比較以太坊ZK系6 個Layer 2 項目：探索 ZkEVM 的技術差異_SYN

Layer 2 擴展是目前行業最關鍵的問題之一，原先 L1 是由以太坊本身實現的，在以太坊區塊鏈上運行智能合約平臺，但由于以太坊的原始架構存在吞吐量限制和高昂交易手續費等問題，因此需要構建 L2 擴展解決方案來提高交易速度和降低成本。

而基于 zkEVM 項目旨在提高以太坊的可擴展性和安全性，通過使用零知識證明、分片技術和其他技術來實現更快、更高效的交易。

zkEVM（Zero-Knowledge Execution Environment Virtual Machine）是一種利用零知識證明實現隱私保護的以太坊虛擬機。它允許以保護智能合約條款和合約中涉及的數據隱私方式執行智能合同，其中完全是通過零知識證明所實現的。

可以把 zkEVM 視為，在以太坊的智能合約執行過程中，部分數據可在不泄露原始數據的情況下進行處理和驗證。項目若引入 zkEVM 可以有效提高智能合約的隱私性和性能，而借由 zkEVM，用戶可以在保護隱私的前提下，以更快的速度執行包含秘密計算的智能合約。

根據 Vitalik 的解讀， zkEVM 可分為：

（一）類型 1 PSE：（完全以太坊——等效）—— zkEVM 不會改變以太坊系統的任何部分，并力求完全等效。

（二）類型 2 Scroll（完全 EVM——等效）—— zkEVM 看起來會完全等同以太坊，但在數據結構和狀態樹等方面有所不同。

（三）類型 2.5（EVM——等同于 gas 、成本除外） —— zkEVM 顯著增加 GAS 成本，以滿足EVM 中非常難以 zk 證明的特定操作，而開發人員在此處部署 dApp 時需要小心，因這些可能會破壞一些開發人員的工具。

（四） 類型 3（幾乎等效于 EVM） —— zkEVM 幾乎等效于 EVM，但它們必須做出一些犧牲并刪除那些難以在 zkEVM 系統中實現的功能。

（五）類型 4（高級語言等效） ——這些 zkEVM 在語言級別（Solidity、Vyper）是兼容的。

他們采用用這些語言編寫的智能合約，并使其有可能用另一種用于構建 zkEVM 系統的語言進行編譯。目前，zkSync 就是這樣一種 zkEVM 實現。

zkEVM 分類與線路

目前以太坊擴容方案 Rollup 有兩大不同的賽道，Optimistic Rollup 與 zk Rollup ，他們執行原理差不多，主要區別在于交易驗證過程。

Galaxy Digital創始人：比特幣應該只與黃金或其他價值儲存手段相比較:Galaxy Digital創始人兼首席執行官Mike Novogratz認為山寨幣無法與比特幣匹敵。他在推文中解釋道，比特幣應該只與黃金或其他價值儲存手段相比較。至于DeFi市場，Mike Novogratz認為它是類似于銀行股和金融科技的現代數字模擬，而穩定幣可以比作支付公司。因此，BTC、DeFi和穩定幣都是系統的組成部分，但作用不同，不能混淆。（U.Today）[2021/1/19 16:28:35]

值得注意的是， zk Rollup 的“零知識證明（ZKP）”技術使用了諸如 SNARKs，這種加密方式驗證并在以太坊上發布其交易批次。

因此可以將  ZK rollup 理解成，通過零知識證明（ZKP）將鏈下執行與鏈上數據結合起來，也逐步成為 ZK 主流解決方案。

但除了 ZK-rollup 之外，其實還有另外兩種解決方案——Validium 和 Volitions。

首先，ZK-rollup的運作簡單來說是將多筆交易打包在一起，發布到 L1 上，同時發布一個證明（用零知識證明技術）來聲稱這些交易有效，一旦在 L1 上驗證確實有效，zk-rollup 的狀態就會更新。

