Знакомство с zkEVMs: масштабирование смарт-контрактов

Понимание zkEVMs: Перенос Смарт-Контрактов на Уровень 2

Блокчейн Ethereum революционизировал децентрализованные приложения с помощью смарт-контрактов, но перегрузка на его главной сети создает проблемы для более широкого принятия. Решения масштабирования уровня 2 решают эту проблему, перенося обработку транзакций вне цепи, но до недавнего времени им не хватало поддержки смарт-контрактов.

Входят zkEVMs: Эфириум Виртуальные Машины с Нулевым Знанием, которые позволяют смарт-контракты на уровне 2 при сохранении безопасности. Давайте более детально рассмотрим zkEVMs, как они работают, проблемы, с которыми сталкиваются при их создании, примеры текущих доступных систем и почему они представляют собой такой захватывающий прорыв.

Основные моменты:

• zkEVMs революционизируют масштабирование блокчейна, перенося смарт-контракты в мир приватности уровня 2.
• Сочетая мощную Эфириум Виртуальную Машину с нулевыми доказательствами, zkEVMs открывают дверь для полностью приватного, но полностью проверенного использования смарт-контрактов.
• Проекты, такие как Polygon Hermez и zkSync, уже запустили основные сети, работающие на контрактах, основанных на zkEVM. Хотя издержки остаются высокими, и пользовательский опыт может быть некомфортным, ежедневно делаются успехи.

Как работает zkEVM?

Чтобы понять zkEVMs, мы должны сначала понять, как они вписываются в экосистему масштабирования уровня 2 Ethereum. Блокчейн уровня 1 Ethereum неэффективен для обработки высокого объема транзакций из-за ограничивающих факторов, таких как размер блока и скорость обработки транзакций. Решения уровня 2 решают эту проблему, пакетируя транзакции и обрабатывая их вне цепи с использованием таких техник, как оптимистические и нулевые свитки.

Особенно zkRollups используют нулевые доказательства для криптографической верификации транзакций без их открытого раскрытия. Это сохраняет приватность пользователей, позволяя при этом проверку без доверия. Однако ранние zkRollups нуждались в большей поддержке для смарт-контрактов, поскольку дизайн Эфириум Виртуальной Машины не учитывал доказательства. zkEVMs меняют это, соединяя EVM и нулевые доказательства.

На высоком уровне вот как работают zkEVMs:

• zkEVM запускает код смарт-контракта вне цепи, переходя между состояниями, так же как EVM главной сети.
• Проверка цепи создает нулевые доказательства о валидности этих переходов состояний на основе кода, входных данных и новых результатов.
• Доказательства представляются в Ethereum, где кто угодно может их проверить, не видя исходных данных. После верификации новое состояние приложения становится частью слоя доступности данных zkEVM, совместимого с EVM.

zkEVMs сочетают в себе универсальные вычисления Эфириум EVM с доверительной средой выполнения zkRollups и преимуществами приватности, разблокируя смарт-контракты для масштабирования. Пользователи наслаждаются практически мгновенными транзакциями, в то время как децентрализованные приложения могут получить доступ ко всему инструментарию и экосистеме Ethereum.

zkEVMs могут проверять и выполнять операции блокчейна, не раскрывая все детали. Это похоже на то, что говорит: `Я могу доказать, что эта транзакция или контракт действительны и соответствуют правилам, но я не буду показывать вам все внутренние механизмы`.

Проблемы при создании zkEVMs

Хотя zkEVMs открыли перспективные возможности, они поняли, что их потенциал представляет собой значительные технические препятствия. EVM никогда не разрабатывался с учетом доказательств, поэтому несколько аспектов коллизионируют с этим новым парадигмой.

Во-первых, стековая архитектура EVM оказалась трудной для преобразования в формат, совместимый с доказательствами. Ее специальные опкоды для обработки ошибок также затруднили усилия по созданию верифицируемых цепей.

Хранение было еще одним препятствием, так как дерево Меркла Патрисии EVM столкнулось с потребностями доказательств. Замена хэширования KECCAK256 помогла, но создала риск нарушения совместимости с инфраструктурой.

Самое значимое, нулевые доказательства требуют вычислительно интенсивных операций, увеличивающих издержки, особенно на цепи. Создание и проверка доказательств для каждой транзакции выполнения смарт-контракта потребляли запрещенные ресурсы.

