原文:高效伸缩以太坊
翻译和校对:“Starknet中文社区”
总结的有效性证明了Rollup以一种安全、分散的方式增加了以太坊的吞吐量，这也是最有潜力的方式。ZkEVM和Cairo VM(CVM)是验证汇总中使用的两种类型的虚拟机。ZkEVM以牺牲性能和可伸缩性为代价，专注于以太网兼容性。Starknet采用的Cairo VM将性能和可扩展性置于兼容性之上。Rollup是今年关于拓展以太坊的热门话题。在各种rollup中，我们认为roll up(以下简称VR，或zk-rollup)是最有希望以安全、分散的方式提高以太坊吞吐量的扩展方案。该扩展方案的核心是使用有效性证书进行可验证计算。让我们来了解一下它的工作原理:
与在以太坊主网上处理每一笔交易不同，运营商将交易放在线下环境中。离线环境是L2，即运行在以太坊之上的运营层。大规模交易处理完成后，L2算子将结果返回以太坊状态，链下也有有效性证书验证执行的完整性。该证书保证同一批次的所有交易都是有效的，并且通过链验证契约独立验证。该操作允许以太坊将结果应用于其状态。
请注意，有效性证书汇总通常被称为ZK汇总，这是不准确的。大多数有效性证书汇总不使用零知识证书，也不用于确保隐私。因此，术语“验证汇总”更准确。
在进一步探讨之前，我们需要回答第一个问题:什么是虚拟机(VM)？简而言之，虚拟机是一个可以运行程序的环境，比如Mac上的Windows操作系统。在对一些输入执行计算之后，VM在状态之间转换。以太坊虚拟机(EVM)是运行以太坊智能合约的虚拟机。
零知识虚拟机(zkVM)是一个程序执行环境，它与程序输出一起生成易于验证的有效性证书。有效性证书用于证明程序已被正确执行。使用“zkEVM”一词时，通常指运行以太坊虚拟机(EVM)并能证明EVM执行的Rollup。这个术语可能会引起误解，因为EVM本身不能产生这些证书；相反，证明是由单个证明者机制生成的，它以EVM的执行结果为起点。另外，以上证明都与有效性有关，与隐私无关。所以准确的说不能叫零知识证明。为了保持一致性，本文仍然使用传统术语“zkEVM”。
虽然所有的有效性证书Rollup都旨在用有效性证书扩展以太坊，但是不同的方案在为VM执行离线交易时做出了不同的选择。许多验证汇总选择** EVM设计(因此称为“zkEVM汇总”)，并尝试* * L2以太坊汇总。Starknet采用Cairo VM(CVM)，这是一种全新的VM，专门用于优化验证效率。
以上两种方式各有利弊，但zkEVM牺牲性能换取以太网兼容性，而Cairo VM将性能置于兼容性之上，优先考虑可扩展性。
了解zkEVM zkEVM的运营模式是Rollup的有效证明，旨在将以太坊体验全面引入L2区块链。目的是将邰方开发人员环境添加到汇总中。使用zkEVM，开发人员在编写智能合约或将智能合约移植到扩展方案时，不需要调整代码或放弃原始的EVM工具(和智能合约)。
这种方法有一个关键缺陷，就是降低了有效性证明的扩展能力。由于专注于与以太坊的兼容性，zkEVM速度较慢，资源消耗也更多。与CVM不同，EVM的设计没有考虑证明的效率。因此，它限制了在提高效率和可扩展性方面的最佳使用，并最终影响系统的整体性能。
EVM的可证明性ZK-EVM模式的核心挑战在于EVM根深蒂固的原始蓝图，它最初并不是为了运行在有效的证明环境中而设计的。所以，如果全力实现以太坊的功能，有效性证书的全部潜力都得不到释放，导致效率不理想。这种低效率最终会降低系统的整体性能。EVM和有效性证书之间的兼容性受到以下因素的阻碍:
EVM采用基于栈的模型，基于寄存器的模型有效性证明更高效。EVM基于堆栈的特性使得证明其执行的正确性和为其本地工具链提供直接支持变得更加困难。以太坊的存储布局严重依赖于Keccak和大Merkle Patricia树，这两种树都是非有效性证明友好的，带来了巨大的证明负担。比如Keccak对于x86架构来说速度很快(通常用来运行EVM)，但是需要90000步才能证明(需要特殊内置)。Pedersen(零知识友好哈希函数)只需要32步。即使采用递归压缩，zkEVM中Keccak的使用仍然会消耗大量的prover资源，成本最终还是由用户承担。所以各种zkEVM的设计都是为了给以太坊工具提供不同程度的支持，但是zkEVM和以太坊的兼容性越高，性能越低。(有关zkEVM类型的更多信息，请参见文章末尾。)
了解Cairo-VM如何工作zkEVM解决方案在“使EVM适合验证汇总”上投入了大量的开发时间，将兼容性置于长期性能和可伸缩性之上。还有一个选择:采用全新的专用虚拟机，并额外增加一层来支持以太坊工具。这是Starknet采取的措施。2021年11月，Starknet推出了免许可证有效期证书汇总。Starknet是第一个证明通用智能合同平台在完全可组合网络中的有效性的产品。
