Yazar: RJ; Kaynak: Yazar Twitter @0xRJ_eth

Giriiş

Ethereum'un ana yükseltmesi olan Cancun-Deneb Yükseltmesi'nin 2023 sonbaharında ve kışın uygulanması bekleniyor. ikinci katman ağ ücreti. Bu nedenle, başarılı bir şekilde uygulanırsa, Ethereum'un L2 Toplamaları ekolojisine doğrudan fayda sağlayacaktır ve hatta tüm L2 yolunun patlak vermesi beklenmektedir.

L2 genişleme yolunda, mükemmel veri sıkıştırma performansına sahip sıfır bilgi kanıtlı genişleme şeması (ZK Rollups), Ethereum'un orta ve uzun vadeli çekirdek şeması olarak kabul edildi. 2022 yılında Ethereum'un kurucusu Vitalik, ZK Rollup'ları EVM (Ethereum Virtual Machine) Ethereum sanal makinesi ile uyumluluğuna göre 4 farklı türe ayırdı ve zkEVM türü için temel standardı oluşturdu.

Bu gönderi, Vitalik'in yukarıda belirtilen ufuk açıcı taksonomisinden büyük ölçüde ilham aldı. Bir yıllık geliştirmenin ardından, alan önemli ilerleme kaydetti. Bu makale, Vitalik'in içgörülerine dayalı olarak açık bir mantık ve özlü bir dille parça güncellemeleri ve daha ayrıntılı yorumlar (acemiler için kolay) sağlamayı amaçlamaktadır.

EVM nedir?

EVM (Ethereum Virtual Machine), ilk Turing-complete blockchain sanal makinesidir. Ethereum ağında dağıtılan akıllı sözleşmeleri yürütmek için özel olarak kullanılan Ethereum üzerindeki kod çalışma zamanı ortamı olarak anlaşılabilir. EVM aracılığıyla akıllı sözleşmeler, merkezi olmayan bir ağ üzerinde otomatikleştirilmiş işlevleri gerçekleştirebilir.

2015 yılında piyasaya sürülen en kanıtlanmış blockchain sanal makinesi olan EVM, kesinlikle Ethereum için çok önemli bir altyapıdır. Diğer blok zincirlerini değerlendirirken bile, EVM uyumluluğu zaten önemli bir değerlendirme boyutudur, çünkü EVM uyumluluğu yalnızca akıllı sözleşme yürütme ortamını, mevcut Ethereum araç setini değil, aynı zamanda büyük ağ etkisini ve olgun ve karmaşık ekolojiyi de temsil eder.

Bununla birlikte, EVM tasarımının başlangıcında, ZK Rollup L2'nin bir gün Ethereum genişlemesinin temel çözümü olacağı hayal edilmemişti, bu nedenle EVM'nin tasarımı, sıfır bilgi kanıtlarına dost olmayı düşünmedi. Bu, sıfır bilgi kanıtı dostu bir EVM (zkEVM) oluşturmayı çok zorlaştırır.

zkEVM nedir?

Zero Knowledge Proof ve Ethereum Virtual Machine (EVM) arasındaki uyumluluktaki zorluk nedeniyle, ilk ZK Toplaması EVM'yi desteklemiyordu. Genellikle akıllı sözleşmeleri yürütme (veya özel sanal makineleri destekleme) yeteneklerinden yoksundurlar, bu nedenle nispeten basit belirli senaryolarla sınırlıdırlar: örneğin, token değişimi (takas) ve ödeme (ödeme).

Bu sorunu çözmek için birçok kuruluş ve araştırmacı, adından da anlaşılacağı gibi EVM'de akıllı sözleşmelerin yürütülmesi (süreç ve sonuç) için sıfır bilgi kanıtları üreten zkEVM'yi (Sıfır Bilgili Ethereum Sanal Makinesi) oluşturmaya odaklanıyor.

ZK Toplama genişletme planının kesinliğinin artması ve teknolojinin ilerlemesi ile çeşitli zk genişletme projeleri, Uyumluluk ve Performans (sıfır bilgi kanıtları oluşturmak için Kanıtlama Süresi) arasındaki ödünleşime dayalı olarak farklı gelecekler yarattı. sıfır bilgi kanıtı hesaplaması ile.

