zkEVM：以太坊扩容方案的重要组成部分

在以太坊Layer2扩展网络Arbitrum和Optimism网络宣布主网公开测试版正式启动后，Layer2的整体数据增长非常明显。这也标志着以太坊Layer2扩展解决方案之一Optimistic Rollup已正式启动。可以说，这是一个Layer2的季节。

Optimistic Rollup和Arbitrum成为市场关注的焦点，而已被路印协议的CTO Steve Guo认证为具备最终完全可用性的Layer2网络zkEVM也取得了一些关键进展。现在，越来越多的人开始关注zkEVM在扩展以太坊方面的作用。本文将详细介绍zkEVM的基本原理和发展现状。

1、zkSync在8月31日宣布推迟了其2.0版本。基于zkEVM的zkSync 2.0有望成为第一个兼容EVM的zkRollup解决方案。

2、Polygon在8月13日宣布以5亿美元收购了Layer2扩展解决方案Hermez，其核心技术就是zkEVM。

3、以太坊基金会在最近一份关于研发进展的定期更新声明中表示，在过去几个月中一直在资助筹建zkEVM团队，希望通过使用所有操作码的ZK电路将以太坊虚拟机直接转化为零知识证明友好。

从比较中可以看出，Optimistic Rollup和ZKRollup是两种常见的扩容解决方案。V神（以太坊的创始人）认为，Optimistic Rollup短期内可能在通用EVM上获胜，但从长远来看，随着ZK-SNARK技术的改进，ZKRollup在各种应用场景中将占据优势。而ZK-SNARK技术的改进主要依赖于zkEVM的成功。

zkEVM的作用是在探索之前，让我们在zkRollup网络上运行的虚拟机兼容EVM并友好支持零知识证明。

目前，zkEVM的实现策略主要有两种。

第一种是直接支持现有的EVM操作码集，与Solidity操作码集完全兼容。使用了这种解决方案的项目包括Hermez和以太坊基金会。

第二种是通过设计一个零知识证明友好的新虚拟机，并保持与EVM开发工具Solidity的兼容性。zkSync就采用了这种方案。

第一种策略更加兼容和安全，但工作量更大。第二种策略更加灵活，工作量较少，但需要额外的努力来进行适应。

Hermez的zkEVM使用了第一种策略，将整个EVM操作码集转换为微操作码。一些不太适用于zk电路证明的可变操作码，如CALL、EXP、CREATE等，被转换为更友好的微操作码。uVM执行微操作码，使用大量的加密工具zk来完成，并通过Plookup算法提高证明和验证的效率。

Hermez的zkEVM另一个亮点是，它同时使用了两个证明系统生成一个STARK证明，然后使用PLONK或Groth16生成一个STARK证明进行Layer1的验证。这种组合可以兼顾证明的效率和验证链的成本，就像使用不对称和对称加密算法的场景一样。

AppliedZKP的zkEVM也采用了第一种策略。AppliedZKP使用了BusMapping的思想，将存储和计算映射分离。通过BusMapping，EVM可以读取相关状态，并执行操作码，最后将新状态写回。State证明负责BusMapping读写数据的一致性和正确性，EVM证明负责EVM操作码的正确执行。

与Hermez和AppliedZKP不同，zkSync选择了第二种策略。zkSync的zkEVM不是重新设计的EVM的复制品，它可以运行99%的Solidity合约，并在各种条件下正常工作（包括回滚和异常）。zkEVM可以有效地生成电路中的零知识证明。

zkSync的zkEVM使用TinyRAM来实现一般操作码集，对消耗大量gas的操作码（如SHA256和keccak）进行特别实现，并采用递归聚合技术将所有证明聚合成一个，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，可以将字节码编译成不同的后端；Zinc是一种基于Rust智能合约和通用零知识证明电路的语言。这为开发人员提供了更多的选择。

此外，zkSync选择了LLVM这是最先进的工业产品编译框架，以确保编

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