DAOrayaki：从兼容性、等效性看zkEVMs赛道的竞争格局

原文作者：Grant Griffith

原文标题：The Race for zkEVMs Explained

当涉及到通过rollups扩展以太坊时，零知识（ZK）rollups，特别是兼容EVM的ZK-rollups（zkEVMs）的出现，通常被认为是圣杯。虽然我们在发展方面还没有达到这个程度，但最近各种项目在创新方面的热度已经上升，让多年以后的事情似乎触手可及。zkEVMs的竞赛现在正在进行，本文将研究分析哪些先行者能够成功地大规模实施 zkEVM 并在早期用户采用方面获得优势。

首先，请注意本文不是关于rollup的介绍性文章。因此，如果对以太坊上的Rollups情况以及特别是使用 ZK-rollup 的一般优势/劣势并不熟悉，建议先阅读这篇文章，其中详细介绍了这些基础知识（A Comprehensive Guide for Those With “Zero Knowledge” on Rollups）。

牢记以上几点，让我们快速提醒自己为什么 ZK-rollups 与 optimistic rollups 相比经常受到青睐。尽管两种形式的 rollups 在可扩展性和吞吐量方面都提供了巨大的改进，但 ZK-rollups 在交易终结性（无挑战期）和安全性方面提供了优势。对于后者，ZK-rollup 通常被认为更安全，因为它们依赖于不信任的加密机制来确保安全，而不是依赖其他参与者的诚实来提交欺诈证明。当然，optimistic rollups也有其特殊的好处，比如不需要在专门的机器上进行复杂的计算来生成证明（这有其成本），但这些是在其他条件相同的情况下需要注意的关键事项。

在两种形式的 rollups 之间，只有 optimistic rollups 通常是 EVM 兼容的，这使得 optimistic rollups 在总价值锁定（TVL）方面更受欢迎。

EVM 兼容性和等效性解释

我发现 EVM 的概念及其各种形式的兼容性是该领域中最容易被忽视和误解的主题之一。这个词经常被抛出，以至于你会认为每个人都理解来龙去脉，但事实很可能并非如此。

公共的、通用的Rollup通常都有一个共同的目标——尽快让开发人员和用户参与进来，以便在采用方面产生网络效应。简而言之，这种说法是 EVM 兼容性有助于促进新的区块链网络/汇总。让我们探讨如何以及为什么。

EVM（以太坊虚拟机）

首先，什么是 EVM？EVM全称Ethereum Virtual Machine，本质上是一个软件平台。

在高层次上，请记住，对于区块链，在任何给定时间只能有一个规范的“状态”（类似于资产负债表）。该状态包括特定时刻区块链的所有账户、余额等。就以太坊而言，EVM 部分充当一个大型数据库来保存所有这些数据。

然而，EVM也扮演着一个更加动态的角色。以太坊的状态不仅是一个持有所有账户和余额的大型数据结构，也是所谓的机器状态，它可以根据一套预先定义的规则从一个区块到另一个区块发生变化。这些规则，是由EVM定义的--所以任何想要在以太坊上执行交易的智能合约，如果不是按照EVM编写的，就不会被处理。不仅如此，当以太坊区块链的记录随着每笔允许的交易发生变化时，EVM会持续跟踪并计算网络的新状态（因此既是守门员又是实时登记员）。让我们在这里看一个例子来帮助说明。

假设您在以太坊上创建了智能合约或去中心化应用程序 (dApp)。与任何标准智能合约一样，在该合约中有一个定义的操作列表，这些操作将在满足某些条件时执行（例如，给定输入，智能合约执行输出/功能）。就此智能合约遵守 EVM 的当前规则而言，EVM 将有助于促进其执行，从而在以太坊网络（由 EVM 计算）上产生新的区块和状态。对于技术倾向者，EVM 通过将智能合约操作码（操作码的缩写，用 Solidity 等编程语言编写）翻译成字节码来帮助促进执行，以便虚拟机可以读取指令和执行操作。

图片来源：Reddit 博客文章

因此，EVM 几乎可以被视为以太坊的命脉。通过解释/执行智能合约并响应智能合约输入数据从一个区块到另一个区块计算以太坊网络的状态，它定义了可以处理的规则并实时更新网络状态。

