為何 zkEVM 在當下有可能實現？一文了解 zkEVM 的設計挑戰與工作流程_LAYER:ROL幣

從中長期來看，隨著ZK-SNARK技術不斷發展，zk-rollup將在所有應用場景中力拔頭籌。——VitalikButerinzk-Rollup的基礎原理是將大量交易打包到一個Rollup區塊內，并在鏈下為該區塊生成一個簡潔證明。隨后，Layer1上的智能合約只需驗證該證明即可直接應用新的狀態，無需重新執行這些交易。這樣就可以節約一個數量級的gas費，因為證明的驗證成本遠低于重新執行的計算成本。另一個好處是可以通過數據壓縮來節省存儲空間。雖然zk-Rollup安全且高效，但是其應用依然局限于付款和互換。通用dApp構建起來很難，主要有以下兩個原因：第一，如果你想在某個zk-Rollup內開發dApp，你需要使用一種特殊的語言來編寫你的所有智能合約的邏輯。這種語言有著復雜的語法，而且要求使用者精通零知識證明。第二，現有的zk-Rollup實現不支持可組合性1。因此，在Layer2上，不同的zk-Rollup應用之間無法交互，嚴重破壞了DeFi應用的可組合性。簡而言之，zk-Rollup目前對開發者并不友好，而且功能有限。這是我們想要解決的最大問題。我們想要通過直接支持原生EVM驗證來提供最好的開發者體驗，并在Layer2上支持可組合性，讓現有以太坊應用可以原封不動地遷移到zk-Rollup上。在zk-Rollup中構建通用dApp

我們可以通過以下兩種方法在zk-Rollup內構建通用dApp：一種是為不同dApp構建專用電路。另一種是構建通用“EVM”電路用于執行智能合約。“電路”指的是零知識證明中使用的程序表示。例如，如果你想要證明hash(x)=y，你需要使用電路形式重新編寫哈希函數。電路形式只支持非常有限的表示。因此，使用circuit語言編寫程序難度很高——你只能使用加法和乘法來構建所有程序邏輯。第一種方法要求開發者為不同dApp設計專用“ASIC”電路。這是最傳統的使用零知識證明的方式。自定義的電路設計有助于降低各個dApp的成本。但是，這也帶來了可組合性問題，因為電路是“靜態的”，而且對電路設計知識的高度依賴導致開發者體驗很糟糕2。第二種方法不需要任何特殊的設計，也不要求開發者具備極強的專業知識。這種基于機器的證明背后的深層概念是，任何程序終將運行在CPU上。因此，我們只需要構建一個通用CPU電路來驗證低級CPU操作。然后，我們可以使用這個CPU電路來驗證任何程序執行。就本文的應用場景而言，程序指的就是智能合約，CPU就是EVM。然而，由于成本過高，這個方法在過去幾年里沒有得到普遍采用。例如，即使你只想證明某一個操作中add的結果是正確的，你依然需要負擔整個EVM電路的成本。如果你的執行追蹤中有上千個操作，證明者就要負擔1000倍的EVM電路成本3。最近，有很多研究致力于利用這兩種方法來優化零知識證明，包括提議新的零知識證明友好型原語Poseidon哈希；持續提高通用可驗證虛擬機的效率，就像TinyRAM那樣；越來越多的通用優化技巧，如Plookup，以及運行速度更快的密碼學庫。在我們之前的文章中，我們提議為每個dApp設計“ASIC”電路，并讓它們通過密碼學承諾進行通信。然而，根據社區的反饋，我們改變了研究重點，將聚焦于使用第二種方式構建通用EVM電路。zkEVM將帶來與Layer1完全相同的開發體驗。我們不會把設計復雜性留給開發者，而是利用自定義EVM電路設計取而代之，解決效率問題。zkEVM的設計挑戰

美SEC專員：不明白為何比特幣現貨ETF申請決定需要花費這么長時間:1月5日消息，在周二發布的一份通知中，SEC指出，“指定一個較長的期限來發布批準或不批準該ETF的指令是合適的”。消息傳出后，比特幣的價格并未受到影響，仍在4.7萬美元以下的盤整區間內徘徊。

