通过其多客户端理念和即将到来的向ZK-EVM的过渡，了解以太坊的安全性和去中心化。在这篇内容丰富的文章中了解更多信息。
介绍
以太坊作为区块链网络的概述
以太坊是世界上最受欢迎的区块链网络之一，以其智能合约功能和去中心化应用程序(dApps)而闻名。以太坊维护其安全性和去中心化的方式之一是通过其多客户端理念。
与其他区块链网络不同，以太坊没有每个人都默认运行的默认“参考客户端”。相反，有一个协作管理的规范，用人类可读性强但速度非常慢的Python语言编写，多个团队实现规范，称为“客户端”，这是用户实际运行的。
以太坊多客户端理念详解
每个以太坊节点运行一个共识客户端和一个执行客户端。目前，没有共识或执行客户端占网络的2/3以上。这意味着如果在其类别中份额低于1/3的客户端出现错误，网络将照常运行。如果在其类别中拥有1/3到2/3份额的客户有错误，链将继续添加块，但它会停止敲定块，从而为开发人员提供时间进行干预。
O(1) Labs和RISC Zero提出在Optimism上??添加两项 zk-proofs 的提案:7月21日消息，O(1) Labs 和 RISC Zero 的两项提案正在 Optimism 推进，以向 OP 链添加 zk-proofs。这些提交是为了响应旨在实现安全高效的跨链通信的提案请求。Optimism 基金会正在直接联系 O(1) 实验室和 RISC Zero，以“启动该项目并更详细地讨论期望”。
据悉，Zk-proof 基础设施和工具公司 RISC Zero 建议升级 Optimism 现有的故障协议，使用零知识证明来确保 Optimism 上状态更改的正确性，减少实现最终确定的时间。孵化 Mina 协议的 O(1) Labs 提议使用 Kimchi（Mina 协议目前使用的 zk 证明系统）创建一种新的防错解决方案，以有效地证明交易的正确执行。然后，这些证明用于通过智能合约更新以太坊网络的状态。[2023/7/22 15:51:32]
ZK-EVM概述
以太坊链验证方式即将发生的一个重大转变是ZK-EVM的兴起。证明EVM执行的SNARK已经开发多年，该技术正被称为ZK汇总的第2层协议积极使用。这些ZK汇总今天在主网上很活跃，很快就会有更多。从长远来看，ZK-EVM不仅仅用于汇总；它们也将用于验证第1层的执行情况。一旦发生这种情况，ZK-EVM实际上成为第三种类型的以太坊客户端，对网络安全的重要性与当今的执行客户端和共识客户端一样重要。
Vitalik：跨链证明是实现跨链社交恢复钱包的关键，ZK-SNARK等是可行选择:6月20日消息，以太坊联合创始人VitalikButerin在最新文章《更深入探讨钱包和其他用例的跨L2读取》中指出，实现跨链社交恢复钱包的一个可行方案是维护一个存放在特定位置的密钥库，以及多个不同位置的钱包，这些钱包可以读取密钥库来更新自身的验证密钥视图或在每次交易验证过程中。跨链证明是实现这个功能的关键，需要对其进行深度优化，可能的方案包括零知识证明（ZK-SNARK）、等待Verkle证明或自定义KZG解决方案。
从长远看，我们需要实现聚合协议，通过生成聚合证明来打包所有用户提交的操作，以此来降低成本。这可能需要将其集成到ERC-4337生态系统中，可能需要对ERC-4337进行一些修改。同时，为了减少从L2内部读取L1状态的延迟，L2应被优化。
钱包不只可以放在L2上，也可以放在与以太坊连接程度较低的系统上，如L3或只同意包含以太坊状态根的独立链。然而，密钥库应放在L1或高安全性的ZK-rollupL2上。尽管这样会增加复杂性，但从长期来看，可能在L2上设置密钥库才是成本更低的方案。在这个过程中，我们也需要致力于提供保护隐私的解决方案，并确保我们的方案可以与隐私保护方案兼容。[2023/6/21 21:50:47]
然而，这种转变引发了一些有趣的问题，即ZK-EVM将如何与多客户端理念交互。困难的部分之一已经完成：正在积极开发多个ZK-EVM实现。但其他困难的部分仍然存在：我们如何真正为ZK证明以太坊区块的正确性创建一个“多客户端”生态系统？这个问题提出了一些有趣的技术挑战——当然，还有一个迫在眉睫的问题，即权衡是否值得。
zk-Rollup项目INTMAX完成500万美元种子轮融资:4月13日消息，用于各种网络服务和金融的无状态zk-Rollup项目INTMAX的开发公司Ryodan Systems AG宣布完成了500万美元的种子轮融资。HashKey Capital、Bitscale Capital、B Dash Ventures、SNZ、Scroll、Mask Network和Alchemy Ventures等参投。