EVM 兼容性

现在我们对什么是以太坊虚拟机 (EVM) 有了大致的了解，那么区块链与 EVM 兼容意味着什么？

图片来源：GoCrypto 博客

EVM 兼容性与特定区块链的智能合约的编写和部署方式有关。如果区块链被认为与 EVM 兼容，则意味着其智能合约的编写方式符合 EVM 的特定规范和规则。

EVM兼容性与特定区块链的智能合约的编写和部署方式有关。如果一个区块链被认为是EVM兼容的，这意味着其智能合约的编写方式符合EVM的特定规格和规则。

用太简单的术语来说--如果你基本上复制/粘贴在以太坊网络上可读的代码，并将其部署在不同的区块链上，如果另一个区块链被建立以支持和处理这个转置的智能合约/代码，它将被认为是EVM兼容的。为什么另一个区块链会按照这些标准来构建自己？答案是，这种 "即插即用 "的能力大大扩展了新兴区块链的可能性，以吸引开发者加入其生态系统。以太坊是世界上最受欢迎的网络——为了让其他链有可能利用其广泛的开发人员和应用程序网络，它们必须符合其他人所熟悉的内容。

考虑非 EVM 兼容链的情况。通过构建全新的标准和生态系统，非 EVM 兼容链可以自由地从根本上改变以太坊工具集，并以各种方式（有些变得更好）脱颖而出。然而，这也使得吸引开发人员进入新生态系统变得更加困难，因为他们中的大多数人可能已经熟悉以太坊。例如，如果区块链与 EVM 兼容，开发人员可以快速复制以太坊上现有的 dApp 并将其部署到这条新链上，而无需重写代码或进行昂贵且耗时的智能合约审计。移植到非 EVM 兼容链的以太坊开发人员无法享受这种奢侈，这直接导致这些其他链的项目数量和市场份额较低。

因此，EVM兼容性通过降低应用开发者在这些新链上部署智能合约的门槛，使众多区块链变得非常成功。你可能熟悉的一些流行的EVM兼容第一层的例子包括 Avalanche 、 BNB 智能链和 Fantom 。

那么，考虑到以上所有内容，与 EVM 兼容的区块链本质上只是以太坊的克隆吗？不完全的。尽管与 EVM 兼容的区块链的智能合约是以与 EVM 兼容的方式编写的，但这并不要求它在各个方面都与以太坊相同——例如，协议的安全方式可能有所不同，底层技术等

EVM等效性

在此阶段，还应注意所谓的“EVM 等效性”。简而言之，EVM 等效性比 EVM 兼容性更进一步，这意味着区块链的智能合约的编写和部署完全符合 EVM 规范。

回想一下上一节中解释的 EVM 兼容区块链的“即插即用”功能。对于 EVM 等效链，这确实是“即插即用”——所有代码都符合以太坊黄皮书（协议的正式定义），并且可以完全按照 EVM 兼容链上编写的内容进行部署在另一个这样的链上。在其他地方部署现有智能合约和 dApp 时，这种设置会产生更大的网络效应。

相比之下，在兼容 EVM 的区块链上编写的智能合约不需要实现精确的 EVM“等价”——可能会发生对智能合约底层代码的最小重写。这些偏差最终会导致 EVM 兼容链之间出现一定程度的碎片化，尽管以太坊开发人员在这些链上复制现有 dApp 仍然相对容易。例如，可能有五个不同的区块链，每个区块链都与 EVM 兼容，但代码库仍然略有不同（这使得事情比每个区块链都等效于 EVM 更复杂）。

汇集一切

具有 EVM 兼容性的主要好处现在应该很清楚了——通过降低应用程序开发人员在新链上构建的进入壁垒，它可以更容易地发展这些不同的生态系统。

如前所述，在两种形式的汇总中，目前只有乐观汇总与 EVM 兼容。鉴于零知识技术和证明所涉及的复杂性，以太坊最初并不是围绕ZK友好性设计的，因此造成了大规模开发通用zkEVM的延迟。然而，创新正在发生—现在让我们来看看那些引领开发功能性zkEVM的项目。

致力于 zkEVM 的项目

本节，对于列出的每个项目，主要突出当前的开发状态以及EVM的兼容程度，以供参考。

Polygon zkEVM

• 发展状况：不到一个月前，Polygon 宣布推出 Polygon zkEVM 的公共测试网，这是他们特定 zkEVM 项目的名称。该公告是在 Polygon 为支持其零知识证明技术而采取的一系列活动之后发布的，包括收购 Mir Protocol 和与 Hermez Network 合并。测试网目前处于实战测试模式，Polygon 鼓励用户在网络上部署并帮助发现潜在的错误。