雖然加密貨幣愛好者已經習慣了比特幣現貨ETF申請被拒絕和延遲，但SEC專員Hester Peirce也想知道為什么要花這么長時間。在接受行業媒體采訪時，Peirce表示：“我不敢相信我們還在談論這件事，就好像我們在等待一件事發生一樣……甚至在最近，我們還否決了一系列的此類ETF申請，而那些聲明仍在使用我認為在現下已經過時的論證方法。”（Cointelegraph）

此前消息，美國SEC已將有關NYDIG比特幣ETF的決定推遲至3月16日。[2022/1/5 8:27:29]

zkEVM構建起來很難。盡管多年來這種直覺都很清晰，但是至今還沒有人成功構建出原生EVM電路。不同于TinyRAM，zkEVM在設計和實現上更具挑戰性，具體原因如下：第一，EVM對橢圓曲線的支持有限。目前，EVM只支持BN254配對。由于不直接支持循環橢圓曲線，EVM很難實現證明遞歸。在這種設置下，我們也很難使用其它專用協議。驗證算法必須是EVM友好型的。第二，EVM的word大小是256位。EVM基于256位整數運行，零知識證明則“天然”基于素域運行。在電路中進行“錯配域算術”需要范圍證明，進而給每個EVM操作增加大約100個約束。這會將EVM電路大小增加兩個數量級。第三，EVM有許多特殊的操作碼。不同于傳統虛擬機，EVM有很多特殊的操作碼，如CALL，以及與執行環境和gas相關的錯誤類型。這會給電路設計帶來新的挑戰。第四，EVM是基于堆棧的虛擬機。SyncVM和Cario架構在基于寄存器的模型中定義自己的IR/AIR。它們構建了一個專門的編譯器來將智能合約代碼編譯成一個新的零知識證明友好型IR。該方法是語言兼容的，而非原生EVM兼容的。無論是證明基于堆棧的模型，還是直接支持原生工具鏈，都會變得更加困難。第五，以太坊存儲布局帶來了高昂的成本。以太坊存儲布局高度依賴Keccak和一個巨型MPT4。二者都不是零知識證明友好型的，而且會產生高昂的證明成本。例如，Keccak哈希的電路大小是Poseidon哈希的1000倍。但是，如果你將Keccak哈希替換成另一種哈希，就會給現有的以太坊基礎設施帶來一些兼容問題。第六，基于機器的證明帶來了高昂的成本。即使你可以妥善處理上述所有問題，你依然需要找到一種有效的方法來將它們組合起來得到一個完整的EVM電路。正如我在上一節中提到的，即使像add這樣簡單的操作碼也有可能需要你負擔整個EVM電路的成本。為何zkEVM在當下有可能實現

SBF：對SEC為何允許比特幣期貨ETF而不允許現貨比特幣ETF而感到困惑:金色財經報道，今日在美國國會的加密聽證會上，眾議員Tom Emmer向SBF提出了一系列問題，以確定FTX為其用戶提供何種保護。隨后SBF表示，他對美國SEC允許比特幣期貨ETF推出，卻不允許現貨ETF推出感到“困惑”。（CoinDesk）[2021/12/9 12:59:36]

