小学生都能看懂的零知识证明科普（五）：zkEVM、zkWASM和Manta

往期情况回顾：

在上一篇文章中，我们介绍了zk-Rollup的原理。

1/ Rollup可以理解为一种处理交易的方式。 Rollup 中的交易在一段时间后被统一压缩并提交到以太坊主网，这意味着在此期间，Rollup 上的所有交易者共享最初交付到以太坊主网的 Gas，类似于“AA”Gas。 然后以太坊主网提供交易数据的结算和验证。 2/ zk-Rollup不需要将所有交易数据发布到以太坊主网，只发布状态差异（类似用户账户状态变化）和有效性证明，Gas较低。 利用ZK的完备性和合理性来达到压缩计算的目的。 用户在 zk-Rollup 中的交易信息仍然是透明可查询的。 Manta 是一条基于 ZK 的可编程隐私公链。 除了前两个特点外，它还侧重于零知识的应用，使链上交易变得私密。 3/ 从本质上讲，Optimistic Rollup 的安全性来源于经济博弈。 肇事者要考虑损失的代价，挑战者的动机是经济利益驱动的。 zk-Rollup 的安全性来自密码学。 使用密码学来验证证明可以实现去信任化。 在上一篇文章中，我们也提到了 zk-Rollup 短期内受制于 zkEVM 的发展。 在本文中，我们将尝试阐明与 zkEVM 相关的概念。 zkEVM相关的技术术语很多，看似复杂，但只要围绕核心目的把核心目的弄清楚理解，就会清晰很多。

你准备好了吗？ 让我们开始吧。 本系列将尝试使用流行的示例和语言来帮助您理解复杂的概念。 本系列非学术性的阐述，举例只是为了帮助大家理解。 如有错误，请指正。 更严谨的说法，欢迎查看专业论文学习。 什么是EVM？ 首先了解什么是EVM。 以太坊虚拟机（EVM）是以太坊账户系统和智能合约运行的环境，以及从一个区块到另一个区块计算新的有效状态的规则。 状态是以太坊的重要概念之一。 State 是以太坊目前使用的 Merkle Patricia Tree 数据结构，它可以让我们从当前区块追踪到创世区块的交易信息。 所有参与维护以太坊的节点，所谓共识，甚至以太坊本身存在的意义，就是为了保证状态的连续性和统一性，让每个节点看到的当前状态是一致的。 EVM 就是要维护一致的规则和环境。 EVM 兼容性 如果一个区块链是 EVM 兼容的，简单理解为以太坊现有的开发者可以将以太坊上已有的 DApp 做一些小的改动后直接“复制粘贴”到链上。 EVM 兼容性允许开发者使用熟悉的 Solidity 语言编写智能合约，并可以轻松地将以太坊上现有的智能合约部署到链上。 对于用户来说，EVM兼容链的地址与以太坊相同，支持Metamask等主流钱包，具有相同的操作习惯，更低的Gas，更高的Tps。

目前，无论是地址数量、现有开发者数量、新开发者的选择，还是流动性，以太坊都处于领先地位。 因此，以太坊开发语言Solidity和EVM虚拟机实际上已经成为了区块链标准。 在上一轮DeFi盛夏和NFT、GameFi牛市热潮中，EVM兼容链继承了以太坊的溢出价值，发展出了以BNB链、Avalanche C网络、Polygon、Fantom为代表的EVM生态。 目前，以 Arbitrum 和 Optimism 为代表的 Optimistic Rollup 凭借 EVM 兼容性在 Rollup 竞争中逐渐占据优势。 而zk-Rollup需要解决EVM兼容的问题。 其实就是让零知识证明（ZK）的技术更好的配合以太坊EVM，在兼容以太坊现有基础设施的前提下，提高ZK证明生成和验证的效率。 . zk-Rollup EVM问题 zk-Rollup EVM的兼容性问题，之所以成为需要解决的问题，是因为以太坊在成立之初并没有考虑与ZK技术的兼容性。 直接用EVM生成和验证ZK证明的速度极慢。 在以太坊目前的情况下，可能需要几个小时。 zk-Rollup 需要在 EVM 兼容性和 ZK 效率之间取得平衡。 不同类型的zkEVM及代表项目 关于zkEVM的分类，Vitalik曾在他的博客中做过详细的划分。

