Introdução

ZkEVMs são um tipo único de acúmulo de conhecimento zero (zk) – que funciona na rede Ethereum. Eles processam transações e permitem interações eficientes na rede. Esses rollups oferecem aos usuários vários benefícios, incluindo transações de baixo custo. Portanto, neste artigo, exploraremos a inovação do zkEVM; como funciona; os vários tipos de zkEVMs; um estudo do ecossistema e ver mais de perto os problemas que ele resolve.

Introdução: A necessidade de zkEVM

Os críticos do Ethereum lamentaram o quão lento ele é, o que tem aumentado ao longo dos anos. Apenas 10-15 transações podem ser processadas por segundo pelo protocolo principal, que durante períodos de intensa atividade do usuário, levou ao congestionamento da rede e altas taxas de transação.

A comunidade Ethereum está crescendo ativamente e, nos últimos meses, várias estratégias de escala ganharam popularidade. Uma variedade de soluções foi explorada pelos desenvolvedores, incluindo sidechains, que movem as transações para uma segunda camada (L2), onde são rapidamente processadas antes de serem direcionadas de volta à cadeia primária.

Isso tem sido historicamente eficaz para aplicações individuais, mas há um problema, pois muitas dessas cadeias laterais empregam rollups que são chamados de “otimistas”.

Embora existam muitos métodos, sem excluir cadeias laterais dos desenvolvedores, as soluções de Camada 2 (L2) estão há muito tempo na vanguarda da conversa sobre dimensionamento. Uma solução de Camada 2 dessa natureza quase perfeita tem sido progressivamente vista “ao vivo” no mercado com melhorias contínuas. Os acúmulos de conhecimento zero parecem estar no centro das atenções agora.

A Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine, também conhecida como zkEVM, é uma das tecnologias mais promissoras no ecossistema Ethereum. Este projeto visa aprimorar a funcionalidade da Máquina Virtual Ethereum ao mesmo tempo em que faz um avanço tecnológico significativo que protegerá nossa privacidade quando interagirmos com contratos inteligentes que usam este novo EVM.

Pelo menos a partir de 2014, os zkEVMs foram inicialmente explorados com entusiasmo e agora a tecnologia é quase utilizável. Eles estão sendo construídos por grandes empresas de desenvolvimento de Ethereum, como Polygon e Scroll, e outras estão correndo para seguir o exemplo.

Observação: Sidechains (ex. Polygon, PoS) são cadeias secundárias que operam em paralelo a uma cadeia principal com seu mecanismo de consenso; eles são conectados à cadeia principal por uma ponte de duas vias.

O que é ZK?

ZK é um acrônimo para zero-conhecimento, que podemos chamar de palavra criptográfica para uma parte ser capaz de provar a outra que algo é verdadeiro, sem vazar nenhuma outra informação. Em essência, permite a troca de dados privados, mantendo seu sigilo.

As provas de conhecimento zero concedem ao usuário a capacidade de revelar seu conhecimento de um segredo sem realmente revelar esse segredo. Isso é basicamente para identificar e mostrar que você está falando a verdade. O provador e o verificador desempenham os dois papéis principais nas provas de conhecimento zero. O provador deve demonstrar conhecimento do segredo e o verificador confirma que o provador está afirmando a verdade.

O que é zkEVM?

Como parte dos acúmulos de conhecimento zero (ZK), a Zero Knowledge Ethereum Virtual Machine (zkEVM) cria provas de conhecimento zero para confirmar a precisão dos programas, bem como a confiabilidade das entradas e saídas utilizadas na operação. Eles são soluções de dimensionamento L2 para Ethereum que aumentam a taxa de transferência por meio de computação off-chaining e armazenamento de estado. Os ZkEVMs são criados com a tecnologia de conhecimento zero em mente, permitindo que eles realizem contratos inteligentes.

ZK-rollups estão começando a habilitar Ethereum DApps com a introdução de máquinas virtuais de conhecimento zero que são compatíveis com EVM.

Isso permitirá que os desenvolvedores escrevam ou migrem contratos inteligentes, mantendo a descentralização e a segurança da Camada Um (L1s) sem ter que alterar seu código ou desistir de suas ferramentas EVM (e contratos inteligentes).

