在将 zkEVM 技术作为区块链可扩展性问题的潜在解决方案之前，我们从智能合约到侧链和汇总已经走了很长一段路。

这个问题一直是我们在过去几年中看到的大多数区块链创新的核心。在不牺牲去中心化（大多数 L1区块链为了更快地扩展而做出的权衡）的情况下，区块链技术的当前状态根本无法支持达到大规模采用的应用程序。因此，扩展仍然是当前大多数区块链讨论的中心。

区块链可扩展性噩梦

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你可能还记得，以太坊的开发人员和用户在DeFi 夏季和 2020 年至 2021 年的加密货币热潮期间在链上经历了惨痛的经历。Gas 费飙升至以前无法想象的高度，网络拥塞变得经常发生。最重要的是，从 加密货币Kitties 到 ICO、NFT、DeFi 收益农业和戏剧性的每个炒作周期，这些网络拥塞和飙升的汽油费循环都在不断重复。

以太坊网络通过炒作周期的平均交易费用。（来源）

当然，随着每个成功项目发布后费用飙升的风险（这反过来又会损害其潜在的持续成功），为大众市场开发和推出产品的动力会受到影响。从汇总到侧链，已经在以太坊网络之上构建了各种解决方案来解决这个问题。

上述每个解决方案都有望降低 gas 费用和提高网络吞吐量。然而，在所有这些中，汇总可以说是以太坊最有前途的扩展解决方案之一。像 Arbitrum 和 Optimism 这样的Optimism汇总在今天很受欢迎，因为它们成功地成为构建在以太坊之上的可扩展区块链层。另一方面，零知识 (ZK) 汇总不太受欢迎，但许多人将它们视为以太坊可扩展性的圣杯。

让我们快速深入了解 ZK-rollups，因为了解它们对于了解 zkEVM 至关重要。

ZK-rollups 有什么独特之处？

ZK-rollups 的独特之处在于它们比Optimism邻居更快地执行事务，因为它们不必使用Optimism汇总采用的延迟期机制。相反，ZK-rollup 使用以太坊智能合约生成加密货币证明，以验证他们的交易（通常是批量交易）是真实的、有效的，并且按照基础层的协议完成

ZK-rollup 在 gas 费用方面的成本也低得多，因为它们不必将所有交易数据发布回以太坊，只需将其证明即可。有时，一个证明可以证明其他证明，从而节省额外的区块空间，这对开发人员和用户都有利。然而，很少有 ZK-rollup 可以做的不仅仅是简单的交易（代币转移、原子交换等）。过去，那些可以支持智能合约部署的人通常要求他们的开发人员离开以太坊框架，因为现有的 ZK-rollup 不兼容 EVM（以太坊虚拟机）。

现在这一切都在改变。在这么短的时间内，ZK-rollup 生态系统中的开发人员在构建与 EVM 同等兼容的 ZK-rollup 方面取得了长足的进步。

EVM 是一个虚拟组件，包含在每个以太坊节点中，它接收智能合约（通常用 Solidity 等高级语言编写）并将它们转换为 EVM 字节码。与 EVM 兼容的 ZK-rollup 需要一个支持 EVM 字节码的代码执行环境，因此以太坊开发人员可以将他们的智能合约从以太坊迁移到 rollup，而无需从头开始编写代码。

这些特定类型的汇总称为 zkEVM…

那么，什么是 zkEVM？

zkEVM 的全称是“零知识以太坊虚拟机”。他们的目标是将以太坊环境复制为一个汇总，允许开发人员像在以太坊上一样构建它们。

zkEVM 是一种零知识汇总，其目标是在不失去汇总优势的情况下将以太坊体验完全带入第 2 层区块链。因此，开发人员在编写或将智能合约移植到更具可扩展性的解决方案以保持 L1 的去中心化和安全性时，无需更改其代码或放弃其 EVM 工具（和智能合约）。

zkEVM 是如何工作的？

zkEVM 与 ZK-rollups 没有什么不同，只是对它们的升级。

zkEVM 遵循零知识汇总的一般工作原理。但是，必须注意围绕 zkEVM 的理想结构及其操作有几个想法。最真实的 zkEVM 形式将完全等同于以太坊，即使它们可以使证明生成变得更容易，也不允许进行任何更改。

