零知识证明虚拟机（zkEVM）：让去中心化应用更上一层楼

最近几年，零知识证明（ZKP）技术在区块链领域越来越受关注，它与以太坊虚拟机（EVM）的结合也成为热点。这篇文章就来聊聊zkEVM究竟是什么，以及它如何改变游戏规则。

简单来说，zkEVM就是一个能够执行智能合约，同时兼容零知识证明技术的以太坊状态机。它扩展了零知识汇总（zk-rollup）的能力，让去中心化应用（DApp）能够享受到ZKP带来的好处。 想想看，这就像给以太坊装上了一个更安全、更私密的“引擎”。

要理解zkEVM，我们先得了解zk-rollup和EVM这两个基础概念。

zk-rollup是一种扩容方案，它将大量的交易执行压缩到链下，然后将结果作为单个交易提交到主链。这样既提高了吞吐量，又降低了交易成本。在以太坊上，zk-rollup利用ZKP技术，只提交状态差异和有效性证明，无需公开所有交易数据，从而大幅降低Gas费。 这就好比把一整车货物打包成一个集装箱运输，既省时又省钱。zk-rollup 的安全性来自ZKP的密码学特性，而并非像乐观汇总那样依赖经济博弈。

EVM则是以太坊账户系统和智能合约运行的状态机。每个智能合约的执行都会导致EVM从旧状态转换到新状态。它就像以太坊的“大脑”，确保所有节点对当前状态保持一致。

那么，zkEVM是如何工作的呢？它其实是在zk-rollup的基础上复制了以太坊环境。它接收初始状态，计算所有交易，然后输出一个新的更新后的状态以及相应的ZKP证明。这个证明会被提交给一个验证器智能合约，该合约无需验证所有交易，就能检查初始状态和新状态输出的正确性。

zkEVM基于EVM，开发者可以轻松地将现有的以太坊DApp和智能合约移植到zkEVM上，无需进行ZKP开发工作。这意味着，开发者可以使用现有的EVM工具和Solidity编程语言构建新产品，同时享受zkEVM带来的安全性提升。 这就像用乐高积木，既能搭建新的造型，又能保留原有的积木。

EVM兼容性和EVM等效性是两个不同的概念。EVM兼容性意味着能够部署用Solidity编写的DApp；而EVM等效性则意味着Layer 2 rollup在DApp开发者看来几乎与Layer 1以太坊相同。 打个比方，兼容性就像在不同的操作系统之间转换文件，需要一定的转换工作；而等效性则像在同一操作系统不同设备之间迁移数据，几乎没有差别。

目前，zkEVM主要分为四种类型，它们在ZKP性能效率和EVM兼容性之间做出了不同的权衡：

• 类型1：共识级别等效 完全等效于以太坊，但ZKP效率极低。
• 类型2：字节码级别等效 完全等效于EVM，但与以太坊在数据结构上有所不同。
• 类型2.5： 类似类型2，但Gas费略低。
• 类型3：字节码级别近似等效 为了提高ZKP效率，牺牲了一些兼容性。
• 类型4：开发语言级别等效 ZKP性能最高，但兼容性相对较差。

zkEVM的最终目标是将ZKP计算扩展到智能合约执行，并进而将DApp扩展到所有EVM兼容协议。 但这只是ZKP应用的冰山一角。未来，ZKP技术甚至可以与Web2应用兼容，让Web3应用更流畅、更易用，从而推动Web3的普及。