這套證明機制也被稱作“有效性證明”，目前 ZK-rollup 主要采用的證明機制有 zkSNARK 和 zkSTARK。

接著還有 Validium 和 Volitions。

ZK-rollup 將交易分批發送到L1上去執行，是一種無需信任的“自定義安全性”。Validium 則是直接在鏈下執行，并通過零知識證明來維護數據，只有需要的時候才在主網上驗證取款請求的有效性證明。

所以 Validium 可擴展性更高于ZK-rollup（目前最高的TPS可以達到20000以上），缺點即是，它把信任權交給鏈外“弱信任”第三方擴容，遭受攻擊導致數據不可用或者用戶無法取出資金的機率較高。

其中，解決安全的方式即是“采用 PoS 機制”，以經濟激勵來確保數據皆以儲存在各個節點當中并且隨時可用。

目前采用Validiums方案的代表項目是Immutable X，以 NFT 為中心的擴展解決方案。Vitalik 也曾說過 Validium 嚴重被低估，其實大多數 dApp 用 Validium 就已經可以滿足運行需求了。

至于 Volitions，它是 StarkWare 團隊結合 ZK-rollup 和 validium 創造出的 Volitions 方案，顧名思義是關于“決斷能力”。Volitions 本質上可同時提供 ZK-rollup 和 validium 兩種服務，因為它們共享同一個狀態根（state root），用戶可以自行選擇每筆交易的 DA 模式。

實力派 | 陳洪堅：運用區塊鏈制定貿易場景規則?中國有比較大的話語權:在今日的金色實力派上，中國絲路集團副總裁陳洪堅表示，早期我們在國際上結合區塊鏈參與金融領域的合作過程中，發現中國企業有很多的短板，規則制定的參與、控制權比起西方要弱，而且國內還沒形成共識和合力。投資微觀科技恰恰就是在這些實踐中進行了調整，中國是第一大貿易出口國和第二大貿易進口國，以貿易場景切入，運用區塊鏈進行新的規則制定、新的資源整合、新的協同機制、新生態體系構建方面，中國有比較大的話語權。目前在國際貿易領域進行區塊鏈實踐的項目全鏈條整合的很少，因為國際貿易太復雜，協調各方的難度很高，在這方面中國就體現出制度優勢。這就是我們在一帶一路實踐中發現的戰略機會，結合中國優勢進行基于國際貿易場景、運用區塊鏈結合以往數字絲路項目中采用的其他解決方案。[2020/1/17]

即便像上述所說， Validium 遭受到攻擊導致數據不可用或者用戶無法取出資金，ZK-rollup 上的資金仍然可以保證安全。因用戶可在涉及重要資金往來時選擇 ZK-rollup 模式，共享以太坊的安全性，如果是日常娛樂、社交或者小額交易，就可切換回 Validium 模式來提高速度并節省成本。

