Einführung

ZkEVMs sind eine einzigartige Art von Zero-Knowledge (zk)-Rollup – das im Ethereum-Netzwerk funktioniert. Sie verarbeiten Transaktionen und ermöglichen effiziente Interaktionen im Netzwerk. Diese Rollups bieten Benutzern mehrere Vorteile, einschließlich kostengünstiger Transaktionen. In diesem Artikel werden wir also die zkEVM-Innovation untersuchen; wie es funktioniert; die verschiedenen Arten von zkEVMs; eine Studie des Ökosystems und werfen Sie einen genaueren Blick auf die Probleme, die es löst.

Einführung: Die Notwendigkeit für zkEVM

Kritiker von Ethereum haben beklagt, wie langsam es ist, was im Laufe der Jahre zugenommen hat. Das Kernprotokoll kann nur 10-15 Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, was in Zeiten intensiver Benutzeraktivität zu Netzwerküberlastungen und hohen Transaktionsgebühren geführt hat.

Die Ethereum-Community wächst aktiv und in den letzten Monaten haben mehrere Skalierungsstrategien an Popularität gewonnen. Eine Vielzahl von Lösungen wurde von Entwicklern untersucht, darunter Sidechains, die Transaktionen auf eine zweite Ebene (L2) verschieben, wo sie schnell verarbeitet werden, bevor sie zurück zur Primärkette geleitet werden.

Dies war in der Vergangenheit für einzelne Anwendungen effektiv, aber es gibt ein Problem, da viele dieser Seitenketten Rollups verwenden, die als „optimistisch“ bezeichnet werden.

Obwohl es viele Methoden gibt, die Seitenketten von Entwicklern nicht ausschließen, stehen Layer-2-Lösungen (L2) seit langem an der Spitze der Skalierungsdiskussion. Eine Layer-2-Lösung dieser nahezu perfekten Art wurde nach und nach „live“ auf dem Markt mit kontinuierlichen Verbesserungen gesehen. Zero-Knowledge-Rollups scheinen jetzt im Rampenlicht zu stehen.

Die Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine, auch bekannt als zkEVM, ist eine der vielversprechendsten Technologien im Ethereum-Ökosystem. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Funktionalität der Ethereum Virtual Machine zu verbessern und gleichzeitig einen bedeutenden technologischen Fortschritt zu erzielen, der unsere Privatsphäre schützt, wenn wir mit intelligenten Verträgen interagieren, die diese neue EVM verwenden.

Spätestens ab 2014 wurden zkEVMs zunächst begeistert erforscht, mittlerweile ist die Technologie fast einsatzfähig. Sie werden von großen Ethereum-Entwicklungsunternehmen wie Polygon und Scroll gebaut, und andere beeilen sich, diesem Beispiel zu folgen.

Bitte beachten: Sidechains (zB Polygon, PoS) sind Sekundärketten, die mit ihrem Konsensmechanismus parallel zu einer Elternkette operieren; Sie sind über eine Zweiwegebrücke mit der übergeordneten Kette verbunden.

Was ist ZK?

ZK ist ein Akronym für Zero-Knowledge, was wir ein kryptografisches Wort nennen können, damit eine Partei einer anderen beweisen kann, dass etwas wahr ist, ohne andere Informationen preiszugeben. Im Wesentlichen ermöglicht es den Austausch privater Daten unter Wahrung ihrer Geheimhaltung.

Zero-Knowledge-Proofs geben einem Benutzer die Möglichkeit, sein Wissen über ein Geheimnis preiszugeben, ohne dieses Geheimnis tatsächlich preiszugeben. Dies dient im Wesentlichen dazu, zu erkennen und zu zeigen, dass Sie die Wahrheit sagen. Der Beweiser und der Verifizierer spielen die beiden Hauptrollen bei Zero-Knowledge-Beweisen. Der Beweiser muss die Kenntnis des Geheimnisses nachweisen und der Prüfer bestätigt, dass der Beweiser die Wahrheit sagt.

