Bài viết này tổng hợp các giải pháp zkEVM: zkSync, StarkNet, Polygon zkEVM, Scroll

Vitalik trong bài đăng trên blog của mình Four zkEVM các loại dựa trên khả năng tương thích với Ethereum được nêu trong .

Cần lưu ý rằng:

ZkEVM càng gần với các chức năng của Ethereum, càng tạo ra nhiều bằng chứng Zk Tốc độ càng chậm thì chi phí càng cao.

Mặt khác, nếu một blockchain hoặc Rollup tuân thủ tốt hơn các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn của Ethereum, thì các nhà phát triển sẽ dễ dàng xây dựng các ứng dụng trên đó và tích hợp vào hệ sinh thái Ethereum.

Tóm lại, một blockchain tương thích cao với Ethereum có thể có lợi thế cạnh tranh.

Danh mục đầu tiên: hoàn toàn tương đương với các bản tổng hợp zk của Ethereum, ở tất cả các phần (bao gồm hàm băm, cây trạng thái, cây giao dịch, biên dịch trước hoặc bất kỳ logic đồng thuận nào khác) sao chép chính xác Ethereum. Cho đến nay, chưa có zkEVM nào đạt được mức tương đương với Ethereum.

Loại 2: Các bản tổng hợp Zk hoàn toàn tương đương với EVM cố gắng tương đương với EVM, nhưng không hoàn toàn tương đương với Ethereum. Chúng hoàn toàn tương thích với các ứng dụng hiện có, nhưng có một số sửa đổi nhỏ đối với Ethereum để giúp việc phát triển dễ dàng hơn và tạo bằng chứng nhanh hơn. Về mặt lý thuyết, Scroll và zkEVM Polygon thuộc loại này; trên thực tế, chúng hiện thuộc nhóm thứ ba.

Loại 3: Gần giống với EVM, hy sinh nhiều yếu tố và tính tương đương hơn để tạo ra bằng chứng nhanh hơn. Polygon zkEVM và Scroll hiện thuộc loại này. Loại này thường là bàn đạp vào loại thứ hai.

Loại 4: Ngôn ngữ cấp cao tương đương, nghĩa là cả hai đều chấp nhận hợp đồng thông minh được viết bằng Solidity và sau đó chuyển đổi chúng sang ngôn ngữ tùy chỉnh khác cho zk. zkSync và StarkNet thuộc loại này, mặc dù zkSync có thể bổ sung khả năng tương thích với mã byte EVM theo thời gian và cuối cùng chuyển sang các loại cao hơn.

Mặc dù cách phân loại do Vitalik đề xuất hiện là phổ biến nhất và không thiên vị, nhưng vẫn có những phương pháp phân loại khác.

Bốn danh mục được đề xuất bởi Immutable

Immutable, dựa trên StarkWare và nhắm mục tiêu cụ thể vào NFT L2, trong một trong những bài đăng trên blog của mình, cung cấp cách phân loại hữu ích sau:

Các danh mục này, so với phân loại của Vitalik, rõ ràng hơn dựa trên việc zkEVM hiện tại đạt được khả năng tương thích hoặc tương đương với Ethereum ở một cấp độ cụ thể của ngăn xếp (ngôn ngữ cấp cao, mã byte hoặc môi trường thời gian chạy).

Tương thích về độ rắn chắc. Khả năng tương thích với Ethereum được triển khai ở mức độ ngôn ngữ cấp cao Solidity, nghĩa là các nhà phát triển có thể tiếp tục viết hợp đồng thông minh bằng ngôn ngữ mà họ quen sử dụng trên Ethereum. Tuy nhiên, các Bản tổng hợp này ngay lập tức chuyển đổi Solidity thành dạng biểu diễn trung gian, sau đó được biên dịch trong mã byte và được thực thi trong môi trường tùy chỉnh của chúng. Cụ thể, các L2 này sử dụng bộ chuyển mã để chuyển đổi mã Solidity thành mã có thể đọc được cho các máy ảo tùy chỉnh (Cairo cho StarkWare, LLVM-IR cho zkSync). Các bộ chuyển mã này không hỗ trợ một số tính năng Solidity nhất định, vì vậy các nhà phát triển có thể cần điều chỉnh hợp đồng thông minh của họ. Ví dụ: zkSync và StarkNet.