INTMAX路线图显示，将于2023年二季度在以太坊主网上发布其Alpha测试版。2023年第四季度INTMAX主网正式发布。任何验证者/矿工都可以参与网络。[2023/4/14 14:02:33]
未来ZK-EVM将如何进入第1层？
ZK-EVM解释
ZK-EVM，或零知识以太坊虚拟机，用于汇总以通过使昂贵的EVM执行仅在链外发生几次来增加扩展性。其他人只需验证链上发布的SNARK，以证明EVM执行计算正确。
这也允许一些数据，特别是签名，不包含在链上，从而节省gas成本。将可扩展计算与ZK-EVM以及可扩展数据与数据可用性采样相结合，可能会带来显着的扩展优势。然而，以太坊网络在验证第1层时面临困难，因为在第1层运行自己节点的用户并不多。相反，大多数用户信任第三方提供商。Helios和Succinct等轻客户端正在采取措施解决这个问题。然而，轻客户端远非完全验证节点，不验证链是否遵循协议规则。需要一种不同的解决方案来将我们带到一个用户可以验证链是否遵守规则的世界。
Cardano推出首个ZK-Rollups扩容解决方案Orbis:2月25日消息，Cardano（ADA）推出首个 ZK-Rollup Layer 2 解决方案 Orbis，旨在通过提升可扩展性和交易吞吐量支持 DeFi 应用程序和区块链生态系统，交易会在 Orbis Layer 2 链下执行并形成一个零知识证明，然后提交给 Cardano Layer 1。
Orbis 有两个主要组件：证明者（Prover）和验证者（Verifier），前者目的是构建 zkSNARK 证明来验证交易的发生，后者是一个链上智能合约，接受链上资产输入，将它们锁定在合约中，以便它们可以在 Rollup 中使用并确保不会出现双花风险。据了解，Orbis 团队已经在 Project Catalyst 的 Ideascale 平台上发布了资金申请，希望申请 100 万美元资金来支持开发和上线工作。[2022/2/25 10:16:05]
选项1：收缩第1层
以太坊网络的多客户端理念对其安全性和去中心化至关重要。ZK-EVM的兴起是网络即将到来的重大转变。以太坊的扩展方法可能是将第1层每个区块的gas目标减少到100万，这可能会迫使几乎所有用户活动转移到第2层协议。在这种情况下，第1层的唯一功能是成为第2层协议的票据交换所，验证它们的证据并偶尔促进它们之间的大笔资金转移。
以色列理工学院所研究的区块链隐私解决方案 ZK-Starks正在变成现实:5月26日，据Coindesk报道，以色列理工学院发明的区块链隐私解决方案ZK-Starks受到许多开发者称赞。所谓的zk-starks提供了一种有希望将大量信息压缩成小样本的方式，命名为starks，并可以使用零知识证明来保护该信息的隐私。Starks对于量子计算也是高效，透明和安全的，Starks团队称之为“令牌技术模型”.创始人Eli Ben-Sasson和Alessandro Chiesa正在走企业路线，希望将他们的新技术提供给实际区块链以换取其原生资产。许多社区的倡导者对这项技术发表了积极的评论，其中包括以太坊创始人Vitalik，他曾暗示这种系统可以部署在“以太坊3.0”之上。Ben-Sasson称：“我们的技术是独一无二的，因为它是目前唯一一个允许真正指数级加速验证的计算系统，无需设置假设，也无需事先分配任何密钥。”[2018/5/27]
这种设计仍然可以支持在每个块中提交的许多汇总。我们可以使用由自定义构建器运行的链下聚合协议，将来自多个第2层协议的SNARK聚集在一起，并将它们组合成一个SNARK。SNARK验证第1层有一个重要的好处：它可以大大增加EVM执行的数量。这可以通过大幅提高第1层气体限制、引入enshrinedrollup或两者兼而有之。
挑战
随着以太坊不断发展壮大，在使用ZK-SNARK验证网络的第1层时，需要考虑几个挑战。虽然这种方法可能会带来很多好处，但也有很多障碍需要克服。
ZK-SNARK验证的主要挑战之一是向后不兼容的可能性。如果实施这种方法，许多现有的基于L1的应用程序在经济上可能变得不可行。随着费用变得如此之高以至于超过清空这些账户的成本，用户资金可能会陷入困境。虽然用户可能会签署消息以选择加入到他们选择的L2的协议内大规模迁移，但这会增加过渡的复杂性。让它足够便宜将需要在第1层使用一些SNARK，这可能很困难。