zkEVM 項目最新進展、分析

  1. StarkNet根據 Dune 顯示， StarkNet 橋接用戶量達到 318,253 個，超越 Optimism 的 317,758 個。不過在橋接存儲總價值方面，StarkNet 仍落后 Optimism ，前者橋接儲存價值為 39,900 ETH，后者橋接儲存價值為 527,480 ETH，價值超 10 億美元。作為四大 L2 中（Optimism、Arbitrum、zkSync、StarkNet）估值最高的項目，StarkNet 生態項目，近期的交易活躍度就可見一斑。StarkNet 已經于 2022 年 11 月 16 日宣布在以太坊主網上部署了其原生代幣 $STRK，用于投票、質押和支付費用，代幣分配仍待決定。而 StarkNet 母公司 StarkWare 成立于 2018 年，總部位于以色列，兩個主要產品為基于以太坊主網構建的擴容引擎 StarkEx 和通用型 ZK-Rollup StarkNet。首先，StarkNet 是 StarkWare 推出的通用型 L2，採取有效性證明方案來獲得主網的安全性，通過 STARK+Cairo 將有效性證明技術打造屬於 StarkNet 原生的生態。簡單來說，用戶發起交易后會將交易發送給 Squencer 進行驗證、排序和執行，并打包批次，Squencer 通過 Cairo OS 執行交易（Cairo 語言有著 zk 友好特性），也就是 EVM 的角色。Squencer 再將執行交易的蹤跡遞交給 Prover，由 Prover 對計算完整性生成一個有效性證明，這里的 Prover 也為 StarkEx 生成有效性證明，且可以聚合來自不同 StarkEx 應用和 StarkNet 的交易，實現共享。二者所使用的底層技術是相通的，StarkEx 相當于通過單個 App 中心化運營的方式提前使用了 ZK Rollup 技術，而 StarkNet 則承擔了建立節點網絡的去中心化任務。StarkWare 對領域的一項重大貢獻，就在于通過 Cairo 語言，將所有的智能合約計算結果轉化成了可證明的多項式方程，由此讓智能合約與 Validity Proof 相兼容。StarkWare 在 7 輪融資中累計已獲得 2.73 億美元融資，其中母公司 StarWare 估值 80 億美金，這也是為何是四大估值最高原因之一。在 zk-rollup 的細分賽道中，StarkNet 并沒有在 zkEVM 占上一定用戶比例， 目前，StarkNet 的生態僅是初現雛形，交易量過于稀少也讓 StarkNet 難以積攢足夠數量的交易來均攤有效性證明的成本，導致 StarkNet 的交易確認時間較長，無法發揮極致的可拓展性。不過今年 1 月 5 日，StarkWare 宣布正式推出編程語言 Cairo 1.0 公開版本，正式取代為期兩年的測試、預覽版本，也標志著使用該語言在 StarkNet 上編寫智能合約已經成為可能，同時也會兼顧高效的執行效率，成為 ZK 系 Layer 2 Rollup 技術派的里程碑事件。可見對于開發生態對于項目方來說才是生態系統的基礎，據 Electric Capital 統計，StarkWare 的全職開發者是 Aptos 和 Sui 的兩倍，算上兼職可能有 3 倍左右，而且數量還在增長之中。過去 1 年來增長了 214%，過去 2 年來增長了2220%。即便 StarkNet 暫時放棄朝 EVM 兼容性路線走，但也讓 StarkNet 更放開手聚焦于獲得更加靈活的開發體驗，吸引多元化的開發者。

聲音 | 姚前：各國央行數字貨幣試驗是比較秘密的曼哈頓工程 未必符合開源社區的需求:中國證券登記結算有限責任公司總經理、央行數字貨幣研究所前所長姚前近日在接受采訪時將Libra與各國央行數字貨幣進行了對比，他表示，兩者雖然均采用加密貨幣技術，技術路線有相似之處。但在發行方、技術平臺、可追溯性、匿名性、與銀行賬戶耦合程度、是否支持資產發行等方面存在差異。從貨幣層次看，央行貨幣是M0層次，銀行存款等傳統信用貨幣在M1和M2層次，而Libra則是在更高的貨幣層次。最新統計數據顯示，我國的M0與M2的比值約為4%。與數字M0相比，數字M1、M2……Mn更具想象空間。從創新角度看，各國央行數字貨幣試驗基本上是比較秘密的“曼哈頓”工程，這種方式未必符合現代開源開放社區的發展需求。（新京報）[2019/11/14]