得益于研究者取得的重大進展，過去兩年里越來越多效率問題得到了解決，zkEVM的證明成本終于不再是障礙！最主要的技術進展體現在以下幾個方面：多項式承諾的使用。過去幾年來，大多數簡潔零知識證明協議都使用R1CS，PCP查詢被編碼到了特定于應用的受信任起步設置中。這往往會增加電路的大小，導致很多自定義優化都無法實現，因為每個約束的度必須是2只允許進行一次指數乘法計算）。有了多項式承諾方案，你可以通過通用設置乃至透明設置將你的約束提高到任何階，大幅提高了后端選擇的靈活性。查找表參數和自定義小工具的出現。另一個重要優化是查找表的使用。這個優化首次提議于Arya，然后在Plookup中得到實現。對于零知識證明不友好型原語來說，查找表可以省很多事。自定義小工具可以高效實現高階的約束。TurboPlonk和UltraPlonk定義了優雅的程序語法，降低了使用查找表和定義自定義小工具的難度。這對于降低EVM電路的成本幫助很大。遞歸證明的可行性越來越高。過去，遞歸證明會帶來很高的成本，因為它依賴特殊的配對友好型循環橢圓曲線。這會產生很高的計算成本。然而，越來越多技術能夠在不犧牲效率的情況下使得遞歸證明成為可能。例如，Halo無需配對友好型曲線，還可以使用特殊的內積參數來攤銷遞歸成本。Aztec證明了可以直接聚合現有協議的證明。同樣的電路規模現在能夠實現更多的功能。硬件加速正在提高證明效率。據我們了解，我們已經為證明程序打造了最快的GPU和ASIC/FPGA加速器。我們關于ASIC證明程序的論文已于今年被頂級計算機學術會議ISCA接受了。我們的GPU證明器比Filecoin的實現快了大約5至10倍，可大幅提高證明器的計算效率。zkEVM是如何運作和構建的？

法院要求SEC出具有關為何批準BTC和ETH為非證券的文件:數據研究員Leonidas Hadjiloizou 發推文說，法院已同意Ripple的申請，要求SEC出具有關為何批準比特幣和以太坊為非證券的文件，另外還包括美國SEC關于XRP地位的內部通信以及有關另外十名托管人的文件。同時，美國地方法院法官Sarah Netburn裁定，Ripple Labs和SEC在4月6日下午2:00通過電話會議討論相關細節。（U.today）[2021/3/25 19:18:12]

除了強烈的直覺和技術改進，我們還得想明白我們需要證明的是什么，并構思好一個更加具體的架構。更多的技術細節和對比分析會留到之后的文章中進行介紹。在本文中，我們會介紹整個工作流程和一些核心概念。開發者和用戶的工作流程

開發者可以使用EVM兼容語言實現智能合約并在Scroll上部署編譯好的字節碼。之后，用戶可以發送交易來與已經部署好的智能合約進行交互。用戶和開發者將獲得與在Layer1上相同的體驗。但是，gas費會顯著降低，交易將在Scroll上即時得到預先確認。zkEVM的工作流程

即使外部工作流程保持不變，Layer1和Layer2的底層處理過程是完全不同的：Layer1靠的是重新執行智能合約。Layer2靠的是zkEVM電路的有效性證明我們來詳細解釋下Layer1和Layer2上的交易有何不同。在Layer1上，已部署智能合約的字節碼都存儲在以太坊storage內。交易將在點對點網絡中傳播。對于每一筆交易，每個全節點需要加載對應的字節碼并在EVM上執行以獲得相同的狀態。在Layer2上，字節碼同樣存儲在存儲項內，用戶的操作方式也相同。交易將在鏈下發送至一個中心化的zkEVM節點。然后，zkEVM不單執行字節碼，還將生成一個簡潔證明來表明交易達成后狀態已正確更新。最后，Layer1合約將驗證該證明并更新狀態，不再重新執行交易。我們來深入了解一下執行過程，看看zkEVM最終需要證明的是什么。在原生執行中，EVM將加載字節碼并從頭開始逐個執行字節碼中的操作碼。每個操作碼都可以被看作是在執行以下三個步驟：(i)從堆棧、memory或存儲項中讀取元素；(ii)基于這些元素執行計算；(iii)將結果寫入堆棧、memory或存儲項5。例如，add操作碼需要從堆棧中讀取兩個元素，將它們相加并將結果寫入堆棧。因此，顯而易見的是，zkEVM的證明需要包含以下幾個方面：字節碼從永久存儲項中正確加載字節碼中的操作碼始終逐一執行每個操作碼均正確執行zkEVM設計亮點