另一个挑战是验证是否可以针对不同的设备变得足够便宜。理想情况下，以太坊协议应该不仅在笔记本电脑上而且在手机、浏览器扩展程序甚至其他链中都应该易于验证。第一次同步链，或者长时间离线后，应该也很容易。虽然笔记本电脑节点可以在大约20毫秒内验证100万气体，但离线一天后同步可能需要长达54秒。为手机或浏览器扩展验证每块几百毫秒可能仍然是一个不可忽略的电池消耗。这些数字是可控的，但并不理想。
好处
尽管存在这些挑战，但即使在L2优先的生态系统中，让L1在某种程度上负担得起也是有好处的。如果用户在注意到新的状态数据不再可用时可以提取资金，Validiums可以从更强大的安全模型中受益。如果经济上可行的跨L2直接转移的最小规模较小，套利将变得更加有效，尤其是对于较小的代币。
鉴于这些挑战，找到一种使用ZK-SNARKs来验证第1层本身的方法可能更合理。这种方法可能行得通，但仍有重大障碍需要克服。主要挑战之一是向后不兼容的可能性。尽管如此，仍有一些潜在的解决方案，例如允许用户签署消息以选择加入到他们选择的L2的协议内大规模迁移。此外，在不同设备上快速有效地验证链仍然具有挑战性。然而，通过解决这些挑战，有可能释放ZK-SNARK验证可以提供的许多好处，同时仍然保持以太坊网络的安全性和效率。
选项2：SNARK-verifylayer1
一个提议的解决方案是SNARK验证第1层，这将涉及使用类型1ZK-EVM来验证以太坊块的EVM执行。这将是一个具有挑战性的工程问题，因为ZK-EVM需要几分钟到几小时来验证以太坊区块，并且实时生成证明需要一个或多个改进以太坊本身以删除对SNARK不友好的组件，要么通过专用硬件大幅提高效率，要么(iii)通过更多并行化改进架构。然而，没有根本的技术原因不能做到这一点——因此预计即使需要很多年也能完成。
SNARK验证第1层有三个选项，每个选项都有自己的一组挑战。
第一种选择是使用单个ZK-EVM来验证块，这将放弃多客户端范例。
第二种选择是就一组特定的多个ZK-EVM达成一致，并制定共识层协议规则，即一个区块需要来自该组中超过一半的ZK-EVM的证明才能被视为有效，这将关闭开发新客户并导致更集中的生态系统的可能性。
目前，第三种也是最可行的选择是让不同的客户端使用不同的ZK-EVM实现。这将保持多客户端范例的优势，但它有其自身的一系列挑战。
挑战
实施第三种选择不会太困难。每个类型的证明都可以有一个p2p子网，使用一种类型证明的客户端将监听相应的子网络，并等待他们收到验证者认为有效的证明。但是，此选项的两个主要挑战可能如下：延迟挑战和数据效率低下。
在设计单时隙最终协议时要小心，可以解决延迟挑战。单时隙最终协议可能需要每个时隙超过两轮的共识，因此可能需要第一轮包含区块，并且只需要节点在第三轮签署之前验证证明。这确保了在发布区块的截止日期和预计提供证明的时间之间始终有一个重要的时间窗口可用。
数据效率问题必须通过单独的协议来汇总与验证相关的数据来解决。对于签名，我们可以使用ERC-4337已经支持的BLS聚合。另一类与验证相关的重要数据是用于隐私的ZK-SNARKs。幸运的是，这些通常都有自己的聚合协议。
好处
SNARK验证第1层有一个重要的好处：它可以大大增加EVM执行的数量。这可以通过大幅提高第1层气体限制、引入enshrinedrollup或两者兼而有之。通过使链上EVM执行不再需要由每个节点验证，可以增加EVM执行的数量。
尽管SNARK验证第1层有潜在的好处，但仍有几个挑战需要考虑。虽然ZK-EVM的实施可以实现可扩展的计算和数据采样，但仍然需要解决向后兼容性和设备验证问题。可用于SNARK验证第1层的三个选项都有其自身的一系列挑战，但第三个选项目前似乎是最可行的。实施此选项不会太困难，但它有其自身的一系列挑战，例如延迟挑战和数据效率低下。然而，通过解决这些挑战，有可能释放SNARK验证层1可以提供的许多好处，同时保持以太坊网络的安全性和效率。
结论
以太坊的多客户端理念对其安全性和去中心化至关重要，而ZK-EVM的兴起将成为网络即将到来的重大转变。尽管仍有技术挑战需要克服，但多个ZK-EVM实施的开发是网络未来的一个有希望的迹象。随着网络的不断发展和演变，找到使用ZK-SNARKs验证第1层的方法，同时解决向后兼容性和设备验证的挑战将非常重要。通过这样做，有可能释放ZK-SNARK验证可以提供的许多好处，同时保持以太坊网络的安全性和效率。
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