CTI:為什么說“小表模式”zkEVM更為高效-ODAILY_ECT

前言

以太坊虛擬機是建立在以太坊區塊鏈上的代碼運行環境，合約代碼可對外完全隔離并在EVM內部運行，其主要作用是處理以太坊系統內的智能合約。之所以說以太坊是圖靈完備，是因為開發者可以使用Solidity語言創建運行于EVM上的應用程序，一切可計算的問題都能計算。但僅是圖靈完備還不夠，人們還試圖將EVM封裝在ZK證明系統里，但問題是封裝時會產生大量冗余。Fox所發明的“小表模式”zkEVM，在保證原生的Solidity以太坊開發者能無縫遷移至zkEVM的同時，還將大幅削減封裝EVM到ZK證明系統時產生的冗余成本。

EVM自2015年問世以來正在經歷一場史詩級的ZK改造。這場大改造主要有兩個方向。

第一個方向就是所謂的zkVM賽道，該賽道項目致力于將Application的性能提升到最優，而與以太坊虛擬機的兼容性并不是首要考慮的問題。這里有兩個子方向，其一是做自己的DSL(DomainSpecificLanguage)，比如StarkWare正致力于推廣Cairo語言，推廣難度并不小。其二是目標兼容現有的比較成熟的語言，比如RISCZero致力于讓zkVM兼容C++/Rust。該賽道的難點在于因為引入了指令集ISA,導致最終輸出的約束更復雜

Haun Ventures在成立一年半后僅部署其15億美元資本的30%:8月2日消息，由前a16z合伙人Katie Haun創立的Haun Ventures在成立并籌集15億美元資金的一年半后僅成功部署其15億美元資金的30%。雖然原定計劃在2年內部署完全部資金，但Haun Ventures在成立后立即就迎來了熊市，目前其計劃已改為用三年左右的時間去部署資金。截至6月中旬，該公司已將約30%的資本部署在超過20項投資上，其中包括公開交易的代幣（例如BTC、ETH等）。Haun Ventures拒絕透露其詳細持倉數據。

據悉，Haun Ventures投資了NFT創建平臺Zora和Web3基礎設施平臺ThirdWeb等公司，還在專注于隱私的區塊鏈網絡Aleo的B輪融資（延展）中提供了3200萬美元資金，并為加密數據分析平臺Artemis提供了支持。[2023/8/2 16:14:30]

第二個方向就是所謂的zkEVM賽道，該賽道項目致力于EVMBytecode的兼容，即Bytecode級別及其以上的EVM代碼都通過ZkEVM產生對應的零知識證明，這樣以來原生的Solidity以太坊開發者會可以無成本遷移至zkEVM。該賽道選手主要有PolygonzkEVM、Scroll、Taiko和Fox。該賽道的難點在于兼容EVM這樣一個并不適合封裝在ZK證明系統時產生的冗余成本。Fox經歷長時間的思考與論證，終于找到了從根本上消減第一代zkEVM巨大冗余的那把鑰匙：“小表模式”zkEVM。

Horizen和Auros已建立戰略合作伙伴關系:金色財經報道，Layer0公共區塊鏈Horizen和全球算法交易和做市商公司Auros已建立戰略合作伙伴關系，這將增加對ZEN的廣泛訪問，為EON生態系統的推出做準備，EON生態系統是Horizen的新EVM兼容智能簽約平臺。[2023/6/16 21:41:57]

數據和證明電路是zkEVM生成證明的兩大核心要素。一方面，在zkEVM中，證明者需要所有交易涉及的數據以證明交易帶來的狀態轉移是正確的，而EVM中的數據量大且結構復雜。因此，如何整理和組織證明所需的數據便是構建一個高效的zkEVM需要仔細考慮的問題。另一方面，怎么通過一系列的電路約束高效地證明計算執行的有效性與正確性，則是保證zkEVM安全性的基礎。

我們首先談第二個問題，因為這是所有設計zkEVM的團隊都需要考慮的問題，這個問題的本質其實就是“我們到底要證明什么？”而目前大家對這個問題的思路都是相似的，由于一個交易可能是多種多樣的，直接按順序證明每一步的操作帶來的狀態改變都是正確的顯得不現實，因此我們需要分類證明。

OneKey已修復安全公司Unciphered披露的潛在漏洞:據官方消息，今年早些時候，OneKey在收到網絡安全初創公司Unciphered的披露后，迅速修復了一個潛在漏洞，沒有任何用戶受到到任何損失。這個潛在漏洞需要本地物理拆解、修改電路，并使用專業FPGA設備方可嘗試，無法遠程實施。OneKey安全團隊表示，雖然事小，依然會嚴肅對待，不放過任何潛在風險。

據悉，OneKey每年會定期發布若干安全固件，持續加固硬件錢包，并保持開源透明，與行業頂尖白帽工程師合作，為用戶提供最高水準的安全軟硬件服務。[2023/2/11 12:00:27]

圖1:大表、小表兩代zkEVM解決方案

例如，我們將每次stack中元素的變化都放在一塊，專門編寫一個stack電路證明，為單純的算術操作專門編寫一套的算術電路等等。如此一來，每個電路需要考慮的情況就變得相對簡單。這些不同功能的電路在不同zkEVM中有不同的名字，有人直接稱其為電路，也有人稱其為狀態機，但是這個思想的本質都是一樣的。