Farklı zkEVM türleri:

Kaynak: Vitalik blogu "Farklı ZK-EVM türleri"

2022'de Vitalik, "farklı zkEVM türlerini" açıklayan bir makale yayınladı ve piyasadaki zk genişletme projelerini kabaca sınıflandırdı ve karşılaştırdı.

Ardından, zkEVM'nin türlerini, teknik mimarisini ve ilgili avantaj ve dezavantajlarını sıralamak için sade bir dil ve net bir mantık kullanalım.

Type1 class zkEVM: tamamen Ethereum'a eşdeğer

Type2 sınıfı zkEVM: EVM Ethereum sanal makinesiyle tamamen uyumludur (eskiden Type2.5 sınıfı vardı, ancak şimdi temelde Type2 sınıfıyla entegre olduğu görülüyor)

Type3 sınıfı zkEVM: EVM Ethereum sanal makinesiyle neredeyse uyumlu

Type4 sınıfı zkEVM: Üst düzey dillerle uyumlu

Type1 sınıfı zkEVM - tamamen Ethereum'a eşdeğer

Mimari:

• Ethereum sistem ortamının herhangi bir bölümünü değiştirmeden tamamen Ethereum'a eşdeğerdir.
• Hash, State Trie, Transactions Trie, Precompiles ve diğer mutabakat mantığını değiştirmeye gerek yoktur.
• Amacı, mevcut uygulamalarla tam uyumlu olmaktır ve geliştiriciler geçmişteki uygulamaları ipeksi bir şekilde kopyalayabilir.

avantaj:

*, tüm ZK Toplama türleri arasında en uyumlu şemadır. Bu nedenle, aynı zamanda geliştiriciler için en kolay çözümdür - geliştiricilerin mevcut kodları L2'ye sıfır sürtünme ile (değişiklik olmadan) dağıtmasına izin verir, çünkü tüm mutabakat mantığı ve sistem ortamı tamamen Ethereum'a eşdeğerdir.

• Ethereum'un kendisinin keşif ve genişleme yönüyle son derece tutarlıdır, çünkü Type1 zkEVM'deki keşif, gelecekte sürtünme olmadan Ethereum'un kendisine sunulabilir, böylece Ethereum L1'in kendisini daha ölçeklenebilir hale getirir.
• Rollup'ın mevcut büyük Ethereum altyapısını sorunsuz bir şekilde kopyalamasına izin verir (örn: Ethereum yürütme istemcisi, Rollup bloklarını, mevcut blok kaşiflerini ve blok üretimini orijinal şekilde oluşturmak ve işlemek için kullanılabilir ve diğer araçlar da L2'ye sorunsuzca dağıtılabilir) ).
• Ethereum bloklarını, Ethereum'un bugün yaptığı gibi veya daha kesin olarak yürütme katmanı tarafını doğrulama yeteneği (tüm işlem yürütme, akıllı sözleşmeler ve hesap mantığı dahil, ancak şimdilik Beacon Chain konsensüs mantığı değil).
• Daha önce de belirtildiği gibi, Ethereum'a tamamen eşdeğer olmanın en büyük değeri, Ethereum'un mevcut devasa ağ etkisinden ve olgun ve karmaşık ekolojisinden yararlanabilmesidir.

eksiklik:

• Ethereum'un sıfır bilgi kanıtlarını entegre etmede karşılaştığı sorunlar, Type1 şemaları tarafından da karşı karşıyadır (sonuçta, Ethereum'a eşdeğerdir ve Ethereum başlangıçta zk işlevi için tasarlanmamıştır).
• En büyük sorun, kanıtların üretilmesi için geçen süredir. Bu sorunu çözmek için, şu anda endüstrideki ana çözümler şunlardır: mühendisliğin ustaca büyük ölçekli paralelleştirilmesi yoluyla kanıtlamak veya donanım optimizasyonu yoluyla hızlandırmak.