零知识汇总分批完成链下交易，并向以太坊提交证明这些交互正确性的加密货币报告。零知识证明不会透露批次中所有交易的详细信息，而只是确认它们足够准确以触发向以太坊状态的转换。之后，它为设置在​​ L1 链上的智能合约提供有效性证明。一旦收到并确认，它会验证输入。

要了解 zkEVM 是如何工作的，我们必须承认它们是不同类型的，正如目前正在进行的项目所示。虽然他们都有共同的目标，但他们的方法不同。

以太坊的创始人 Vitalik Buterin试图将zkEVM 分为四种类型和第五种类型。以下是他对 zkEVM 类型的总结：

Vitalik 的 zkEVM 类型比较。（来源）

Type-1 zkEVMs：完全等同于以太坊

zkEVM Type-1 预计将完全等同于以太坊，不会对其状态或交易树、哈希码或共识范围内的任何其他逻辑进行更改。Type-1 zkEVM 将与所有以太坊原生应用程序完全兼容，但需要更多证明者时间，因为没有进行独特的返工来加快证明生成速度。

Type-2 zkEVMs：EVM（不是以太坊）等价物

Type-2 zkEVM 会稍微降低门槛，目标是实现 EVM 等价性，而不是以太坊等价性。zkEVM Type-2s 在外观上看起来像以太坊，但在内部会稍作修改，以促进开发和加速证明生成。

在这种汇总中，一些应用程序可能不兼容。然而，type-2 zkEVMs 仍然会遭受较慢的证明者时间。因此，Type-2.5 zkEVM 可以通过增加 gas 成本来缩短证明者的时间。

Type-3 zkEVMs：脱离 EVM

zkEVM Type-3 不会完全等同于 EVM，因为这种类型优先考虑在 ZK-rollups 中放置类似 EVM 的系统的便利性。这涉及到使构建更容易和改进证明生成的特定更改。虽然 Type-3 zkEVM 可以与大多数应用程序兼容，但其中一些可能需要重写。

Type-4 zkEVMs：EVM 的近亲

zkEVM Type-4 仅相当于高级语言，而不是 EVM 本身。因此，跳过为 EVM 执行的每个阶段提供零知识证明的过程将降低成本并鼓励去中心化，并缩短证明生成时间。

但是，这会使 Type-4 zkEVM 与多个应用程序的兼容性降低。将应用程序迁移到 EVM 时，合约地址很可能会发生变化，并且不可能继承多个调试基础设施。

zkEVM 类别注意事项

未来，以太坊将发生变化，使其对 ZK-SNARK 更加友好。这些更改可能会升级任何属于这两个类别的 zkEVM，这意味着这里的分类方案不是绝对的。正如 Buterin 指出的那样，这仅代表一个系统，将现实世界产品的实际差异反映到一个直观的框架中。

zkEVM 竞赛的主要竞争者

就在几个月前，许多人认为 zkEVM 还需要数年时间才能投入使用，但一些项目已经开始在其开发中取得相当大的进展。最近的社交媒体公告增加了围绕加密货币领域下一件大事的炒作，该领域的一些知名人士正在象征性地推出第一个 zkEVM。

以下是 zkEVM 竞赛的一些顶级竞争者：

Polygon赫尔梅兹

2021 年，Polygon 完成了对 Hermez Network 的 2.5 亿美元收购。该公司于 2022 年年中推出了其 Ethereum Layer-2 ZK-rollup 解决方案Polygon Hermez。然后，在 2022 年 7 月，Polygon 宣布他们正在构建一个 zkEVM，将 Polygon Hermez项目更名为Polygon zkEVM。

Polygon zkEVM 是开源的，并采用 Type-2 zkEVM 方法，旨在实现 EVM 等效但未达到以太坊等效。Polygon zkEVM 的构成将要求开发人员将代码和 EVM 工具调整到 ZK-rollup。Polygon 预计其 zkEVM 将达到每秒 2000 笔交易，并将交易成本降低多达 90%，远低于以太坊主网。公共测试网也在开发中。

zkSync

zkSync采用 Type-4 方法，支持与以太坊的编码语言 Solidity 和 Vyper 的兼容性。zkSync 1.0 已经上线，已经处理了大约 400 万笔交易。zkSync 的新产品 zkSync 2.0 是由 zkEVM 提供支持的 EVM 兼容 ZK rollup，尽管它属于EVM 兼容性而不是EVM 等效性。