動態 | 李啟威連發數十條推文釋疑：為何看起來Litecoin Core在GitHub沒有更新:剛剛萊特幣創始李啟威連發數十條推文，介紹了萊特幣的代碼更新情況和開發進展。他表示在8年來，只有少于開發人員致力于Litecoin Core。Adrian Gallagher目前正在領導Litecoin Core的開發，并且已經進行了幾年，大家可能不太了解Adrian，因為他不在推特上，但他很棒，他正在悄悄地做Litecoin Core開發的幕后工作。

最近有很多人質疑萊特幣在2019年沒有更新任何代碼，從GitHub上看似乎這樣，但這里有兩個原因：第一個是萊特幣的更新要比比特幣滯后幾個月，我們發布了幾個月前在比特幣中發布的代碼，這些代碼是在2018年編寫的。GitHub的有趣之處在于，它使提交的時間保持不變，不管是誰寫的，還是什么時候提交到代碼庫的。因此，比特幣開發者因在萊特幣代碼庫中的工作而受到好評。這就會讓人看起來，盡管在2019年5月開發并發布了最新的Litecoin Core，但在GitHub你會發現大多數提交都是在2018年完成的。第二個原因是我們沒有在主要項目的主分支上工作，將非發布代碼簽入主分支通常不是好的開發實踐。事實上，Adrian一直在他的個人分支上積極地開發Litecoin核心版本0.18.1。

以上是Litecoin Core開發多年來的運作方式，我們去年甚至遇到了用戶相同的擔憂，有人去年看了我們的主分支工作并聲稱Litecoin在2018年停止了開發。我打賭即使在這個解釋之后，我們也會在2020年讓人感到困惑。

另外，李啟威還表示Litecoin Foundation的目的有兩個方面：致力于LTC的推廣和開發。“在過去的幾個月里，我認為一直認為推廣比開發更重要，但從長遠來看，這兩者同樣重要。我會努力與社區進行更好的溝通，并提供更頻繁的消息同步。”[2019/8/11]

在為zkEVM設計架構時，我們需要分別采取措施滿足上述三個方面的需求。1.我們需要為某個密碼學累加器設計一個電路。這是為了起到“可驗證存儲器”的作用，我們需要通過某種技術來證明讀取過程是準確無誤的。密碼學累加器可以更高效地實現這一點6。我們以默克爾樹為例。已部署的字節碼會被存儲為默克爾樹上的葉節點。然后，驗證者可以使用簡潔證明來驗證該字節碼是否正確加載自某個地址。針對以太坊存儲，我們需要這個電路同時兼容默克爾-帕特里夏樹和Keccak哈希函數。2.我們需要設計一個電路將字節碼與實際的執行追蹤關聯起來。將字節碼轉移到靜態電路中會帶來一個問題：像jump這樣的條件式操作碼可能會跳轉到任何地方。在某個人使用特定輸入運行該字節碼之前，跳轉目的地都是不確定的。這就是為什么我們需要驗證實際的執行蹤跡。執行蹤跡可以被認為是“展開的字節碼”，包含按實際執行順序排列的操作碼。證明者將直接提供執行蹤跡作為電路的見證數據。我們需要證明該執行追蹤確實是特定的字節碼使用特定的輸入“展開”的。我們的想法是強制讓程序計數器的值保持一致。針對目的地不確定的問題，解決思路是讓證明者提供一切數據。然后，你可以使用查找參數高效地檢查一致性。3.我們需要為每個操作碼設計電路。這是最重要的部分——證明執行追蹤中的每個操作碼都是正確且一致的。如果你直接將所有東西都放在一起，會產生高昂的成本。此處重要的優化思路是：我們可以將R/W和計算分成兩個證明。一個證明會將所有操作碼用到的元素都放到“總線”中。另一個證明會證明對“總線”上元素的計算是正確執行的。這會大幅降低每個部分的成本。在更詳細的規范中，前者被稱為“狀態證明”，后者被稱為“EVM證明”。另一個發現是，查找聲明可以有效處理“總線映射”。我們可以為每個操作碼設計度數更高的定制化約束。我們可以選擇是否根據需求通過一個選擇符多項式來“打開”一個約束。這樣可以避免每個操作都要消耗整個EVM電路的成本。這個架構最初由以太坊基金會提出，依然處于早期階段，正在積極開發中。我們正在與以太坊基金會進行密切合作，旨在找到最佳方式實現該EVM電路。迄今為止，我們已經定義了EVM電路最重要的特點，并實現了一些操作碼。更詳細的內容將在后續文章中介紹。我們推薦感興趣的讀者閱讀這篇文檔。開發流程將是透明化的。這將是集整個社區之力的完全開源的設計。希望會有更多人加入進來，貢獻出一份力量。zkEVM還能給我們帶來什么？