Yaygın projeler:

• Ethereum Foundation PSE (Privacy and Scaling Explorations gizlilik ve genişletme) ekibi
• Taiko: Bu yılın Temmuz ayında Alpha-4 test ağına güncellendi ve ana ağı 2024'ün başlarında başlatması bekleniyor. Taiko projesi en başından beri ademi merkeziyetçiliğe ve uyumluluğa öncelik vermiştir ve şu anda merkezi olmayan bir teklif sağlayıcı uygulayan ilk ve tek ZK Toplamasıdır.

Type2 zkEVM - EVM Ethereum sanal makinesiyle tam uyumlu

Mimari:

• EVM Ethereum Virtual Machine ile tamamen uyumlu olmaya çalışın, ancak Ethereum'a eşdeğer değil.
• Ethereum'un kendi çalışma ortamıyla karşılaştırıldığında, bu tür zkEVM temel olarak blok yapısında, durum ağacının veri yapısında, gas ücretinin fiyatlandırma mantığında (zk dostuna göre yeniden fiyatlandırma) ve veri depolamada bazı değişiklikler yapar, böylece zk onaylı kanıtların üretilmesi daha hızlı ve daha ucuz olur.
• Amaç, birkaç değişiklik gerektiren mevcut uygulamaların büyük çoğunluğu ile mümkün olduğunca uyumlu olmaktır.

avantaj:

• Gaz ücretini yeniden fiyatlandırarak (ZK'ye daha uygun olmayan işlem kodu daha pahalıdır ve bunun tersi de geçerlidir) ve ZK'ye uygun olmayan Ethereum yığınının bir kısmını silerek, Type1'den daha hızlı doğrulama süresi sağlar.
• Type2, mevcut Ethereum uygulamalarının çoğuyla uyumlu olabilir, bu nedenle çoğu geliştirici ve kullanıcı temelde herhangi bir sürtüşme hissetmez.
• İstemciyi sıfır değişiklikle yürütmek için doğrudan Ethereum kullanmak imkansız olsa da, bazı hata ayıklama yoluyla mevcut EVM hata ayıklama araçlarını ve diğer geliştirme altyapısını desteklemeye devam edebilir. Bu nedenle, Ethereum'un mevcut müreffeh ekolojisinden büyük ölçüde yararlanmaya devam edebilir.

eksiklik:

• Yürütme ortamını değiştirmenin etkisi küçüktür, ancak orta ve uzun vadede hala potansiyel geliştirme sorunları vardır. Örneğin, yaygın olarak kullanılan Ethereum hash'ini (Keccak) diğer zk dostu hash değerleriyle (Poseidon gibi) değiştirmek, Keccak hash değerlerine (geçmiş verileri içeren) dayanan uygulamaların (örneğin: çapraz zincir) neden olabilir. köprüler) .Genel ilke: zincirler arası köprü gerçek zamanlı iletişim değildir, genellikle A zincirinde bir davranış gerçekleştirirsiniz - ne yanmış gibi; B zincirinde buna karşılık gelen bir davranış yapmak istersiniz - ne oluşturulacak... İşin özü B zincirindesiniz A zincirinin tarihsel verilerini kanıtlamak gerekiyor bu yüzden tarihsel verileri kanıtlamak için Keccak kullanımını içerecektir) Type2 tipi projelere geçiş yaptıktan sonra uyumsuzluk sorunları olacaktır ( kullanmak veya farklı sonuçların tükenmesi).
• Gaz ücreti fiyatlandırma kurallarında yapılan değişiklikler (asıl amaç, geliştiricilere, zk dostu olmasına dayalı olarak işlem kodlarını yeniden fiyatlandırarak zk dostu olmayan işlem kodlarının kullanımını azaltmaları için "kılavuzluk etmektir"), hâlihazırda gerçekleştirilmiş olan gaz ücretleri için Optimize edilmiş sözleşmeler ve hatta Ethereum'daki gaz ücreti optimizasyon araçları sorunlara neden olabilir.
• Bu modifikasyonlar, Type1 zkEVM ile karşılaştırıldığında kanıtlayıcının etkinliğini daha da artırmış olsa da, kanıtlama süresi Type4 zkEVM ile karşılaştırıldığında hala göreceli bir dezavantajdır.