Tương thích với EVM. Từ cấp độ ngôn ngữ, các Bản tổng hợp này tương thích với EVM, nhưng chúng có mã byte riêng, nghĩa là Solidity có thể được biên dịch trực tiếp thành mã opcode/mã byte EVM và sau đó được chuyển đổi thành các từ tùy chỉnh trước mã phần thời gian chạy VM tùy chỉnh. Trên thực tế, các Bản tổng hợp này tương thích với hầu hết các chương trình Ethereum, nhưng một số ứng dụng có thể yêu cầu viết lại. Ngoài ra, một số tính năng mã byte (chẳng hạn như biên dịch trước) không được hỗ trợ. Ví dụ: Đa giác zkEVM.

Tương đương với EVM. Các cuộn này tạo ra một mạch xác minh zk có thể đọc trực tiếp các mã opcode và mã byte EVM, mặc dù bản thân VM khác với EVM. Các bản tổng hợp này hoàn toàn tương thích với các ứng dụng hiện có, nhưng một số sửa đổi nhỏ có thể được thực hiện đối với Ethereum để giúp việc phát triển dễ dàng hơn và tạo bằng chứng nhanh hơn. Ví dụ: Cuộn.

Tương đương với Ethereum. Điều này có nghĩa là sao chép Ethereum trên tất cả các bộ phận cấu thành của nó, tương tự như cách Polygon đã làm. Cho đến nay, không có zk Rollup nào thuộc loại này.

Kết hợp khung này với khung do Immutable đề xuất và thêm một số thông tin bổ sung, biểu đồ sau có thể được phác thảo để nêu bật những cân nhắc trước khi có bất kỳ dữ liệu hiệu suất nào. những khác biệt và điểm tương đồng cần cân nhắc khi so sánh các cách triển khai zkEVM khác nhau:

zkSync 2.0 

zkSync 2.0  (vừa đổi tên thành zkSync Era trước khi ra mắt mainnet) là giải pháp mở rộng mạng Ethereum, hoàn toàn tương thích với lập trình Solidity ngôn ngữ. Với zkSync, người dùng có thể chọn giữa hai loại dữ liệu sẵn có: zkSync Rollup và zkSync Porter. Cái trước xuất bản dữ liệu trực tiếp trên Ethereum, làm cho nó an toàn như Ethereum L1, trong khi cái sau lưu trữ dữ liệu ngoài chuỗi, dẫn đến giao dịch nhanh hơn và rẻ hơn nhưng có mức độ bảo mật thấp hơn.

zkSync tương thích với EVM vì nó có thể chuyển đổi mã hợp đồng thông minh được viết bằng Solidity sang Yul, chuyển đổi Yul sang LLVM-IR, sau đó được biên dịch lại thành một mạch tương thích tùy chỉnh bộ mã byte cho EVM được thiết kế riêng để sử dụng với zkSync. Mặc dù việc này yêu cầu một bước trung gian nhưng nó cũng cho phép bổ sung chức năng không phải EVM khác, chẳng hạn như Trừu tượng tài khoản. Ngoài ra, công ty của zkSync, Matter Labs, có kế hoạch dần dần làm cho nó tương thích hơn với bộ công cụ Ethereum và đang chuẩn bị ra mắt nguyên mẫu ba lớp đầu tiên, zkSync Opportunity, trong lĩnh vực khả năng mở rộng và khả năng tương tác, như một phần trong tham vọng của họ Kiểm tra phát hành trực tuyến.

Tại thời điểm viết bài, zkSync Era mới ra mắt nên còn quá sớm để nhận xét về hiệu suất của nó. zkSync 1.0 (hiện được gọi là zkSync Lite), chỉ hỗ trợ các giao dịch đơn giản, là một trong những bản tổng hợp zk lớn nhất. Theo thống kê của TVL, hơn 83 triệu đô la Mỹ đã bị khóa và khối lượng giao dịch tích lũy đã vượt quá 19 triệu, trong khi TVL của StarkNet chỉ vượt quá 1900 triệu đô la Mỹ, với khối lượng giao dịch tích lũy là 4 triệu.

StarkNet

StarkNet  là một zombie tương thích Loại 4 / Solidity -rollup , sử dụng một loại bằng chứng không có kiến thức khác gọi là STARK (Đối số kiến thức minh bạch có thể mở rộng) để đảm bảo tính toàn vẹn của các giao dịch ngoài chuỗi. STARK được coi là hiệu quả hơn và có khả năng mở rộng hơn SNARK nhưng có thể yêu cầu thiết lập kỹ thuật phức tạp hơn.