下图是Vitalik在原文中插入的图片。 横轴是ZK的性能效率，纵轴是与以太坊的兼容性。 可以看到类型1的兼容性最强，但是ZK的性能最差。 而type 4，ZK性能最强，但是兼容性最差。 更准确地说，需要区分“等效”和“兼容”。 简单理解，比如我上一台电脑是苹果系统，新电脑还在用这个系统。 之前的文件和设置可以直接通过Apple Cloud恢复，可以理解为“等价”。 如果新电脑换成Windows系统，需要从云盘下载原来的文件，转换恢复格式，可以理解为“兼容”。 Type 1，等价共识层级：zkEVM，完全等价于以太坊，在共识层级等价于以太坊。 这类zkEVM链状态、事物等与以太坊完全一样，客户端可以直接使用以太坊执行。 与以太坊相互验证区块。 因此，这种 zkEVM 也被称为“Enshrined Rollups”。 Type 1 zkEVM 使得以太坊本身更具可扩展性，在它上面的一些探索可以直接引入以太坊主网。 缺点是 ZK 被证明效率极低，需要大量的计算来验证 ZK。 解决方案是，在未来，它可以通过大规模并行验证器或 zk-SNARK ASIC 来缓解。 理论上，具有高 ZK 效率的 type 1 zkEVM 是未来最理想的 zkEVM 形式。

目前，构建或探索此类的主要团队是 AppliedZKP 和 Taiko。 类型2，字节码级别等价：完全等价于EVM 不完全等价于以太坊，但完全等价于EVM。 与以太坊在数据结构上不同，比如块结构和状态树，删除了一些对 ZK 不友好的栈。 完全兼容以太坊现有的 DApp、调试工具和开发者基础设施。 缺点是对ZK不友好，效率低，成本高。 未来的Scroll和Polygon Hermez正在朝这个方向努力。 Type 2.5：与Similarity 2类似，但修改了gas fee。 Type 2 的优势多一点，Gas 费低一些。 Type 3，字节码级别等价：在type 2的基础上几乎等价于EVM，进一步牺牲了兼容性，提高了ZK效率。 删除在zkEVM上难以实现的功能，比如预编译Compile，使得一些需要该功能的DApp需要重写部分代码。 一般认为现在的Scroll和Polygon Hermez就是这个阶段。 类型4，开发语言级等价：高级语言等价EVM ZK性能最高，但兼容性较差。 目前有代表性的项目有 StarkWare 和 zkSync。 zkEVM 的类型很难理解。 专业术语很多，枯燥乏味。 项目方、部分开发者和分析者之间的定义和观点存在差异，导致不同内容之间存在出入。

但是不要太拘泥于技术概念。 zkEVM的主要目的是方便以太坊现有的开发者，方便现有项目在以太坊的部署，从而增加自身的生态项目，实现网络效应。 类型 1 到 4 是 zkEVM 项目的不同选择，用于兼容性和 ZK 效率。 zkVM和zkWASM zkEVM是ZK+以太坊虚拟机EVM，zkVM是ZK+其他生态虚拟机VM。 问题是，ZK有没有可能兼容更大的生态，比如Web2？ 这是关于 zkWASM（zk-WebAssembly）和 Manta Network 发起的 ZPrize 计划。 WASM（WebAssembly）诞生于传统互联网，由万维网联盟（W3C）创建。 它是一种可以在 Web 上运行的语言格式。 具有体积小、性能高、便携性强等特点。 几乎所有现有的浏览器都支持 WASM，包括 Google Chrome、Apple Safari、Microsoft Edge、Firefox 等。更直观地说，WASM 可以让更复杂的应用程序兼容各种浏览器并流畅运行。 例如，谷歌地球（Google Earth）可以在火狐浏览器上流畅运行（注意“流畅”），WASM起到了关键作用。