Yaygın projeler:

• Kaydırma: Pre-Alpha test ağı Eylül 2022'de, Alpha test ağı Şubat 2023'te ve ana ağın Ağustos 2023'te piyasaya sürülmesi bekleniyor. Test ağı piyasaya sürüldüğünde Type3 zkEVM'ye aitti, ancak kademeli olarak EVM uyumluluğunu geliştiriyor ve Type2 zkEVM'ye geçiyor.
• Polygon zkEVM (Polygon ekibinin ZK Rollup çözümü): Mart 2023'te ana ağın Beta sürümü piyasaya sürülecek. Çevrimiçi olduğunda Type3 zkEVM'ye aittir, ancak şu anda Type2 zkEVM'ye geçiş yapmaktadır.

Type3 zkEVM - EVM Ethereum sanal makinesiyle neredeyse uyumlu

Mimari:

• Vitalik, 2022 tarihli blog yazısında Type3 zkEVM'nin daha çok bir geçiş (uyumluluğu artırarak Type2/1'e geçiş veya uyumluluğu azaltıp zk dostluğunu iyileştirerek Type4'e geçiş) gibi olduğunu belirtti.
• EVM Ethereum Virtual Machine ile neredeyse uyumludur. Uyumluluktan daha fazla ödün verilerek zkEVM'nin geliştirilmesi daha kolaydır ve zk provaları daha hızlı üretilir.
• zkEVM'de uygulanması zor olan daha fazla işlev silindi (ön derleme işlevleri gibi).
• Sözleşme kodu, bellek veya yığınla uğraşırken daha büyük farklılıklar vardır.
• Mevcut uygulamaların çoğuyla uyumlu olmayı hedefleyin.

avantaj:

• Type1 ve Type2 zkEVM ile karşılaştırıldığında, bu tip daha zk dostudur ve zk kanıtının hesaplama süresi daha kısadır.
• Type4'ten daha fazla zkEVM uyumlu Ethereum uygulaması var.

eksiklik:

• Type1 ve Type2 zkEVM ile karşılaştırıldığında, bu tür daha yüksek uyumsuzluğa ve daha fazla öğe fedasına sahiptir (Ethereum geliştiricileri için daha düşmanca). Bu nedenle Type3 sınıfı daha çok bir geçiş gibidir.Bu kategorideki bir çözümün uyumluluğu iyileştirerek Type2 sınıfı zkEVM'ye geçiş yapma olasılığı yüksektir.
• Type4 sınıfına kıyasla zkEVM'nin daha yavaş olduğu kanıtlanmıştır.

Yaygın projeler:

• Kaydırma: Pre-Alpha test ağı Eylül 2022'de, Alpha test ağı Şubat 2023'te ve ana ağın Ağustos 2023'te piyasaya sürülmesi bekleniyor. Scroll bir yıl önce bu türe aitti, ancak şimdi Ethereum uyumluluğunu iyileştirerek Type2 zkEVM'ye doğru gelişiyor.
• Polygon zkEVM (Polygon ekibinin ZK Rollup çözümü): Ana ağ Beta sürümü Mart 2023'te kullanıma sunulacaktır. Çevrimiçi olduğunda Type3 zkEVM'ye aittir, ancak şu anda Type2 zkEVM'ye geçiş yapmaktadır.

Type4 zkEVM uyumlu üst düzey dil

Mimari:

• Bu sınıf aslında zkVM'ye aittir (Zero-Knowledge Proof Virtual Machine, Zero-Knowledge Proof Ethereum Virtual Machine değil).
• Programlama dili düzeyinde uyumluluk olarak anlaşılabilir. Genel mantık şudur: geliştiriciler, Ethereum'da kullanmaya alışık oldukları programlama dilinde (Solidity gibi) akıllı sözleşmeler yazmaya devam edebilirler. Bu tür bir proje, bu programlama dilini kendi özel okunabilir koduna dönüştürmek için bir derleyici kullanır (örneğin, Starkware, Solidity kodunu Kahire bayt koduna dönüştürmek için Warp derleyicisini kullanır; zkSync, Solidity kodunu kendi özel LLVM-IR'sine dönüştürmek için LLVM derleyicisini kullanır. ) kendi özel ortamlarında (Starknet'in Cairo VM'si ve zkSync'in Sync VM'si gibi) derlenir ve yürütülür.
• Amaç, düşük maliyet, yüksek verimlilik ve maksimum sıfır bilgi kanıtı kolaylığıdır.