Was ist zkEVM?

Als Teil von Zero-Knowledge (ZK)-Rollups erstellt die Zero Knowledge Ethereum Virtual Machine (zkEVM) Zero-Knowledge-Beweise, um die Genauigkeit von Programmen sowie die Zuverlässigkeit der im Betrieb verwendeten Ein- und Ausgänge zu bestätigen. Sie sind L2-Skalierungslösungen für Ethereum, die den Durchsatz durch Off-Chaining-Berechnung und Zustandsspeicherung erhöhen. ZkEVMs werden mit Blick auf die Zero-Knowledge-Technologie erstellt, die es ihnen ermöglicht, Smart Contracts auszuführen.

ZK-Rollups beginnen, Ethereum DApps mit der Einführung von Zero-Knowledge-VMs zu ermöglichen, die mit EVM kompatibel sind.

Auf diese Weise können Entwickler Smart Contracts schreiben oder migrieren und gleichzeitig die Dezentralisierung und Sicherheit von Layer One (L1s) aufrechterhalten, ohne ihren Code ändern oder ihre EVM-Tools (und Smart Contracts) aufgeben zu müssen.

Nachdem wir gelernt haben, was zkEVM ist, lassen Sie uns weiter nachforschen und die Komplexität hinter zkEVM aufschlüsseln, beginnend mit dem Verständnis von EVM.

Virtuelle Ethereum-Maschine (EVM)

Ethereum ist eine Technologie, die dafür bekannt ist, die Ausführung offener und verteilter virtueller Computer zu ermöglichen. Ein bereitgestellter Ethereum Smart Contract kann nicht aktualisiert werden und ist offen für feindliche Inspektionen.

Smart Contracts werden in den meisten Anwendungen (Auktionen, Prognosemärkte, Identitäts-/Reputationsmanagement usw.) verwendet, um Gelder zu verwalten oder externe Einheiten zu authentifizieren. Der Code sollte in dieser Einstellung zuverlässig sein.

Wie funktioniert die EVM?

Die Ethereum Virtual Machine fungiert als Zustandsmaschine, die ihren Zustand als Reaktion auf Eingaben ändert. Jedes Mal, wenn ein Smart Contract ausgeführt wird, ändert sich der Zustand des EVM oder es findet ein „Zustandsübergang“ statt. Zusätzlich zu Smart Contracts, die all diese Solidity-Programme sind, die wir auf der Blockchain sehen können, haben wir Software-Repositories für die DApps-Projekte, mit denen wir vertraut sind.

Hier werfen wir einen Blick darauf, was bei Transaktionen in Smart Contracts passiert:

1. Peer-to-Peer-Knoten auf der EVM laden Vertragsbytecode, der aus dem Quellcode generiert wurde, und führen ihn aus.

2. EVM-Opcodes interagieren mit verschiedenen Zustandskomponenten der EVM über den Bytecode (Speicher, Speicherung und Stack).

3. Vor der Rückgabe der neuen Werte berechnen EVM-Opcodes die aus dem Zustandsspeicher entnommenen Werte.

NB: Der EVM-Opcode ist eine Abkürzung für Ethereum Virtual Machine Operation Code, der Teil der Anweisungen in Maschinensprache ist, die Befehle für die auszuführende Operation geben.

zkEVM-Ökosystem

Obwohl zkEVM-Ankündigungen Entwickler und Interessenvertreter, die an Datenschutz und Skalierbarkeit interessiert sind, begeistert haben, sind die meisten dieser Projekte noch lange nicht abgeschlossen.

Beträchtlich stehen diese Projekte vor mehreren Herausforderungen, die über das bloße Going Live hinausgehen. Da zkEVMs die Änderungen in Ethereum nutzen, werden sie ihre Abdeckung erweitern, und schrittweise Verbesserungen werden folgen, sobald die meisten dieser Projekte gestartet sind.