Mặc dù StarkNet cũng hỗ trợ các hợp đồng thông minh nhưng khả năng của nó tương đối nhỏ do sử dụng STARK và thực tế là các hợp đồng StarkNet và Hệ điều hành StarkNet được viết bằng Cairo ngôn ngữ. Để phát triển dễ dàng hơn, StarkWare gần đây đã nâng cấp lên Cairo 1.0, mô phỏng Rust. Giống như Kỷ nguyên zkSync, StarkNet có thể được phân loại là "Tương thích vững chắc" vì nó không thực thi các chương trình trong EVM mà thay vào đó tạo ra một VM hoàn toàn mới, được xây dựng có mục đích và sử dụng mã byte tùy chỉnh. StarkWare sử dụng trình dịch Warp để chuyển đổi mã Solidity thành mã byte Cairo VM.

Tuy nhiên, không giống như Kỷ nguyên zkSync và các triển khai zkEVM khác, nhóm StarkNet không đặt mục tiêu tương thích với EVM hoặc các thành phần Ethereum khác mà thay vào đó nhằm mục đích triển khai Việc xác định API máy khách, thư viện JavaScript và hệ thống ví để làm cho máy ảo của StarkNet hoạt động hiệu quả nhất có thể sẽ buộc các công cụ tương thích với Ethereum phải thêm hỗ trợ StarkNet theo cách thủ công. Mặc dù Cairo 1.0 cũng giới thiệu Sierra - Biểu diễn trung gian an toàn - như một lớp biểu diễn trung gian mới giữa mã byte Cairo 1.0 và Cairo, nhưng trình dịch Warp không hỗ trợ một số tính năng Solidity và không phù hợp với khả năng tương thích EVM của Kỷ nguyên zkSync trong tương lai. .

Đa giác zkEVM

Đa giác zkEVM  là một zk -rollup, sử dụng ngôn ngữ tùy chỉnh zkASM để diễn giải mã zkEVM và xác minh việc thực thi hợp đồng thông minh trong môi trường thời gian chạy không phải EVM. Dự án bắt đầu vào năm 2021 với việc mua lại Hermez Network với giá 250 triệu USD để phát triển hệ thống tương đương EVM kết hợp tính bảo mật và hiệu quả của STARK và SNARK. Trong khi STARK được sử dụng để tạo bằng chứng hợp lệ cho các trạng thái giao dịch thì SNARK được sử dụng để đánh giá tính chính xác của bằng chứng STARK. Sự kết hợp của các giải pháp này mang lại sự bảo mật, tốc độ và phí giao dịch thấp.

Vào tháng 7 năm 2022, Polygon thông báo rằng Polygon Hermez sẽ được đổi tên thành Polygon zkEVM, vừa được ra mắt tại thời điểm viết bài. Phiên bản mạng thử nghiệm mới nhất của Polygon zkEVM giới thiệu chức năng đệ quy, cho phép sử dụng một bằng chứng hợp lệ ZK để xác thực các lô bằng chứng ZK khác, trong đó mỗi bằng chứng có thể xác thực nhiều giao dịch. Chức năng này được kích hoạt bởi Plonky2, SNARK đệ quy nhanh hơn 100 lần so với các lựa chọn thay thế hiện có và tương thích nguyên bản với chính Ethereum.

Ngoài Polygon zkEVM, Polygon đã phát triển Polygon Avail, một chuỗi khối chỉ được tối ưu hóa để đảm bảo tính khả dụng của dữ liệu. Mạng sẽ không được phép, cho phép bất kỳ ai tham gia với tư cách là người xác thực và không giống như các DAC (Ủy ban sẵn có dữ liệu) hiện có, nó sẽ có hàng trăm nút cộng tác để cung cấp bảo mật mạng. Avail sẽ hoạt động kết hợp với Polygon Hermez (Rollup), tải lên dữ liệu trạng thái từ Hermez thay vì xuất bản trên Ethereum, cung cấp giải pháp giữa Validium và Rollup.

Mặc dù một số chuyên gia lưu ý rằng các thông số kỹ thuật do Polygon cung cấp được mô tả tốt hơn là khả năng tương thích EVM, nhưng nhóm đang nỗ lực để tạo ra giải pháp tương đương EVM đầy đủ đầu tiên.