avantaj:

• Çok hızlı doğrulama süresi.
• Doğrudan üst düzey bir dilden derlemek, maliyetleri (zaman, para ve hesaplama çabası) büyük ölçüde azaltabilir.
• Onaylayıcı olmak için teknik eşiği düşürün ve ademi merkeziyet derecesini artırın.
• Bu tür zkEVM, kendi özel sanal makinesini kullanarak Hesap Soyutlamayı yerel olarak destekleyebilir. EVM eşdeğer zinciri, yerel olarak hesap soyutlamasını destekleyemediğinden, Ethereum'un ERC-4337 aracılığıyla uygulanması gerekir.

eksiklik:

• Çok sayıda mevcut Ethereum uygulaması bu tür zkVM'ye kopyalanamaz veya kopyalama işlemi sırasında sorunlar yaşanır: örneğin, Type 4 türü zkVM sistemindeki sözleşmenin adresi, sistemdeki adresten farklı olabilir. EVM; Tip 4 tip zkEVM El yazısıyla yazılan EVM bayt kodunu desteklemez (ve şu anda birçok uygulama gaz ücretlerinden tasarruf etmek için el yazısı EVM bayt kodunu kullanır); (bu türün derleyici aracılığıyla Solidity kod dil düzeyiyle uyumlu olduğundan daha önce bahsedilmişti) Solidity'nin bazı özellikleri desteklenmez.
• Ethereum geliştiricileri, uygulamalarını bu tür projelere dağıtmak istiyorlarsa daha karmaşık ayarlamalar yapmalıdır. Bu nedenle, önceki zkEVM türleri ile karşılaştırıldığında, bu tür projelerin geliştirici dostu olması, ekolojinin gelişimini ve teknolojinin yineleme hızını etkileyebilir.
• Ethereum'un mevcut karmaşık ve müreffeh ekolojisinden ve ağ etkilerinden yararlanmak son derece zordur.

Yaygın projeler:

• zkSync Era (Matter Labs ekibi tarafından geliştirilen ZK Toplama çözümü): zkSync Lite (zkSync 1.0), Haziran 2020'de kullanıma sunulacaktır. Esas olarak basit ödeme (ödeme) ve varlık takası (takas) senaryolarını destekler ve EVM Uyumlu akıllı sözleşmeleri desteklemez, zkSync Era (zkSync 2.0) Mart 2023'te kullanıma sunulacaktır. Üst düzey dil seviyesinde uyumluluk, yukarıdaki mimari aracılığıyla sağlanabilir. zkSync'in amacı EVM uyumluluğu değil, sıfır bilgi kanıtı oluşturma hızını artırmaktır.
• Starknet (Starkware ekibi tarafından oluşturulan ZK Toplama çözümü): Ana ağ Kasım 2021'de kullanıma sunulacak ve bu yılın Temmuz ayında v0.12.0 olarak güncellendi. Kendisi Type4 zkEVM'ye aittir ve hedef EVM uyumlu değildir. Ama şu anda üzerinde Kakarot gibi projeler var, Starknet'i Tip 2.5-3 zkEVM'ye benzer bir uyumluluk düzeyine getirmeyi hedefliyor).

Vitalik'in 2022'de farklı zkEVM'leri sınıflandırmasına ve her bir projenin ilerlemesine (Ağustos 2023 itibariyle) dayanarak, aşağıdaki şekille kısaca özetleyebiliriz:

Ana akım ZK Toplama projelerinin sınıflandırılması

Her türlü zkEVM ana akım projesi

Mainstream ZK Toplama Projelerinin Karşılaştırma Tablosu

Vitalik makalesinin sonunda şu sonuca vardı: "Şahsen, umarım zamanla, zkEVM'nin iyileştirilmesi ve Ethereum'un iyileştirilmesi yoluyla, (Ethereum)'u ZK-SNARK için daha dost hale getirir ve sonunda her şey Her ikisi de olur. Tip1 sınıfları.