Tendo aprendido o que é o zkEVM, vamos investigar mais e quebrar a complexidade por trás do zkEVM, começando com a compreensão do EVM.

Máquina Virtual Ethereum (EVM)

Ethereum é uma tecnologia conhecida por permitir a execução de computadores virtuais abertos e distribuídos. Um contrato inteligente Ethereum implantado não pode ser atualizado e está aberto a inspeção hostil.

Os contratos inteligentes são usados na maioria das aplicações (leilões, mercados de previsão, gerenciamento de identidade/reputação, etc.) para lidar com fundos ou autenticar entidades externas. O código deve ser confiável nessa configuração.

Como funciona o EVM?

A Máquina Virtual Ethereum opera como uma máquina de estado que muda seu estado em resposta às entradas. Sempre que um contrato inteligente é executado, o estado do EVM muda ou há uma “transição de estado”. Além dos contratos inteligentes, que são todos esses programas Solidity que podemos ver no blockchain, temos repositórios de software para os projetos DApps que conhecemos.

Aqui, vamos dar uma olhada no que ocorre durante as transações em contratos inteligentes:

1. Os nós ponto a ponto no EVM carregam e executam o bytecode do contrato, que foi gerado a partir do código-fonte.

2. EVM Opcodes interagem com vários componentes de estado do EVM através do bytecode (memória, armazenamento e pilha).

3. Antes de retornar os novos valores, os opcodes EVM calculam os valores obtidos do armazenamento de estado.

NB: O EVM Opcode é uma abreviação para o código Ethereum Virtual Machine Operation, que faz parte das instruções em linguagem de máquina que fornecem comandos sobre a operação a ser executada.

Ecossistema zkEVM

Embora os anúncios do zkEVM possam ter incomodado os desenvolvedores e as partes interessadas que desejam privacidade e escalabilidade, a maioria desses projetos está longe de ser concluída.

Consideravelmente, esses projetos enfrentam vários desafios além de apenas entrar no ar. À medida que os zkEVMs aproveitam as mudanças no Ethereum, eles expandirão sua cobertura e melhorias graduais seguirão assim que a maioria desses projetos for lançada.

Certamente haverá outros projetos desta natureza em breve, mas estes são os maiores e mais desenvolvidos. Em última análise, o desenvolvimento do blockchain parece imparável, como demonstram projetos como o zkEVM.

A importância do zkEVM

A criação de um zkEVM totalmente funcional promoverá a criação de projetos ZK-rollup compatíveis com EVM. Isso oferece os seguintes benefícios:

1. Escalabilidade segura: ZK-rollups fornecem garantias de segurança mais fortes do que outros esforços de dimensionamento; eles usam provas de validade para confirmar a precisão da computação off-chain.

2. Custos mais baixos: ao publicar dados de transação no Ethereum como CALL DATA, os rollups obtêm proteção da Mainnet. A quantidade de dados que rollups otimistas e rollups ZK devem transmitir para Ethereum varia. Reduzindo ainda mais a necessidade de CALL DATA, o zkEVM pode até pular as entradas da transação e publicar apenas as mudanças de estado final.

3. Um zkEVM não tem problemas que outros têm, levando a uma finalização mais rápida e eficiência de capital. Usuários avançados que exigem trocas suaves de ativos, como traders NFT, investidores DeFi ou traders de arbitragem, se beneficiarão de uma finalização mais rápida (especialmente entre L1 e L2).

4. Efeitos de rede: Usar os efeitos de rede do Ethereum é a principal justificativa para criar zkEVMs compatíveis com EVM. A Ethereum, que é a maior plataforma de contratos inteligentes, oferece um ecossistema bastante grande e isso é bom tanto para desenvolvedores quanto para projetos criptográficos. Também devemos observar que, se um zkEVM recém-criado não for compatível com a infraestrutura da Ethereum, seus efeitos de rede não poderão ser utilizados.

Compatibilidade zkEVM e EVM

O que podemos observar no EVM e seus derivados, que inclui o zkEVM, é o procedimento acima. EVM e zkEVM diferem significativamente porque o último cria um ambiente de execução seguro que é protegido de agentes externos, mesmo que estejam na mesma rede.