Cuộn

Cuộn  được phát triển bởi Scroll nhóm và zk-rollup tương đương EVM, được phát triển với sự hợp tác của nhóm PSE (Khám phá quyền riêng tư và mở rộng quy mô) của Ethereum Foundation, hiện đang ở giai đoạn mạng thử nghiệm Pre-Alpha và nhằm mục đích tương thích hoàn toàn với Máy ảo Ethereum (EVM) tại mức mã byte. . Điều này có nghĩa là các nhà phát triển có thể tạo hợp đồng thông minh bằng bất kỳ ngôn ngữ nào tương thích với EVM và triển khai chúng vào Scroll. Mặc dù Scroll hiện không hỗ trợ các opcode EVM, nhưng kế hoạch là thực hiện điều đó bằng cách xây dựng bản đồ opcode 1:1 và chấp nhận các opcode EVM trực tiếp mà không cần trình biên dịch.

Cấu trúc của Scroll bao gồm nút tuần tự hóa tập trung và mạng chứng minh phi tập trung. Nút tuần tự hóa tập trung chịu trách nhiệm đặt hàng các giao dịch, tạo khối và gửi dữ liệu giao dịch dưới dạng calldata đến hợp đồng Rollup trên Ethereum để có sẵn dữ liệu. Cuộn kế hoạch để phân quyền dần dần các nút tuần tự hóa. Mặt khác, một trình tạo bằng chứng phi tập trung có tên Roller tạo ra các bằng chứng và xuất bản chúng trên mạng L1, tận dụng sức mạnh tính toán phân tán. Các con lăn được chọn ngẫu nhiên và nhiều bằng chứng về các khối khác nhau có thể được tạo song song trên các Con lăn khác nhau để tăng tốc độ.

*Lưu ý: Mặc dù hiện chỉ hỗ trợ tính khả dụng của dữ liệu trên chuỗi, thiết kế ban đầu của Scroll cũng bao gồm chế độ Validium.

Thật vậy, cả Scroll và Polygon đều áp dụng cách tiếp cận cấp mã byte để xây dựng zkEVM của mình. Cách tiếp cận này loại bỏ hoàn toàn bước dịch thuật, nghĩa là các zkEVM này không chuyển đổi mã Solidity sang các ngôn ngữ khác trước khi biên dịch và diễn giải nó. Tuy nhiên, mặc dù điểm khác biệt duy nhất giữa Scroll và Ethereum là môi trường thời gian chạy, Polygon tạo một VM tùy chỉnh, tối ưu hóa nó và sau đó chuyển đổi mã byte EVM thành mã byte cho VM đó. Không giống như Scroll, thời gian chạy của Polygon ("zkExecutor") chạy các opcode "zkASM" tùy chỉnh (các opcode vi mô trong hình) thay vì các opcode EVM để tối ưu hóa việc diễn giải EVM (tức là giảm số lượng ràng buộc thay vì Chứng minh trực tiếp EVM). Polygon zkEVM có thể không tương thích với 100% mã, công cụ và ứng dụng của Solidity, mặc dù hầu hết đều như vậy.

Mặc dù đây là những dự án dễ thấy nhất tập trung vào việc triển khai zkEVM cho mục đích chung, nhưng các dự án dành riêng cho ứng dụng khác cũng sử dụng công nghệ zk trong thực tế.

Looping là một zk-rollup dành riêng cho ứng dụng được sử dụng để hỗ trợ các giao thức sàn giao dịch phi tập trung (DEX). Loopring cũng là một nền tảng cho phép mọi người xây dựng dex bằng cách sử dụng bằng chứng zk. Immutable X là một zk-rollup dành riêng cho ứng dụng khác được xây dựng trên StarkWare để giao dịch và chơi game NFT. Aztec là một zk-rollup dựa trên Ethereum tập trung vào quyền riêng tư, mã hóa dữ liệu để duy trì tính minh bạch và tính khả dụng của dữ liệu đối với giao thức đồng thời bảo vệ quyền riêng tư của người dùng. Ngoài ra, Aztec đã phát minh ra hệ thống chứng minh PLONK, hệ thống này cũng được zkSync và các dự án khác sử dụng.

Immutable X, Sorare, rhino.fi, ApeX, dYdX và nhiều giao thức khác được xây dựng trên StarkEx. Trong các dự án sử dụng StarkEx ZK-Rollup, dữ liệu được gửi tới Ethereum dưới dạng calldata và được xuất bản trên chuỗi. Ở chế độ Validium, dữ liệu được lưu trữ ngoài chuỗi và chỉ các giá trị băm được lưu trữ trên chuỗi. Trong khi chế độ Rollup đảm bảo tính bảo mật cao hơn (người dùng chỉ cần tương tác với chuỗi khối Ethereum để tạo lại trạng thái sổ cái), chế độ Validium đảm bảo chi phí thấp hơn và quyền riêng tư cao hơn.

