，设计者并没有考虑支持零知识证明。因此我们需要zkEVM。从技术上讲，zkEVM的含义是：运行在zkRollup网络上的虚拟机，兼容EVM并且零知识证明友好。
两种实施策略
对于zkEVM来说，目前主要有两种实现策略。
科普时报：区块链与云计算长期发展目标不谋而合:据《科普时报》今日报道，区块链与云计算两项技术的结合，从宏观上来说，一方面，利用云计算已有的基础服务设施或根据实际需求做相应改变，实现开发应用流程加速，满足未来区块链生态系统中初创企业、学术机构、开源机构、联盟和金融等机构对区块链应用的需求。另一方面，对于云计算来说，“可信、可靠、可控制”被认为是云计算发展必须要翻越的“三座山”，而区块链技术以去中心化、匿名性，以及数据不可篡改为主要特征，与云计算长期发展目标不谋而合。[2018/5/4]
1、直接支持现有的EVM操作码集，与Solidity操作码集完全兼容。使用此解决方案的人包括Hermez和以太坊基金会zkEVM。
2、通过设计一个零知识证明友好的新虚拟机并适应EVM开发工具来保持Solidity兼容性。该方案主要被zkSync使用。
对于第一种策略，由于它完全支持现有的EVM操作码集，并且使用与EVM相同的编译器，现有的生态系统和开发工具完全兼容，也更好地继承了以太坊的安全模型。而第二种策略，它不受原始EVM操作码集的约束，因此可以更灵活地将代码编译为对零知识证明更友好的操作码集。它还免去了与所有原始EVM操作码集兼容所需的繁重工作。
金色财经独家分析 监管机构、媒体、业界提示风险 区块链科普道阻且长:新华社今日发文表示，近来“区块链”类案件频发，不法分子以“投资虚拟货币周期短、收益高、风险低”为借口，取用户信任并诱使其转账进行投资。无独有偶，同日消息，腾讯手机管家安全专家也提醒此类风险，并从技术上提出防建议。在美国，监管机构警示加密货币欺诈现象普遍承诺高收益而不披露潜在风险。金色财经独家分析，不法分子假借新技术之名进行，一方面是抓住民众趋利的心理，一方面反映出区块链科普的欠缺。区块链是新兴科技和底层技术并有改变社会生产关系的潜力，应该进行系统性的科普教育，当前，部分大学已经开始设置了区块链课程，但对于普通民众仍然有科普的需求，人们应该了解到系统和正确的知识，不仅要了解区块链的好，也要明确局限和弊端，以在高收益的诱惑下，保持清醒客观。[2018/4/11]
总的来说，第一种策略更兼容、更安全，但工作量更大；第二种策略更灵活、工作量更少，但需要额外的努力来适应。
主要解决方案对比
HermezzkEVM
Hermez使用第一种策略，将整个EVM操作码集转换为微操作码。
众所周知，有一些可变的EVM操作码，例如CALL、EXP、CREATE等，它们对zk电路证明本质上是不友好的，而这些操作码的逻辑可以使用微操作码以一种更友好的方式来表达。微操作码在uVM中执行，uVM使用大量加密工具实现zk完成，并使用Plookup算法提高证明和验证效率。
HermezzkEVM的另一个亮点是它同时使用了两个证明系统，专门生成一个STARK证明，然后使用PLONK或Groth16生成一个STARK证明的证明并在Layer1上进行验证，就像一个证明的证据。原因是STARK的证明量大，验证链上的成本高，而Groth16或PLONK的证明量小，验证速度快。两者的这种组合各有优势，很容易被认为是一种组合使用非对称和对称加密算法的场景。
AppliedZKPzkEVM
与Hermez一样，AppliedZKPzkEVM也使用第一种策略。AppliedZKP使用BusMapping映射思想来分离存储和计算。基于BusMapping映射提取的正确存储数据，State证明证明了数据的一致性，EVM证明证明了计算逻辑的正确性。
具体流程如下：
1.EVM通过BusMapping映射读取所需的相关状态。状态由存储、内存和堆栈组成；
2.EVM执行操作码；
3.EVM通过BusMapping映射写回新状态；
4.State证明负责BusMapping读写数据的一致性和正确性，EVM证明负责EVM操作码执行的正确性。
zkSyncEVM
与Hermez和AppliedZKP不同，zkSync选择了第二种策略。zkSync的zkEVM不是EVM的复制品，而是新设计的，可以运行99%的Solidity合约，并确保它在各种条件下正常工作。同时，zkEVM可用于在电路中高效生成零知识证明。
zkSyncEVM使用TinyRAM来实现通用的操作码集，而消耗大量gas的操作码，例如SHA256和keccak，将特别实现其电路，最后使用递归聚合技术将所有证明聚合为一个以提高效率。
zkSync还为zkEVM开发了两个编译器前端：Yul和Zinc。Yul是一种微型Solidity表示，可以为不同的后端编译成字节码；Zinc是一种基于Rust的语言，用于智能合约和通用零知识证明电路。这为开发人员提供了更多选择。
另外，zkSync在构建编译器时，选择了LLVM这个生产工业级产品最先进的编译器框架，以确保编译器足够完整，并具有所有经典优化。
总结
从上述这些扩容项目中，我们看到在团队的不断努力下，zkEVM技术正在走向成熟，并将在大约六个月内实现与EVM兼容的zkRollup扩展解决方案。
如今，区块链技术正在进入一个前所未有的充满争议的时代。从公链之争到以太坊扩容方案之战，甚至到一个具体扩展解决方案，不同的项目都在相互竞争、追赶和超越，这其中蕴含着对现实世界的巨大游戏，很幸运，我们处于区块链技术技术最具活力的时代。
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