预计将于 2023 年初的某个时候启动主网。

• EVM 兼容性级别：尽管 Polygon 正在努力使其 zkEVM 完全等效于 EVM，但目前还没有完全实现。在在目前的形式下，它仍然被认为是 EVM 兼容的，因为正在为精确等效做出一些牺牲。在撰写本文时，尽管支持所有 EVM 操作码，但该项目的 Github 代码存储库显示以太坊兼容性测试的覆盖率为 97 %。在这方面，Polygon作为EVM等价项目的品牌实际上最近面临一些批评，因为更广泛的社区发现了完全（ 100 %）EVM等价与不等价之间的区别。也就是说，Polygon预计将随着时间的推移进一步提高兼容性。

图片来源：Polygon博客

zkSync 2.0

• 发展状况：与 Polygon 类似，zkZync（由 Matter Labs 创立）最近在推出其 zkEVM（称为 zkSync 2.0 ）方面有很多活动。就在几天前的 2022 年 10 月 28 日，该项目宣布发布其“Baby Alpha”。从技术上讲，这相当于 zkEVM 主网的发布，尽管该平台尚不支持任何外部项目，但团队仍在继续进行压力测试以确保一切正常并按预期执行。随着发布，zkSync 2.0 成为第一个部署在以太坊主网络上的 zkEVM 解决方案。

2022 年第四季度，开发人员有望开始从测试网转移到主网，但系统仍将对外部用户关闭。一旦所有安全检查获得批准，完整的 alpha 版预计将在 2022 年底推出。随着 zkSync 生态系统中 150 多个项目同时启动，完整的 alpha 版的发布将是一件大事。目前在 zkZync 上构建的流行 dApp 包括 Chainlink 和 Uniswap 。

图片来源：zkSync 推特

• EVM 兼容性级别：zkSync 2.0 正在构建 EVM 兼容性（不是等效性），但其兼容性比 Polygon 更差。Polygon 通过支持所有 EVM 操作码实现“操作码级等效”，同时对任何代码进行最少的重写，而 zkSync 2.0 并未明确支持某些 EVM 操作码（有关更多详细信息，请参阅文档）。尽管这种偏差可能会带来某些优势，例如更快的证明生成时间或降低成本，但由于整体兼容性较低，在支持以太坊 dApp 和/或共享 EVM 工具时会产生更多摩擦。

Scroll

• 发展状况：在EthCC 2022 上宣布他们正致力于通用zkEVM的项目中，Scroll绝对是Polygon和zkSync中最不为人所知的。然而，这个项目不应该被否定。就在几周前，它宣布对其pre-alpha测试网进行升级，使智能合约在平台上部署。这次升级为开发者提供了第一次与基础设施互动的机会，并在平台上体验合约部署。在这次升级后不久，Scroll预计将推出一个更广泛的alpha测试网，对所有用户开放，无需白名单，最终将发布主网。

• EVM 兼容性级别:与 Polygon zkEVM 一样，Scroll 也在努力完全等效于 EVM。这种方法包括直接实现每个 EVM 操作码，正如前面所讨论的，这在dApp迁移和工具支持方面有其好处。然而，和Polygon一样，Scroll也没有通过他们所选择的设计（在结构上与Polygon不同）来支持EVM等效性，尽管他们打算在未来实现等效性。

图片来源：Scroll.io

Taiko

• 发展状况：并非所有开发 zkEVM 的项目都像前三个提到的那样进展顺利或得到良好支持。例如，到Taiko 在开发方面是迄今为止最早的项目。该项目却在 2022 年 10 月 7 日首次分享白皮书。此外，他们最新的社区更新包括团队变动和核心开发（例如，实施操作码等）的各种新闻。这个项目，以及可能存在的许多其他项目，确实处于早期阶段。

• EVM 兼容性级别：在 Twitter 上，Taiko 将 EVM 等效性置于其 zvEVM 的兼容性之上（与 zkSync 2.0 等进行 ZK 友好优化的项目形成对比）。与其他为之奋斗的人一样，他们相信这为开发人员、用户和基础架构提供商在采用方面创造了最顺畅的途径。

图片来源：Taiko Labs 博客

StarkNet

• 发展状况：Starkware 是 ZK-STARK 技术的先驱。StarkNet alpha 于 2021 年 11 月在以太坊主网上启动，已有一百多个项目在该平台上开发并开始上线。