  2. zkSync Era去年 10 月以太坊 L2 擴容解決方案 zkSync 的 zkSync 2.0 主網第一階段 Baby Alpha 上線，成為以太坊上第一個 zkEVM 項目中發布的主網，而在今年 3 月 24 日 zkSync 則宣布，zkSync 2.0 主網已進入第二階段 Fair Onboard Alpha ，允許注冊項目皆能在主網上部署，甚至決定將 zkSync 2.0 更名為 zkSync Era、zkSync 1.0 則更名為 zkSync Lite 。zkSync Era 主網正式向公眾開放后，3 天內單一地址數便突破 10 萬個，1.8 萬枚 ETH 跨鏈進入 zkSync Era。截至今年 4 月 14 日，zkSync Era TVL 已達 2.4 億美元。先前 ZkSync Lite 的交易成本其實不高，但整體速度較慢；而 ZkSync Era 則進一步提高了交易速度、并大幅降低了交易成本。不僅如此， ZkSync Era 將會有和現存開發工具更多的集成，以降低外部開發者的進入門檻，簡單來說，在這次更新后， ZkSync Era 將會和云端開發環境進行兼容適配，比如谷歌云服務存儲數據。還有，GPU 和非 GPU 環境，都可用于秘鑰生成和設置，并且 GPU 加速仍會優化，以便于未來開發硬件加速設備。zkSync Era 亮點分別為：(1) 完全不依賴第三方卻類似主網的安全性：支持 Solidity 0.8.x 版本，和以太坊主網開發環境保持一致。(2) 無需許可權的 EVM 相容智能合約：zkSync 的 EVM 兼容性，使 Solidity 和 Vyper 編寫的智能合約無需重構即可在 zkSync 上使用。zkSync 這次還為 EVM 語言（Solidity、Vyper、Yul）構建了第一個基于 LLVM（LowLevelVirtualMachine ）的編譯器，得益于 LLVM 的開源和普適性，最終可讓開發人員使用 C++、Rust 等語言編寫智能合約。(3) 標準 Web3 API：Web3 API 與 Ethereum 幾乎完全兼容，開發者可使用絕大部分 API。(4) 保留關鍵的 EVM 功能，例如智慧合約可組合性。

聲音 | 丁鵬：目前數字貨幣量化還是比較初級，存在一些問題:據火星財經報道，量化投資學會（CQIA）理事長丁鵬在表示， 從專業的角度來看，目前數字貨幣量化還是比較初級，存在一些問題： 1. 存在缺乏系統性的策略組合； 2. 市場缺乏類似于萬得這樣的量化平臺，提供數據和量化分析的回測； 3. 目前的交易所系統無論是穩定性，還是交易速度，還是金融產品角度，和傳統的交易所差距還是不小的。[2018/12/19]

(5) 引入新功能，如抽象帳戶：zkSync Era 直接使用本地抽象帳戶，協助 Era 上的任何帳戶可以用任何代幣支付費用，甚至可以在一些協議愿意補貼的條件下讓用戶以零費用進行交易。(6) 執行延遲機制：根據官方 3 月 24 日消息指出，zkSync 宣布 zkSync Era 多層安全機制中的其中一種機制，即“執行延遲”，也就是每個提交給 L1 的 L2 區塊在執行和最終確定之前都會有一個時間鎖，最初該延遲將是 24 小時，隨著系統的成熟，該延遲將逐漸減少，直到移除 Alpha 階段，屆時延遲將被完全移除。此舉主要是要確保團隊有足夠的時間在區塊成為最終區塊之前驗證包含在區塊中的交易所帶來的任何影響，并且有足夠的時間來檢測漏洞、調查并通過治理凍結協議。以上為 zkSync 技術目前最新進展。而 zkSync 開發公司 Matter Labs 的融資背景和技術背景不容小覷，Matter Labs 已于 2022 年 11 月完成 2 億美元融資，且團隊早在 2020 年 12 月 20 日踏上 ZK 道路，推出了 zkSync Lite（zkSync 1.0 ），但當時由于缺乏 EVM 功能，開發人員使用起來相對不便。因此，可以說 zkSync Era 目前完成度相較以往較高，其面向開發者和項目的技術，例如開源了 zkEVM（零知識以太坊虛擬機）更讓開發人員易使用構建自身的生態系統。其次， zkSync Era 對于接入 Web2 以及硬件之應用以加速和鏈間擴展性，也有更多的技術儲備。現在生態不僅更適合開發者還有項目可構建自身的生態系統，更吸引了多個應用，包括 DeFi、錢包、跨鏈、NFT 、基礎設施等多個領域，不過 zkSync Era 還處在 Alpha 階段，生態內許多項目皆屬于其他網路的應用遷移，極少原生應用，其風險性依舊未知。