O ambiente de execução usado para executar contratos inteligentes instalados na rede Ethereum é conhecido como EVM (Ethereum Virtual Machine). No blockchain Ethereum, aplicativos descentralizados (DApps) são operados usando o EVM, que funciona como uma espécie de “computador mundial”.

Mas com zkEVM, isso muda drasticamente. Em um ambiente ZKP, os dados de entrada são visíveis, mas são uma sequência de dados produzidos pela criptografia ZKP, e não os dados reais. Consequentemente, a entrada de dados consiste essencialmente em uma sequência de estatísticas que o zkEVM pode usar para confirmar que o que afirmamos está correto sem nunca divulgar as informações reais que levaram a esses dados.

ZkEVMs podem executar contratos inteligentes Ethereum sem fazer modificações significativas na lógica subjacente, tornando-os compatíveis com EVM.

Como funciona o zkEVM?

A operação geral de rollups de conhecimento zero é seguida por zkEVMs. No entanto, é crucial reconhecer que várias teorias cercam o design ideal de um zkEVM e como ele funciona. A forma mais pura de zkEVMs seria equivalente ao Ethereum e não permitiria nenhuma modificação, mesmo que ajudasse a simplificar a produção de provas.

Um zkEVM é uma máquina virtual que sofre mudanças de estado como resultado de ações do programa, semelhante ao EVM. No entanto, o zkEVM vai um passo além, oferecendo provas para apoiar a precisão de cada componente de cálculo.

Devemos aceitar a variedade de zkEVMs para compreender como eles operam, conforme evidenciado pelas iniciativas ativas. Embora todos tenham os mesmos objetivos, seus métodos são diferentes.

Qual problema isso resolve?

Como os EVMs padrão só podem entender os rollups separadamente, não há uma linguagem de programação universal e os rollups do ZK devem ser criados do zero.

Projetos Construídos em zkEVM

Vários projetos zkEVM, como Scroll, Polygon, Nethermind, The Privacy e Scaling Explorations, usam várias estratégias para combinar a execução de EVM com o cálculo de provas de conhecimento zero. Cada abordagem tem suas compensações especiais. Cada projeto trabalha continuamente para desenvolver uma solução escalável de Camada 2 que seja confiável, segura, acessível e simples de usar.

Todos esses projetos compartilham o mesmo objetivo fundamental: utilizar a tecnologia ZK-SNARK para criar provas criptográficas de execução de transações semelhantes às do Ethereum, seja para tornar a própria cadeia Ethereum muito mais fácil de verificar ou para criar ZK-rollups que são (quase ) equivalentes ao que o Ethereum oferece, mas são muito mais escaláveis. No entanto, essas iniciativas diferem ligeiramente em termos dos compromissos que fazem entre conveniência e praticidade.

Desenvolvimento recente

Em contraste com o zkSync, a maioria dos EVMs de conhecimento zero ainda está em desenvolvimento e a perspectiva de zkEVMs totalmente funcionais é melhor do que nunca, à medida que a tecnologia de conhecimento zero se desenvolve.

Enquanto isso, a máquina virtual de conhecimento zero da StarkNet permite que os desenvolvedores aproveitem os aplicativos de conhecimento zero. No que diz respeito ao StarkNet, ele não é compatível com EVM, mas pode compilar código-fonte solidity para bytecode em um formato compatível com ZK. Além disso, os contratos podem ser escritos em Cairo (língua da StarkNet).

Conclusão

O zkEVM pode fornecer uma experiência semelhante para desenvolvedores e usuários. Vários níveis de atividade podem ser usados para melhorar a escalabilidade, onde o zkEVM pode ser visto como uma solução para esses problemas no espaço criptográfico. Juntos, pode-se dizer que usuários e construtores esperam um nível maior de melhoria e avanço devido ao avanço em acúmulos de conhecimento zero contra a redução de problemas de escalabilidade, incluindo segurança, e também suporte à implantação de contratos e compatibilidade de aplicativos.

Assim como sua inovação equivalente, zkSync, o zkEVM ainda está em estágio de desenvolvimento e um trabalho em andamento, o que torna bastante claro decidir o que o futuro reserva para o Ethereum.