比特幣為何如此瘋狂：答案也許在這1000多個賬戶里:就在上周四晚到今天，幾天時間里比特幣的瘋狂再次呈現：先是價格突破1.5萬美元，就也就是突破10萬元人民幣！緊接著，比特幣的價格又跌破13000美元關口。新進的比特幣投資者必須警惕：這1000多人或許具有影響比特幣整體的定價能力。芝加哥大學基金會前任投資組合經理Ari Paul認為，和任何資產類別一樣，大型個人持有者和大型機構持有人可以合謀操縱價格。還有一種可能，這些早期比特幣投資者已經彼此認識，因為他們是在早期挖掘加密貨幣比較容易時進入這個市場，當時“挖礦”行業和幣圈的圈子很小。[2017/12/11]

zkEVM遠不僅僅是Layer2擴容。我們可以將它理解為通過Layer1有效性證明擴展以太坊Layer1的直接方式。這意味著不需要任何特殊的Layer2就可以擴展現有的Layer1。例如，你可以將zkEVM當作全節點來使用。該證明可以用來直接證明現有狀態之間的轉換。無需將任何東西遷移到Layer2上，你可以直接證明所有Layer1交易！更寬泛地來說，你可以使用zkEVM為整個以太坊生成簡潔證明，就像Mina那樣。唯一需要增加的東西是證明遞歸7。結論

zkEVM可以為開發者和用戶提供相同的體驗，而且可以在不犧牲安全性的前提下將成本降低幾個數量級。目前已經有人提議了一種架構，可以通過模塊化方式構建zkEVM。這個架構利用零知識證明的最新突破降低成本。我們期待看到更多人為zkEVM社區貢獻力量，與我們一起進行頭腦風暴！關于我們

ScrollTech是新成立的科技公司。我們的目標是利用強大的證明網絡構建一個兼容EVM的zk-Rollup。我們團隊目前專注于開發。我們正在積極招募開發者，有志者請聯系hr@scroll.tech。如果你對本文的技術內容有任何問題，請通過yezhang@scroll.tech或私信聯系我。注：

Starkware于2021年9月1日的公告中聲明已實現可組合性。電路是固定且靜態的。例如，在將一個程序實現為電路時，你無法使用可變上限循環。上限必須固定為最大值。電路無法處理動態邏輯。為便于讀者理解，我們在這里詳細說明EVM電路的成本。正如前文所言，電路是固定且靜態的。因此，EVM電路需要包含所有可能的邏輯。這就意味著，即使你只想證明add，你依然需要負擔該EVM電路中可能包含的所有邏輯的成本。也就是說，成本被放大了10000倍。在執行追蹤中，你需要證明一連串操作碼，而且每個操作碼都會帶來高昂的成本。EVM本身并沒有與默克爾-帕特里夏樹緊密綁定。目前，MPT僅用于存儲以太坊狀態。要換一個很容易。這是經過高度簡化的抽象概念。從技術上來說，“EVM狀態”的名單更長，包括程序計數器、gas余量、調用棧、一組日志和交易范圍變量。我們可以另外引入針對不同調用環境的標識符來直接支持可組合性。由于存儲量很大，我們使用累加器進行存儲。內存和堆棧可以使用可編輯的Plookup。將一個完整的遞歸證明添加進zkEVM電路并非易事。實現遞歸的最好方式還是使用循環橢圓曲線。我們需要引入某種“包裝”過程讓遞歸在以太坊Layer1上可驗證。原地址:https://hackmd.io/@yezhang/S1_KMMbGt

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