Starknet采用Cairo-VM(CVM)并创建了Cairo，一种同名的高级语言。Cairo-VM旨在高效地生成程序执行的有效性证明。
Cairo(VM和编程语言)可以实现:
优化的有效性证明了每条指令都有一个有效的代数表达式，用于编写现代类Rust语言、高级Cairo语言和能够证明程序的Cairo汇编(VM指令)之间的中间表达式(Sierra)，并且能够高效地执行Cairo代码，开发出一种全新的语言，可以根据特定的需求进行定制，可以包含以前没有的功能，以满足新的需求。
Cairo和编码多样化为了创建某些计算的有效性证明，我们必须首先将计算表示为一系列描述计算的数学约束。这个过程非常复杂，难点在于优化计算提高效率，需要特殊的工具。
Cairo语言最初是为了简化这项任务而设计的，这样StarkEx就可以方便地添加功能和复杂的业务逻辑。将Cairo程序编译成代数机器码，即一串数字，由单个固定的VM执行。使用Cairo，可以将生成描述计算的数学约束的复杂过程(这对于有效性证明来说是非常困难的)抽象出来，然后用一组固定的约束(总共不超过50个约束)来表示。这样，开发人员不需要了解底层的数学和基础设施，只需要用熟悉的语法编写代码，就可以用有效性证明来扩展应用程序。
https://twitter.com/EliBenSasson/status/1638270015009968134
Starknet致力于创新，这一点在代码的多样化处理方法上表现得淋漓尽致。Cairo使用STARK技术来实现最好的扩展功能，不局限于在Cairo的本地环境中编写合同。开发者也可以选择最合适的方式:
Cairo本地编码:受Rust的启发，Cairo 1.0更符合开发者的习惯，也更安全，编程逻辑更容易，更不容易出错。Solidity兼容性:Solidity开发者可以编写支持Cairo VM的代码。这种方法提供了类似以太坊的开发者体验，并支持将Solidity智能合约迁移到Starknet。实现移植的方式有两种:翻译:翻译是将一种编程语言的源代码转换成另一种编程语言的过程。尼瑟米德团队建造了一个曲速翻译器，将实体代码翻译成开罗语。Warp使得Solidity smart contract可以移植到Starknet，使其成为第四种zkEVM。目前，它已被用于翻译和部署Uniswap合同，只需很少的改动即可实现。ZkEVM:Starknet上的Cairo VM可以用来证明另一个VM的执行情况。Kakarot是用Cairo写的zkEVM，可以用来在Starknet上运行以太坊智能合约。Cairo VM和zkEVM没有竞争力。与其二选一，不如两者兼得！虽然Cairo出现的时间不长，但根据TVL排名，Cairo是第四大最受欢迎的智能合约编程语言，估值超过3.5亿美元。
总结一下，zkEVM的目标是将邰方开发者环境引入Rollup，并允许开发者使用熟悉的以太坊工具。然而，这种方法限制了有效性证明的潜力，并且是资源密集型的。
专门为验证而设计的Cairo VM不受EVM的限制。Cairo VM支持Cairo 1.0。Cairo 1.0受Rust语言的启发，更符合开发者的使用习惯，也更安全，并形成了一个强大的工具，旨在通过使用STARK proof高效扩展以太坊。
看到Cairo每周都在发展，像Kakarot zkEVM和Warp这样的开发者有越来越多的选择，令人兴奋。随着Starknet dApp的投产，展现了开罗的力量，我们坚信开罗未来将诞生前所未有的优秀项目。
上面已经概述了SATRK扩展的三条路径，毫无疑问，未来几个月还会有更多的创新诞生。开发商现在对扩建后的区块链拥有前所未有的控制权。
zkEVM的类型Vitalik主要将zkEVM分为四种类型:
第一种完全等价的以太坊:它不改变以太坊生态系统的任何一部分。第二种完全等价的EVM:可以兼容现有的dApp，对以太坊的设计做一些调整，加快证明的生成。第三种大致相当于EVM:支持大部分EVM操作码，去掉了一些zkEVM难以实现的函数(比如预编译和哈希函数)。第四种等价高级语言:用Solidity/Vyper编写智能合约代码，翻译成有效性证明的友好语言。本网站声明:网站内容来源于网络。如有侵权，请联系我们，我们会及时处理。
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