Sicherlich wird es in Kürze weitere Projekte dieser Art geben, aber dies sind die größten und am weitesten entwickelten. Letztlich scheint die Entwicklung der Blockchain unaufhaltsam, wie Projekte wie zkEVM zeigen.

Die Bedeutung von zkEVM

Die Erstellung eines voll funktionsfähigen zkEVM fördert die Erstellung von ZK-Rollup-Projekten, die EVM-kompatibel sind. Dies bietet folgende Vorteile:

1. Sichere Skalierbarkeit: ZK-Rollups bieten stärkere Sicherheitsgarantien als andere Skalierungsbemühungen; Sie verwenden Gültigkeitsnachweise, um die Genauigkeit des Off-Chain-Computing zu bestätigen.

2. Niedrigere Kosten: Durch die Veröffentlichung von Transaktionsdaten an Ethereum als CALL DATA erhalten Rollups Schutz vor dem Mainnet. Die Datenmenge, die optimistische Rollups und ZK-Rollups an Ethereum senden müssen, variiert. Den Bedarf an CALL DATA weiter senkend, kann das zkEVM sogar Transaktionseingaben überspringen und nur endgültige Zustandsänderungen veröffentlichen.

3. Ein zkEVM hat keine Probleme, die andere haben, was zu einer schnelleren Endgültigkeit und Kapitaleffizienz führt. Power-User, die einen reibungslosen Vermögenswechsel benötigen, wie NFT-Händler, DeFi-Investoren oder Arbitrage-Händler, profitieren von einer schnelleren Endgültigkeit (insbesondere zwischen L1 und L2).

4. Netzwerkeffekte: Die Nutzung der Netzwerkeffekte von Ethereum ist die Hauptbegründung für die Erstellung von EVM-kompatiblen zkEVMs. Ethereum, die größte Smart-Contract-Plattform, bietet ein ziemlich großes Ökosystem, und das ist sowohl für Entwickler als auch für Krypto-Projekte gut. Wir sollten auch beachten, dass, wenn ein neu gebautes zkEVM nicht mit der Infrastruktur von Ethereum kompatibel ist, seine Netzwerkeffekte nicht genutzt werden können.

zkEVM und EVM-Kompatibilität

Was wir bei der EVM und ihren Derivaten, zu denen auch die zkEVM gehört, beobachten können, ist die oben beschriebene Vorgehensweise. EVM und zkEVM unterscheiden sich am deutlichsten darin, dass letzteres eine sichere Ausführungsumgebung schafft, die vor externen Agenten geschützt ist, selbst wenn sie sich im selben Netzwerk befinden.

Die Laufzeitumgebung, die zum Ausführen von Smart Contracts verwendet wird, die im Ethereum-Netzwerk installiert sind, ist als EVM (Ethereum Virtual Machine) bekannt. Auf der Ethereum-Blockchain werden dezentrale Apps (DApps) über die EVM betrieben, die als eine Art „Weltcomputer“ dient.

Aber mit zkEVM ändert sich das drastisch. In einer ZKP-Umgebung sind die Eingabedaten sichtbar, aber sie sind eher eine Folge von Daten, die von der ZKP-Kryptografie erzeugt werden, als die eigentlichen Daten. Folglich besteht die Dateneingabe im Wesentlichen aus einer Folge von Statistiken, die das zkEVM verwenden kann, um zu bestätigen, dass das, was wir behaupten, richtig ist, ohne jemals die tatsächlichen Informationen offenzulegen, die zu diesen Daten geführt haben.

ZkEVMs können Ethereum Smart Contracts ausführen, ohne wesentliche Änderungen an der zugrunde liegenden Logik vorzunehmen, wodurch sie EVM-kompatibel werden.

Wie funktioniert zkEVM?