數據：2023年1月份比特幣礦工收入環比增長50%至2300萬美元:1月30日消息，比特幣礦工在 2023 年 1 月賺取的收入較上月增長約 50%，達到約 2300 萬美元。上個月，比特幣挖礦收入約為 1500 萬美元，這與不斷上漲的能源成本一起，鼓勵 BTC 礦工兌現其挖礦和持有的資產。與此同時，近日比特幣算力突破300EH/s，創歷史新高。[2023/1/30 11:36:43]

為了更清楚的解釋這么做的意義，我們舉一個例子，假設現在要證明加法操作：

假設原先的stack是

則如果不分類拆分的話，我們需要設法證明進行完上述操作后stack變為

而如果進行了分類拆分的話我們只需要分別證明以下幾件事：

stack電路：

C1：證明pop出2和4后變為

C2：證明push(6)后變為

算術電路：

DeFi協議Injective宣布Cosm Wasm主網正式上線:7月6日消息，DeFi協議Injective宣布Injective CosmWasm主網升級正式上線，智能合約現在可以通過InjectiveCanonical1006-rc1(或InjectiveCosmWasm主網升級)部署至該網絡。本次升級還包括二元期權支持、回扣費用、通過IBCV3支持跨鏈賬戶以及其他一些重大改進。

CosmWasm將支持任何開發人員利用Injective提供的現有核心模塊在Injective上構建多樣化的應用程序。一個核心示例是Injective的訂單簿模塊，它允許構建者利用唯一開箱即用的去中心化訂單簿來創建dApp，例如交易所、預測市場、借貸協議等。[2022/7/6 1:54:01]

C3：a=2,b=4,c=6，證明a+b=c

值得注意的是，證明的復雜程度和電路需要考慮的各種情況的數量有關系，如果不分類拆分的話，電路需要覆蓋的可能性將會非常巨大。

圖2:第一代zkEVM采用的大表模式

而一旦分類拆分了，每一個部分的情況將會變得相對單純，從而證明的難度也會顯著減小。

但是分類拆分也會帶來其他問題，那便是不同類別電路的數據一致性問題，例如在上面的例子里，我們實際上還需要證明以下兩件事：

C4：”C1中pop出來的數”=“C3中的a和b”

C5：“C2中push的數”=“C3中的c”

為了解決這個問題，我們回到了第一個問題，即我們要如何組織交易涉及的數據，下面我們接著探討這個議題：

一個直觀的方法是這樣的：通過trace，我們可以拆解出所有交易涉及的每個步驟，知道其涉及的數據，并通過向節點發送請求以獲得不在trace中的那部分數據，隨后，我們將其如下排列成一個大表格T：

“第一步操作”“第一步操作涉及的數據”

“第二步操作”“第二步操作涉及的數據”

…“第n步操作”“第n步操作涉及的數據”

如此一來，在上面的例子中，我們就會有一行記錄著

“第k步：加法”“a=2,b=4,c=6”

而上面的C4便可以被如下證明：

C4(a)：C1pop出的數和大表T中的第k步一致

C4(a)：C3的a和b和大表T中的第k步一致

C5也是類似的。這個操作被稱為lookup。lookup的具體算法我們不在本文中詳細介紹，但是可以想象，lookup操作的復雜度與大表T的大小密切相關。因此，現在我們回到第一個問題：如何組織證明會用到的數據呢？

圖3:Fox所發明的“小表模式”zkEVM

我們考慮如下一系列的表格構造：

表格Ta：

“類型a的第一個操作”“類型a的第一個操作涉及的數據”

“類型a的第二個操作”“類型a的第二個操作涉及的數據”

…“類型a的第m個操作”“類型a的第m個操作涉及的數據”

表格Tb：

“類型b的第一個操作”“類型b的第一個操作涉及的數據”

“類型b的第二個操作”“類型b的第二個操作涉及的數據”

…“類型b的第m個操作”“類型b的第n個操作涉及的數據”

…如此構造多個小表，這么做的好處是當我們可以根據需要的數據所涉及的操作的類型，直接在對應的小表中進行lookup，如此一來，便能很大程度的提高效率。

一個簡單的例子是如果我們要證明a~h這8個字母都存在中，我們需要對大小為8的表進行8次的lookup，但是如果我們把表分為和的話，我們只需要對這兩個大小為4的表分別進行4次lookup就可以了！

在FOX這個layer2的zkEVM中便使用了這種小表的設計以提升效率，為了保證在各種情況下都能完備的證明，對于具體的小表拆分方式需要仔細的設計，而提升效率的關鍵則在于對表的內容的分類與其大小的平衡。盡管將完整的zkEVM在這個框架中實現需要龐大的工作量，我們預期這樣的zkEVM將會在性能方面有突破性的進步。

結論

Fox所發明的“小表模式”zkEVM，在保證原生的Solidity以太坊開發者能無成本遷移至zkEVM的同時，大幅削減封裝EVM到ZK證明系統時產生的冗余成本。這是zkEVM結構的一次重大變革，將對以太坊擴容方案產生深遠影響。

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