  3. Polygon zkEVMPolygon zkEVM 主網測試版本 3 月 27 日 正式上線，Vitalik 在上面完成了第一筆交易，這次與 EVM 完全兼容，這也意味著它支持與以太坊相同的程式代碼。在過去的一年中，Polygon 是收入最高的鏈，收入超過 2600 萬美元，而 Arbitrum 和 Optimism 分別為 1900 萬美元和 1800 萬美元。而在去年 10 月上線測試網以來，已取得許多重要的里程碑，包含生成超過 75,000 個 ZK 證明，部署 5,000 個智能合約，大量交易生成的證明成本低至 0.06 美元等。這一次主網更有突破性發展，Polygon zkEVM 已經通過了 100% 適用于 zkEVM 的以太坊測試向量，開發人員無需修改或重寫任何程式碼，且所有以太坊工具都可以與 Polygon zkEVM 無縫協作，意味著在 ZK Rollup 的 EVM 兼容再邁出一大步，推測已達到 type 2 的水平，完全等效于 EVM。會說 Polygon zkEVM 繼承了以太坊的安全性，是因 Sequencer 做了類似以太坊 Proposer 的工作，提議了一批交易是有效交易，并且給出了這批交易執行后的新狀態；而 L1 合約的驗證邏輯，相當于所有 L1 的 Validator 都會在自己的以太坊客戶端里執行一遍，實際上是所有的以太坊驗證者充當了 Rollup 的驗證者，因此才可以驗證 Polygon zkEVM 完全等同 L1。根據 DuneAnalytics 數據，Polygon zkEVM 上線近 24 小時，已超過 2,500 名用戶完成超過 2,700 筆、88 萬美元的跨鏈交易量，今（4/14） Polygon TVL 約 360 萬美元。在過去的一年中，Polygon 是所有鏈中收入最高的，超過 2600 萬美元，而 Arbitrum 和 Optimism 分別為 1900 萬美元和 1800 萬美元。然而，根據 Token Terminal 的數據，由于代幣激勵措施讓項目平均每年約多負 3 億美元，但這對 Polygon 擁有的 24 億美元資金庫來說根本不到占比的 15%。ZK 系以太坊二層擴容產品的競爭意味濃烈，目前 Polygon zkEVM 在 EVM 兼容性上看似暫時勝出，因此可以推測下一個競爭點則是正式上線主網的時間，以及誰先建立穩固的生態系統，預測 L2 將在今年 Q2 到 Q3 成為整個市場的熱點。

遠望資本創始合伙人：數字貨幣的應用價值其實是比較小的:金色財經現場報道，在飛鳥·區塊鏈技術與應用高峰論壇上，遠望資本創始合伙人田鴻飛以《大數據應用與用戶隱私之矛盾的解決方案》為主題進行演講，田鴻飛認為，在區塊鏈創業方面，它本質上是一個大家對壟斷的一個反抗，田鴻飛稱：“我不認為區塊鏈在貨幣上的應用會特別大，區塊鏈數字貨幣的應用價值其實是比較小的，在非洲或者是說一些不發達國家，銀行體系不發達的情況下，可能比特幣等數字貨幣更有價值，不過在貨幣領域之外，區塊鏈也會有一些不錯的應用場景，尤其是在尋找互聯網最新的創新點方面。”[2018/3/29]