Dem Gesamtbetrieb von Zero-Knowledge-Rollups folgen zkEVMs. Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass mehrere Theorien das optimale Design eines zkEVM und seine Funktionsweise umgeben. Die reinste Form von zkEVMs wäre Ethereum-äquivalent und würde keine Modifikationen zulassen, auch wenn sie dazu beitragen würden, die Beweiserstellung zu vereinfachen.

Eine zkEVM ist eine virtuelle Maschine, die Zustandsänderungen als Ergebnis von Programmaktionen erfährt, ähnlich wie die EVM. Das zkEVM geht jedoch noch einen Schritt weiter und bietet Nachweise für die Richtigkeit der einzelnen Berechnungskomponenten.

Wir müssen die Vielfalt der zkEVMs akzeptieren, um zu verstehen, wie sie funktionieren, wie die aktiven Initiativen belegen. Obwohl sie alle die gleichen Ziele haben, sind ihre Methoden unterschiedlich.

Welches Problem löst es?

Da Standard-EVMs Rollups nur separat verstehen können, gibt es keine universelle Programmiersprache und ZK-Rollups müssen von Grund auf neu erstellt werden.

Projekte Aufbauend auf zkEVM

Verschiedene zkEVM-Projekte wie Scroll, Polygon, Nethermind, The Privacy und Scaling Explorations verwenden verschiedene Strategien, um die EVM-Ausführung mit der Berechnung von Zero-Knowledge-Beweisen zu kombinieren. Jeder Ansatz hat seine speziellen Kompromisse. Jedes Projekt arbeitet kontinuierlich daran, eine skalierbare Schicht-2-Lösung zu entwickeln, die zuverlässig, sicher, erschwinglich und einfach zu bedienen ist.

Alle diese Projekte haben das gleiche grundlegende Ziel: die Verwendung der ZK-SNARK-Technologie, um kryptografische Beweise für die Ausführung von Transaktionen zu erstellen, die denen von Ethereum ähneln, entweder um die Ethereum-Kette selbst viel einfacher verifizierbar zu machen oder um ZK-Rollups zu erstellen, die (fast ) entsprechen dem, was Ethereum bietet, sind aber viel skalierbarer. Diese Initiativen unterscheiden sich jedoch leicht in Bezug auf die Kompromisse, die sie zwischen Zweckmäßigkeit und Praktikabilität eingehen.

Die neueste Entwicklung

Im Gegensatz zu zkSync befinden sich die meisten Zero-Knowledge-EVMs noch in der Entwicklung, und die Aussicht auf voll funktionsfähige zkEVMs ist besser denn je, da sich die Zero-Knowledge-Technologie weiterentwickelt.

In der Zwischenzeit ermöglicht die Zero-Knowledge Virtual Machine von StarkNet Entwicklern, Zero-Knowledge-Anwendungen zu nutzen. Was StarkNet betrifft, ist es nicht EVM-kompatibel, kann aber Solidity-Quellcode in Bytecode in einem ZK-freundlichen Format kompilieren. Außerdem können Verträge in Kairo (der Sprache von StarkNet) geschrieben werden.

Fazit

zkEVM kann sowohl Entwicklern als auch Benutzern ein ähnliches Erlebnis bieten. Mehrere Aktivitätsebenen können verwendet werden, um die Skalierbarkeit zu verbessern, wobei die zkEVM als Abhilfe für diese Probleme im Krypto-Raum angesehen werden kann. Aufgrund des Durchbruchs bei Zero-Knowledge-Rollups gegen die Reduzierung von Skalierbarkeitsproblemen, einschließlich Sicherheit, und auch der Unterstützung von Vertragsbereitstellung und Anwendungskompatibilität können Benutzer und Entwickler gemeinsam ein höheres Maß an Verbesserung und Fortschritt erwarten.

Genau wie sein Gegenstück, zkSync, befindet sich das zkEVM ziemlich noch in der Entwicklungsphase und ist noch in Arbeit, was es ziemlich unklar macht, was die Zukunft für Ethereum bereithält.