详解ZK-EVM的五种类型：架构、优缺点及解决方案

原文作者：s

原文编译：深潮 TechFlow

本文详细探讨了 ZK-EVM 的五种类型，每种类型都有其独特的架构、优点和缺点，以及可能的解决方案。

此外文章还列举了一些实际的项目例子，以便读者更好地理解这些类型在实际应用中的表现。无论你是区块链开发者，还是对区块链技术感兴趣的读者，这篇文章都将为你提供深入且简洁的洞见。

让我们探讨一下 ZK-EVM 的类型，以及它的优缺点。

1.类型 1 ：完全等同于以太坊；

2.类型 2 ：完全等同于 EVM；

3.类型 2.5 ：部分等同于 EVM；

4.类型 3 ：几乎等同于 EVM；

5.类型 4 ：其中的高级语言等同。

类型 1 ：完全等同于以太坊

架构：完全同于以太坊且不改变以太坊系统的任何部分。

优点

完美兼容性：

• 能够验证以太坊区块；
• 帮助使以太坊 L1 更具可扩展性；
• 适用于 Rollups，因为它们可以重复使用大量基础设施。

缺点

完美兼容性：

• 以太坊最初不是为 ZK 功能设计的；
• 以太坊的许多组件需要大量计算来生成 ZK 证明（ZKP）；
• 以太坊区块的证明需要很多小时才能生成 。

问题的解决方案：

• 大规模并行化证明者 ；
• ZK-SNARK ASIC.

类型 2 ：完全等同于 EVM

架构：

• 数据结构（区块结构和状态树）与以太坊有显著区别；
• 与现有应用程序完全兼容；
• 对以太坊进行了微小修改，以便更容易开发和更快生成证明。

优点

• 提供比类型 1 更快的证明时间；
• 数据结构不直接被 EVM 访问；
• 在以太坊上运行的应用程序：很可能可以在类型 2 上运行；
• 支持现有的 EVM 调试工具和其他开发基础设施。

缺点

在了解缺点之前，先了解什么是「Keccak」：

• 以太坊区块链的哈希算法；
• 用于保护以太坊上的数据；
• 确保信息被转换为哈希。

类型 2 与验证历史区块的 Merkle 证明以验证有关历史交易、收据 / 状态的应用程序不兼容。这是因为如果哈希算法发生变化（不再是 Keccak），证明将会失效。

我们可以将 Keccak 看作是一种语言，它使用 Merkle 证明（字母）如果 ZK-EVM 将 Keccak 替换为另一种哈希算法（例如 Poseidon），Merkle 证明将变得陌生，应用程序将无法读取和验证它们的声明。

对缺点的潜在解决方案：以太坊可以添加未来可扩展的历史访问预编译。

项目

• Scroll;
• Polygon Hermez.

然而，这些项目尚未实现更复杂的预编译，因此，它们可以被认为是不完整的类型 2 。

类型 2.5 ：部分等同于 EVM

架构：

增加难以进行 ZK 证明的特定 EVM 操作的 Gas 成本；

• 预编译；
• Keccak 操作码；
• 调用合约的模式；
• 访问内存；
• 存储。

优点

• 显著提高最坏情况下的证明时间；
• 比对 EVM 堆栈进行更深层次的更改更安全。

缺点

• 开发工具的兼容性降低；
• 一些应用程序将无法工作。

类型 3 ：几乎等同于 EVM

架构：

• 在 ZK-EVM 实现中，删除了一些异常难以实现的功能，通常是预编译；
• ZK-EVM 在处理合约代码、内存或堆栈方面存在轻微差异。

优点

• 缩短验证时间 ；
• 让 EVM 更容易开发；
• 目标是对不太兼容的应用程序只需要最少的重写。

缺点

• 更多的不兼容性；
• 在类型 3 中删除的使用预编译的应用程序将需要重新编写。

项目

目前，Scroll 和 Polygon 被认为是类型 3 ，然而，ZK-EVM 团队不应满足于成为类型 3 ，类型 3 是 ZK-EVM 添加预编译以提高兼容性并转向类型 2.5 的过渡阶段。

类型 4 ：高级语言等同

架构：

• 接受用高级语言（如 Solidity、Vyper）编写的智能合约代码；
• 编译为设计为 ZK-SNARK 友好的语言。

优点

• 非常快的证明时间；
• 降低开销（成本、时间和计算工作量）；
• 降低成为证明者的门槛：提高去中心化程度。

缺点

• 在类型 4 系统中，合约的地址可能与 EVM 中的地址不同，因为地址取决于确切的字节码；
• 这意味着如果类型 4 的 ZK-EVM 没有字节码，它们将无法创建地址；
• 在上述情况下，类型 4 将与依赖反事实合约的应用不兼容；
• 许多调试基础设施无法移植，因为它们运行在 EVM 字节码上。

项目

• zkSync

最后，我们可以将上述的几种类型放在一起做一个比较，帮助大家一目了然的理解不同的 zkEVM。