Böyle bir gelecekte, hem ZK Toplama (sıfır bilgi ölçeklendirme) hem de Ethereum zincirinin kendisini doğrulamak için kullanılabilecek birden çok zkEVM uygulamasına sahip olacağız. Teorik olarak, Ethereum'un L1 kullanımı için tek, standartlaştırılmış bir zkEVM spesifikasyonuna sahip olmasına gerek yoktur; farklı müşteriler farklı ispatlar kullanmayı seçebilir, böylece kod düzeyinde fazlalıktan yararlanmaya devam edebiliriz.

Ancak, böyle bir geleceğin gerçekleşmesi epey zaman alacaktır. Aynı zamanda, Ethereum'un (kendisinin) genişlemesinde ve Ethereum'a dayalı ZK Rollup'ın farklı yollarında da pek çok yenilik göreceğiz. "

Aynı zamanda, piyasadaki ana akım zkEVM sınıflandırma yönteminin Vitalik'in 2022'de başlattığı (bu makalede alıntılanan) sınıflandırma olmasına rağmen, başka sınıflandırma standartlarının da olduğu vurgulanmalıdır. Ve nasıl sınıflandırılırlarsa sınıflandırılsınlar, bu zkEVM türleri arasında mutlak bir ayrım yoktur. Bunlar yalnızca uyumluluk ve hız arasında bir değiş tokuştur: Type1 zkEVM, Ethereum ile en yüksek uyumluluğa sahiptir, ancak daha yavaş olduğu kanıtlanmıştır (ZK Toplama yolunda); Type4 zkEVM, Ethereum ile daha az uyumludur, Ancak doğrulama daha hızlıdır.

Elbette, zkEVM'nin uyumluluğu ve hızı, geliştiricilerin uygulamaları dağıtmak için hangi ZK Toplamasının kullanılması gerektiğini düşünmeleri için tek gösterge değildir. Seçimlerini etkileyebilecek başka birçok faktör vardır, örneğin:

L2 işlem sıralamasının merkezden uzaklaştırılması: Sıralayıcı/teklif sağlayıcının merkezden dağıtılmış olup olmaması, ekolojik katılımcıların karmaşıklığını ve tüm ağın güvenliğini doğrudan etkiler;

Ücretler: Ücretleri ödemek için hangi belirteçler kullanılır ve bir halka açık zincirin belirteç ekonomik modeli nedir;

Kanıt Oluşturma Kuralları: kanıtlayıcı için teşvik mekanizması, kanıt oluşturmayı hızlandırmak için donanım standardı;

Kendi kendine barındırma: L2'de bir kaza meydana geldiğinde kullanıcı varlıklarının L1'de kurtarılabilmesini sağlayacak net bir mekanizma var mı?

Veri Kullanılabilirliği: Tam veri kullanılabilirliğinin maliyeti doğal olarak daha yüksektir. Bazı ZK Toplamaları tarafından benimsenen daha düşük maliyetli veri kullanılabilirliği modunu kabul etmek kabul edilebilir mi?

Ancak, genel amaçlı ZK Toplama projelerinin çoğu hala test ağı aşamasında olduğundan, yukarıdaki faktörlerin birçoğu yatay olarak karşılaştırılamaz.

Son olarak, herhangi bir zkEVM projesinin türü statik değildir. zkEVM'deki çeşitli şemaların keşfedilmesi ve hatta Ethereum'un kendisinin iyileştirilmesiyle, tüm şemaların sonunda Tip 1 zkEVM'nin etkisine ulaşması mümkündür. Bu noktada, hem ZK Toplamaları için hem de Ethereum zincirinin kendisini doğrulamak için birden fazla zkEVM uygulamamız olacak.

O zamana kadar, Ethereum ve ZK Rollup'ı ölçeklendirmenin farklı yollarında inovasyonun devam etmesini dört gözle bekleyelim.