• EVM 兼容性级别：StarkNet 在其基础设施和合约（而非 Solidity）中使用 Cairo 编程语言，并且不与 EVM 兼容。但是，该团队正在积极创造增加兼容性的方法。特别是，Nethermind 的 Warp 项目正在构建一个 Solidity 到 Cairo 的“转译器”，它使用 Solidity 编写的基于以太坊的项目能够将他们的代码库翻译成 Cairo，以便在 StarkNet 上部署。Warp 插件仍在开发中，但一旦完善并生效，它将使 StarkNet EVM 在与 zkSync 2.0 类似程度上兼容。

此外，就在几天前，Starkware 团队推出了 Kakarot（~听起来像 Cairo），这是一个用 Cairo 编写的 EVM。Kakarot 被描述为“一种 ZK-EVM 模拟器”，将能够在 StarkNet 上运行以太坊智能合约，将 EVM 兼容性提高到当前 Polygon / Scroll 级别。这里的细节仍然很少。

图片来源：Dragon Ball Z

结论

作为总结，所有公共的、通用的rollup在以下方面都有既得利益：（i）将现有的以太坊dApps（和开发者）迁移到他们的生态系统；（ii）被EVM工具（如 钱包 、市场等）支持。

这些目标中的每一个都在用户采用方面极大地帮助了个人汇总，而实现这些目标的最简单方法之一是让汇总与 EVM 兼容。特别是对于ZK-rollup，与乐观的rollup相比，它被高度重视，这意味着创建一个 "zkEVM" - 即一个通用的rollup，与以太坊生态系统的通用接口保持兼容。虽然围绕零知识技术和证明的复杂性使我们至今无法实现经过验证的zkEVM，但各种项目（已强调）正在积极创新，现在正处于实现曾经被认为需要数年时间的目标的边缘。

在Polygon、zkSync和Scroll在EthCC 2022 上宣布他们在实现功能性ZK-EVM方面取得了重大进展之后， Vitalik Buterin发表了一篇文章，强调了在与现有EVM基础设施的兼容性方面，对通用卷积进行分类的几个大类别。

不同 "类型 "的EVM等效性的分类法，图片来源：Vitalik Buterin博客文章（"不同类型的ZK-EVM"）。

从Vitalik的文章中得到的一个核心启示是，具有某种类型或程度的EVM兼容性并不一定意味着一个项目的卷轴明确地比其他项目好或差。相反，只是有不同的权衡需要考虑--例如，兼容性较差（分类法中的较低类型）的rollup在吸引新的开发者时可能会使该特定的生态系统更难建立，但与此同时，偏离现有的EVM基础设施可能允许更快的证明生成时间。这一点在分析不同的项目时要牢记在心。例如，如果提议的zkEVM不寻求EVM等价，那么还有什么其他的好处可以证明这种权衡？

事实上，随着更大的参与者继续向各自的主网推进并且技术逐渐改进，在未来的几个月和一年里，预计会有无数的项目（比如 Taiko）以他们自己的方式进入市场。鉴于这项技术的新生程度，存在大量空白空间供创新项目进入并进入市场——看看景观如何演变以及哪些赢家会出现将很有趣。

参考文献：

• A Comprehensive Guide for Those With “Zero Knowledge” on Rollups

• Polygon and Matter Labs Compete on zkEVM Rollups

• The Different Types of ZK-EVMs (Vitalik Buterin Blog)

• The Benefits of Optimistic Rollups vs ZK-Rollups

• ZK-Rollup Projects: Inner Workings, Importance & Analysis

• Making Sense of Rollups, Part One: Optimistic vs. Zero Knowledge

• Ethereum Virtual Machine

• What Is an Ethereum Virtual Machine (EVM)? A Beginner’s Guide

• What Is the Ethereum Virtual Machine & How Does It Work?

• What is EVM? — Ethereum Virtual Machine

• Introducing EVM Equivalence

• Scroll — zkEVM

• Ethereum’s Rollup Race: What is a ‘True’ zkEVM?

• zkSync Twitter Post

• Baby Alpha Has Arrived! (Matter Labs)

• zkEVM FAQ (zkZync)

• Polygon and Matter Labs Compete on zkEVM Rollups

• Ground Up Guide: zkEVM, EVM Compatibility & Rollups (Immutable X)

• Decentralized Exchange Uniswap v 3 Gets ‘Warp’ed’ Onto StarkNet

• What Are Zero-Knowledge Proofs?

• ZK Roundup: Ethereum Scaling Projects Are Forging Ahead