  4. ScrollScroll 和 Polygon EVM 分別在開源技術上被市場認為做的最好的項目，除此之外，EVM 兼容程度也非常類似， V 神提出的 4 種不同類型的 ZK-EVM 類型按照兼容或是等效程度從高排列，Zk-sync是 4 型，而 Scroll 和 Polygon 都是組在第 3 型正過渡到第 2 型的發展中。Scroll 共同創辦人 Sandy Peng 4 月 10 日在 Foresight 香港峰會中宣布將推出激勵生態的合作計劃，未來 3 到 4 個月就會上線主網，近期還以 18 億美金的估值完成第三輪融資。Scroll 于去年 8 月宣布試行第一個 Pre-alpha 測試網，使用戶能夠在該網路上進行交易，并且于今年 1 月 16 日首次完成測試網重置。根據最新消息指出，目前 Scroll 的 Alpha 測試網正式在 Goerli 測試網運行，已經從 Pre-alpha 階段過渡到 Alpha 測試階段，在 Alpha 測試網截至上周也已產生超過 100 萬個區塊。以技術來看，Scroll 開發了世界上最快的 GPU prover，允許任何人利用 GPU 機器搭建證明節點，實現去中心化。加入的節點越多，算力越大，成本越低，從而激勵社區更新更好更快的硬件，迭代專屬于 ZK 的 ASIC，進一步縮小 L1 的最終確認時間和證明成本。在ZK Rollup賽道，Scroll 擁有最高的硬件計算效率，除了技術層面，Scroll 團隊追求社會和文化層面的去中心化。2022年，Scroll 團隊增加了 39 名成員，分布于 20 多個城市，10 多個時區。其中超過 30 位都是 ZK 或者區塊鏈研究員和開發者。除了在EVM兼容方面的優秀表現，Scroll證明節點的去中心化和開源的社區經營都體現了以太坊的正統性，達到了價值觀層面的“兼容”，頂級硬件速度為 Scroll 注入了更大的潛力。且Scroll 的三個設計原則或核心價值 (社群驅動、安全第一和各個層面的去中心化) 是項目的競爭優勢。今年注入新資金后，Scroll 計劃繼續構建其產品，推出其主網并擴大其生態系統。為此，團隊表示 Scroll 未來會尋求將目前的團隊規模從 60 人左右增加到近 100 人。

  5. LineaPolygon zkEVM 主網 BETA 上線，帶給 zkEVM 新熱度；ConsenSys 官方也宣布其 ConsenSys zkEVM 更名為 Linea，并已向所有開發人員、用戶與協議開放測試網并原生集成了 MetaMask 和 Truffle 等工具；加上此前 Consensys 共獲超 7 億美元的融資（多于 Arbitrum 和 zkSync），由 Microsoft，SoftBank，Temasek，Coinbase Ventures 等參與投資。而 Linea 技術亮點即是不使用轉譯器或自定義編譯器為 Solidity 智能合約生成 zk 證明，采用的是編譯后的 Solidity 字節碼。不僅可以降低漏洞和黑客攻擊的表面風險，且他們提供的創新證明者設計可確保更快的交易速度和更低的 Gas 成本。Linea 寫道：“我們創新的證明器（Prover）設計確保了更快的交易速度和更低的 Gas 成本，而不會犧牲安全性。”就在向公眾開放 Linea 測試網后，僅在第一周，就看到了 270 萬筆交易、354,000 個唯一錢包地址、75,000 個已部署合約和 26,000 個關注者，所以 ConsenSys 官方接著宣布創建了開放版紀念 NFT 來慶祝 Linea 的公開測試網發布。

結語

先不說以太坊本未來是否有機會會升級到 Type 1 zkEVM 以進一步進行鏈上擴展。目前單從 Type 2 到 Type 4 的外部 zkEVM 賽道來看，為開發人員和用戶提供獨特的定制和 UX 造就了蓬勃生態，這往往是現在以太坊 L1 無法做到的。以 ZK rollups 技術展開的項目不難看出最終目標都是 zkEVM，而從去年至今將是日常加密貨幣用戶將能夠首次嘗試 zkEVM 的一年。去年年底市場給出 2023 年的建議是“在 zkEVM 成熟之前，市場格局應該依然是以 OP 主、ZK 為輔”，但今年年初大多 ZK 項目紛紛確認主網上線，看來時機會比去年格局來的更快，在技術上也更穩定了不少。

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