跨平台的OpenGL图形引擎Magnum、知名的HTML5游戏引擎Egret Engine等也使用WASM来兼容浏览器版本并提升性能。 因此，如果使用WASM编写Web3钱包，理论上可以在Safari等不同浏览器上使用Metamask等钱包应用。 而且，在Web3领域，一些以Web为前端的DApp，可以更顺畅地跨多个浏览器部署。 可以说，WASM生态是一个整合了Web2的系统，比现在的Web3生态更大。 而zk-WASM就是利用ZK电路编写WASM，结合了ZK和WASM的优点，使WASM具有Web3的免信任、去中心化等特性。 WASM 与 ZK 相结合的意义在于让 Web3 应用更易用、更流畅，让习惯使用传统互联网浏览器的用户更方便地访问和进入 Web3，真正让 Web3 达到亿级。 甚至 10 亿用户。 关于ZPrizeZPrize是Manta Network联合业内21家公司和机构发起的一项竞赛计划，旨在推动ZK技术的大规模采用。 Pioneers Prize 和其他人联合设立了一个 75 万美元的挑战奖，致力于解决多变量乘法（MSM），这也是零知识计算的重要组成部分。

该奖项将侧重于最大化客户端和虚拟机的吞吐量/最小化延迟，特别是 WebAssembly (WASM) 运行时。 Manta Network 创始人 Shumo 将 WASM ZKP 性能视为 ZKP 大规模采用的“最后一英里问题”。 12月7日以太坊世界状态的数据结构及特点，ZPrize揭晓了比赛获奖名单，Manta Network与Jump合作的“加速椭圆曲线运算和有限域算术（WASM）”（Accelerating Elliptic Curve Operations and Finite Field Arithmetic WASM）获得了冠军奖。 其他项目获奖者包括 zkSync 开发团队 Matter Labs、以太坊核心开发组织和 Metamask 开发团队 ConsenSys。 总结 首先，非常感谢您阅读这篇长文。 坚持这一点真的很不容易。 1）所有参与维护以太坊的节点，所谓共识，甚至以太坊本身存在的意义，就是为了保证状态的连续性和统一性，让每个节点看到的当前状态是一致的. EVM 就是要维护一致的规则和环境。 2）zk-Rollup 需要解决 EVM 兼容性问题。 其实就是为了让零知识证明（ZK）技术更好的配合以太坊EVM，提高ZK证明的生成和Verify的效率。

3）zk-Rollup 需要在 EVM 兼容性与零知识证明生成和验证效率之间取得平衡。 4）zkEVM的目的，目前最重要的是方便以太坊现有的开发者，方便以太坊现有项目的部署，增加自身的生态项目，实现网络效应。 5）WASM与ZK结合的意义在于让Web3应用更易用、更流畅，让习惯使用传统互联网浏览器的用户更方便地访问和进入Web3，真正让Web3触及10亿，甚至10亿亿用户。 6) WASM ZKP 性能或 ZKP 大规模采用的“最后一英里问题”。 Manta Network 正在致力于解决这个问题。

关于 Manta NetworkManta Network 致力于通过隐私保护构建一个更美好的 Web3 世界。 Manta的产品设计从第一性原理出发，通过zkSNARK等领先的密码学架构，为区块链用户提供端到端的隐私保护。 Manta 在保护隐私的同时，具有互操作性、便捷性、高性能和可审计性，允许用户在任何平行链资产之间进行隐私转移和交易。 Manta的愿景是为整个区块链世界提供更便捷的隐私保护服务。 Manta 的创始团队由几位加密货币资深人士、教授和学者组成，他们的经历包括哈佛、麻省理工和 Algorand。 Manta 的投资机构包括 Polychain、ParaFi、Binance Labs、CoinFund 和 Hypersphere。 Manta 还是 Polkadot 官方 Web3 基金会的资助获得者，Substrate Builder Program 的成员以太坊世界状态的数据结构及特点，以及伯克利大学区块链加速器的成员。 我们正在招聘！ 访问查看空缺职位：

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