Nhìn chung, trong khi zkSync Lite là bản tổng hợp zk lớn nhất thì StarkWare có hệ sinh thái lớn nhất bao gồm các dự án được xây dựng trên StarkEx, đồng thời nó cũng có TVL và thị phần lớn nhất.

Tóm tắt

Tóm lại, zk-rollup là một giải pháp đầy hứa hẹn để mở rộng mạng lưới chuỗi khối, với nhiều cách triển khai khác nhau có sẵn để đáp ứng các nhu cầu và yêu cầu khác nhau. Mặc dù có một số cách phân loại tồn tại nhưng cần lưu ý rằng chúng chỉ là những cách giải thích gần đúng và thiếu sự đồng thuận về định nghĩa cũng như sự khác biệt về mặt kỹ thuật.

Như người đồng sáng lập Scroll, Sandy Peng thừa nhận: "Không có sự đồng thuận rõ ràng về bất kỳ định nghĩa nào. Toàn bộ nhóm nghiên cứu của Scroll" nghiêng về một câu chuyện nhất định. quan điểm nhất định, nhưng đây không phải là một điều rõ ràng. Nhóm nghiên cứu của chúng tôi thậm chí còn không đồng ý về ý nghĩa của mọi thứ. ”

Tuy nhiên, một số xu hướng chung đã xuất hiện trong quá trình triển khai tổng hợp zk:

Đầu tiên, chúng tất cả dường như đang thực hiện một cách tiếp cận kết hợp để đảm bảo tính sẵn có của dữ liệu, cung cấp phiên bản tổng hợp của lưu trữ dữ liệu trên chuỗi truyền thống và phiên bản hợp lệ của lưu trữ dữ liệu ngoài chuỗi. Giám đốc điều hành Avail Anurag Arjun nói với Blockworks: "Theo ý kiến của tôi, bạn sẽ thấy rằng mọi bản tổng hợp sẽ có một phiên bản tổng hợp và một phiên bản validium."

Thứ hai, họ chủ yếu tránh sử dụng mã nguồn mở thuần túy cho đến khi chúng thực sự chạy, điều này cũng liên quan đến sự cạnh tranh mạnh mẽ từ các nhóm lạc quan như Arbitrum và Optimism. Zk-rollups hứa hẹn sẽ hiệu quả hơn nhưng khó thực hiện hơn về mặt kỹ thuật.

Hơn nữa, như đã thấy rõ trong bảng trên, các hoạt động tổng hợp lạc quan, đặc biệt là Arbitrum, đang được hưởng lợi từ lợi thế của người đi đầu và đang tăng trưởng về số lượng ứng dụng, khối lượng giao dịch và thị phần dẫn đầu thị trường về hiệu quả hoạt động. Nếu được chứng minh là thành công, các bản tổng hợp lạc quan có thể tích hợp các mô hình bằng chứng xác thực với cơ sở người dùng đã được thiết lập của họ (ví dụ: bản nâng cấp của Optimism lên Bedrock có thể đưa ra bằng chứng xác thực).

Hơn nữa, mặc dù tất cả quá trình triển khai đều bắt đầu bằng trình sắp xếp tập trung để nâng cao hiệu quả, nhưng tất cả đều cam kết phân cấp dần dần để giải quyết những lo ngại về việc tập trung hóa. Điều thú vị là, những người đặt hàng phi tập trung có thể yêu cầu các ưu đãi kinh tế bằng token gốc, vì vậy tất cả các dự án được đề cập đều nên thực hiện bước này.

Cuối cùng, những kết quả đáng kinh ngạc mà việc triển khai zkEVM này đạt được trong năm qua đã gây ra một làn sóng chú ý mới đến công nghệ zk nói chung, trong đó các công ty tập trung vào tất cả các khía cạnh phát triển, bao gồm phát triển Phần cứng zk mới để cải thiện tốc độ tạo bằng chứng.

Mặc dù vẫn còn một số thách thức cần giải quyết, nhưng tiến bộ đạt được trong thiết kế zkEVM chỉ trong hơn một năm là rất đáng chú ý, 2023 Điều này có thể là một năm xác định cho công nghệ này.

Liên kết gốc