zkEVM 方案全面对比指南

zkEVM 正在为以太坊带来前所未有的可扩展性。面对众多选择,哪一种方案最为出色?本文将深入比较PolygonzkEVM(及其2.0版本)、zkSync Era、Linea、Scroll和Taiko等主流zkEVM方案,为您提供一份全面的指南。

zkEVM简介

zkEVM是一种二层网络解决方案,通过处理交易并将证明提交回以太坊主网来实现扩容。它们利用零知识证明(ZK)技术和EVM兼容性,在不牺牲安全性和去中心化的前提下,大幅减少了以太坊主网的计算负担,提高了整体可扩展性。

然而,不同的zkEVM方案在设计理念和技术实现上存在差异。以太坊创始人Vitalik Buterin提出了一个分类框架,将zkEVM划分为不同类型,从以太坊等效(1型)到EVM兼容(4型)。这一框架清晰地展示了各类型的优缺点,主要权衡在于EVM兼容性与性能之间的平衡。

主流zkEVM方案对比

Polygon 2.0 (zkEVM Validium)

Polygon Labs于2023年6月提出了一项重大升级计划,旨在将Polygon PoS升级为zkEVM validium。Polygon PoS目前拥有庞大的生态系统,包括超过2B美元的TVL(链上总锁定价值)、数以万计的去中心化应用程序(dApp)以及每日约250万笔的交易量。

将PoS迁移到zkEVM validium架构,不仅能保留其现有的网络效应和低廉费用,还能在不影响用户和开发者体验的前提下,显著提升性能。Polygon认为,这一被称为2.0的新版本将成为一个成本更低、吞吐量更高的Polygon zkEVM Rollup替代方案。

validium模式相比rollup有两大优势:

1. 交易费用更低,因为不需要在以太坊主网上存储交易数据
2. 可扩展性更强,因为不受制于以太坊主网的交易数据发布限制

然而,validium模式也面临着确保链下交易数据可用性的挑战。不过,Polygon PoS现有的100多个验证者网络可以为数据可用性提供高度安全可靠的保障。

Polygon zkEVM

Polygon zkEVM是一个3型ZK-Rollup解决方案,其目标是实现与EVM的等效性。这意味着它在保持EVM操作码兼容性的同时,提供了更高的可扩展性,有利于与现有以太坊工具和客户端无缝协作。

目前,Polygon生态系统中同时存在Polygon PoS(2.0)和Polygon zkEVM rollup两个公共网络。升级后,这两个网络将继续并存,一个作为rollup,另一个作为validium,各自发挥独特优势。

Polygon zkEVM(Rollup)虽然费用稍高、吞吐量略低,但提供了最高级别的安全性,特别适合处理高价值交易的应用场景,如去中心化金融(DeFi)。而Polygon 2.0(zkEVM validium)则将提供最高的可扩展性,更适合交易量大、对费用敏感的应用,如Web3游戏和社交平台。

Polygon zkEVM主网于2023年3月正式推出,目前网络上的TVL约为5400万美元。

zkSync Era

zkSync Era目前是一个4型zkEVM,由Matter Labs开发。它于2023年3月上线主网,目前TVL约为4.5亿美元,过去一个月的交易量达2700万笔。

zkSync的目标不是追求EVM等效,而是通过其自定义虚拟机(VM)来提高证明生成速度。它原生支持以太坊加密原语,简化了Hardhat插件的测试流程,并通过原生账户抽象技术改善了用户体验。

zkSync Era使用自主研发的LLVM编译器,可将Solidity、Vyper和Yul代码转换为zkSync VM上的可执行代码,未来还计划支持Rust和C++。它还拥有强大的L1-L2合约消息传递系统,便于开发者在以太坊和zkSync上的合约之间进行数据交互。

即将推出的zkPorter集成将为用户提供更多选择:

• 高安全性zkRollup账户,交易费用比以太坊低约20倍
• 具有稳定交易费用和灵活安全模型的zkPorter账户

在数据可用性方面,zkSync Era采用发布状态差异而非交易输入的方式,实现了数据压缩并为zkPorter集成做好了准备。

作为本文中唯一的4型zkEVM,其自定义虚拟机为zkSync Era带来了独特功能和更高的可扩展性。例如,zkSync Era通过其定制VM原生支持账户抽象,从而增强了开发者体验。相比之下,EVM等效链无法原生支持账户抽象,只能通过以太坊的ERC-4337标准来实现。

然而,4型zkEVM的缺点在于兼容性较低,开发者需要调整现有流程才能在zkSync上构建应用程序。

Linea

Linea是由ConsenSys(MetaMask、Truffle和Infura的创建者)开发的3型zkEVM。得益于与MetaMask钱包和Truffle开发者工具包的原生集成,其Alpha主网于2023年7月推出后迅速积累了5000万美元的TVL。

Linea的独特之处在于它能够直接执行未经修改的以太坊虚拟机原生字节码。其长期目标是成为2型zkEVM,在确保与以太坊近乎完全兼容的同时保持高度可扩展性。

与其他方案不同,Linea不使用转译器或自定义编译器。它直接利用Solidity编译后的字节码来生成智能合约的ZK证明,从而降低了潜在错误和安全漏洞的风险。对用户而言,这意味着可以享受与以太坊相似的安全性,但交易成本显著降低。

Scroll zkEVM

Scroll是以太坊上的一个zk-Rollup解决方案,目前属于3型zkEVM,计划逐步向2型过渡。其长期目标是优先考虑EVM兼容性和去中心化,而非追求ZKP快速生成,最终朝着1型zkEVM发展。

实现1型zkEVM被视为EVM兼容性、去中心化和可扩展性的终极形态,本质上是在二层网络上完整复制以太坊L1的功能。然而,正如以太坊本身的发展历程所示,这一目标的实现难度极高。

目前,Scroll的alpha测试网络已向公众开放,仍处于3型zkEVM阶段。

Taiko

Taiko与Scroll类似,都是致力于成为1型原生zkEVM的通用zk-Rollup解决方案。然而,Taiko采取了与Scroll不同的路径:从一开始就优先考虑去中心化而非速度。

具体而言,Scroll选择从3型测试网起步,逐步增强EVM兼容性,并计划在主网启动时提高其排序器和证明者的去中心化程度。相比之下,Taiko虽然ZKP生成速度较慢,但从一开始就致力于这些核心组件的去中心化,同时最大化EVM兼容性。

Taiko的1型测试网络目前已经可供使用。

总结

根据Vitalik Buterin提出的分类框架,各zkEVM方案的定位如下:

• Taiko: 1型(测试网已上线)
• Polygon zkEVM: 3型(主网已上线,计划迁移至2型)
• Linea: 3型(主网已上线,计划迁移至2型)
• Scroll: 3型(测试网已上线,计划过渡至1型)
• zkSync Era: 4型(主网已上线)

二层网络的发展和普及对以太坊的未来至关重要,也是解决区块链可扩展性问题的关键。每种zkEVM方案都有其独特优势和面临的挑战,但它们都在为构建一个更加可访问的Web3生态系统做出重要贡献。随着这些解决方案的不断演进和完善,我们有理由期待以太坊生态系统将迎来更加繁荣和高效的未来。