Решение этих проблем требовало пересмотра основных компонентов EVM и стимулирования инноваций в доказательствах, таких как оптимизированные цепи и гибридные схемы STARK-SNARK. Хотя было сделано много прогресса, оптимизации продолжаются по мере зрелости области. Совершенствование zkEVMs потребовало согласования двух различных, но важных технологий.

Типы zkEVMs

Хотя идет дальнейшее исследование, уже запустились несколько систем zkEVMs, каждая подходя к техническим вызовам несколько по-разному:

• Polygon Hermez: Использует комбинацию SNARKs и STARKs вместе с интерпретатором байт-кода EVM на zkEVM. Работает на токене MATIC.
• zkSync: Их zkEVM зависит от пользовательских zk-опкодов и дизайна виртуальной машины на основе регистров. Пока нет собственного токена, хотя существует спекуляция о предстоящем запуске распределения токенов.
• AppliedZKP: Реализация, фокусирующаяся на комфорте разработчиков через интеграцию Solidity.
• Matter Labs ZKSync: Matter Labs использует промежуточные представления и оптимизирующий компилятор.

Помимо технических отличий, эти zkEVMs также различаются по функциям, оптимизации пользовательского опыта и экосистемам партнеров. Все они представляют собой значительные вехи в обеспечении совместимости с EVM, сохраняя при этом практическую применимость и производительность.

Преимущества zkEVMs

Совмещая универсальные смарт-контракты Ethereum с приватностью масштабирования, zkEVMs обещают множество преимуществ как для пользователей, так и для разработчиков:

• Более быстрые и дешевые транзакции: с транзакциями, выполненными вне цепи пакетами, zkEVMs могут обрабатывать тысячи транзакций в секунду по сравнению с 15 TPS Ethereum. Издержки газа также гораздо ниже.
• Улучшенная приватность: пользователи получают надежную приватность, не доверяя централизованным сервисам, поскольку на публичном блокчейне открываются только криптографические доказательства.
• Масштабирование смарт-контрактов: децентрализованные приложения получают возможность масштабироваться через уровень 2, сохранив базовые преимущества Ethereum, такие как децентрализованная безопасность.
• Продолжение разработки: разработчики используют те же языки программирования Solidity/Vyper, инструменты, тестовые фреймворки и живую экосистему Ethereum.
• Межцепное взаимодействие: по мере улучшения совместимости EVM могут появиться мосты, позволяющие активам и вычислениям свободно перемещаться между различными цепями.

Широкое принятие zkEVMs может воплотить в жизнь видение Ethereum как универсальной децентрализованной основной платформы, сети уровня 2 воплощают в жизнь ее полный потенциал через масштабируемость и приватность. Однако остаются проблемы в распространении этих преимуществ.

Текущий статус и перспективы

Хотя zkEVMs продвигаются концептуально, между исследованиями и широким использованием на масштабе остаются значительные препятствия. Важнейшим из них являются высокие издержки развертывания, которые в настоящее время ограничивают использование zkEVMs для нишевых сценариев и ограничивают общую пропускную способность.

Кроме того, полное интегрирование сложных доказательств zkEVM в приложения создает проблемы с интерфейсом и пользовательским опытом и угрожает уменьшению производительности разработчиков по сравнению с более простыми решениями. Однако проекты, такие как Manta, усиленно работают над абстрагированием от этой сложности.

Впереди ожидается, что продолжающиеся оптимизации конструкции zkSNARKS/STARKS, дизайн цепей и усовершенствование уровня абстракции EVM дадут надежду на постепенное уменьшение издержек и разрывов в использовании. Перспективные разработки, такие как агрегаторы роллапов zkPorter, могут дополнительно увеличить пропускную способность.

После того как примет zkEVM растет, другие исследовательские направления, такие как уменьшение размеров доказательств, предоставление передовой криптографии в виде облачного сервиса и использование специализированного оборудования также требуют исследований. Межцепное взаимодействие также остается новым.

Итог

Пока остаются проблемы, прогресс в области zkEVM показывает будущее, где даже масштабированные децентрализованные приложения остаются приватными, дешевыми и полностью доверенными благодаря смарт-контрактам - целям, которые казались невозможными всего лишь несколько лет назад. На данный момент ранние примеры подтверждают, что концепция работает; завтра ждет их широкое, удобное для пользователей воплощение.

Если вы хотите узнать больше об уникальных вычислительных случаях, включаемых технологией блокчейна, ознакомьтесь с нашей статьей о Децентрализованных Сетях Физической Инфраструктуры (DePINs).