在 zkSync 中，开发人员将能够编写 Solidity 智能合约，该协议将转换为 Yul，它可以理解的另一种编程语言。作为 Type-4 zkEVM，zkSync 2.0 的验证时间更快，但应用程序兼容性低于其竞争对手。zkSync 2.0 目前在以太坊测试网上上线。

斯塔克网

虽然大多数 zkEVM项目使用 ZK-SNARKs，但 Starkware 的 StarkNET 采用 ZK-STARKs，理论上比 ZK-SNARKs 更安全，但需要更多的气体，需要更长的验证时间，并且占用更多的块空间。StarkNET已经发布了它的 Alpha 版本，尽管它仍然有限。

StarkNET 和 zkSync 2.0 一样，遵循 Type-4 zkEVM 方法，将其归类为与 Solidity 或高级语言兼容。该汇总使用 Nethermind 的 Warp，一种将 Solidity 转换为 StarkNET 的编程语言 Cairo 的转换器，以支持智能合约部署。Type-4 zkEVM 的缺点将限制 StarkNET。

滚动

Scroll与隶属于以太坊基金会的Privacy and Scaling Explorations小组合作，正在构建一个 zkEVM 解决方案，该解决方案面向 Type-2 zkEVM 类，如 Polygon zkEVM。该项目处于 pre-alpha 阶段，正在邀请开发人员和测试人员对网络进行实战测试。

Scroll 的架构类似于 Polygon zkEVM，但它具有很高的可组合性能力，与 zkSync 2.0、Polygon zkEVM 和 StarkNET 相比，它的性能较差。Scroll 旨在构建第一个真正等效于 EVM 的 zkEVM，并优先考虑安全性和透明度。

隐私和扩展探索小组也在构建零知识 EVM 概念并进行广泛的研究。他们的解决方案倾向于 Type-1 zkEVM 类，尽管目前还没有具体的公告。

构建第一个 zkEVM 的竞赛：Polygon vs. Scroll vs. zkSync

Polygon、Scroll 和 zkSync 最近分别宣布他们正在构建世界上第一个真正等效于 EVM 的 zkEVM。单独的声明被解释为一场竞赛，一个健康的竞争环境，让真正的创新蓬勃发展。

zkEVM 竞赛的顶级竞争者。（来源）

Twitter上的公告引起了轩然大波。然而，重要的是要注意，这些以太坊第 2 层解决方案彼此不同，尽管没有一个是完全优越的。以下是它们在核心技术、优势和局限性方面的比较：

zkEVM 生态系统的现状和时间表

尽管由于最新的 zkEVM 公告，倾向于隐私和可扩展性的开发人员和利益相关者可能会嗡嗡作响，但大多数项目仍远未发布成品。

StarkNET 是唯一一个推出了 Alpha 版的 zkEVM，而 Polygon 只开放了一个测试网。Scroll 的私有测试网是开放的，公共测试网正在开发中。zkSync 2.0 已在以太坊测试网上上线，但直到 2022 年第四季度和整个 2023 年都不会发生任何具体的事情。

Scroll 和 StarkNET 应该会在 2022 年第三季度和第四季度看到一些进展。2023 年，我们预计大多数 zkEVM项目将发布公开的 alpha 版本。然而，上线并不是唯一的挑战。

真正的以太坊等价还有很长的路要走，因为甚至真正的 EVM 等价还没有实现。以太坊的变化将帮助 zkEVM 覆盖更多领域，并且在大多数项目启动后会逐步改进。

结论

zkEVM 在加密货币领域是一个受欢迎的发展，它像常规 ZK-rollup 一样解决了以太坊的可扩展性问题，同时支持智能合约部署和应用程序兼容性。

随着 Scroll、Polygon 和 zkSync 等项目竞相推出他们的 zkEVM 产品，我们预计它们会被广泛采用并增加相关性，因为它们可以缓解区块链世界的痛点。还值得注意的是，zkEVM 仍在进行中，Web3 的创新步伐使得几乎无法预测未来。

除了可扩展性和隐私之外，我们可能会在未来几年偶然发现更多 zkEVM 和零知识证明的用例，但我们也不应该放弃源自完全意想不到的地方的区块链可扩展性解决方案。