深入了解zkSync 2.0架構、核心基礎設施_ZKS

原文作者：水多多|zkSync

我可以把你比作夏日嗎？

你的可擴展性和安全性更高。

狂風確實震撼了五月親愛的心靈，

夏天的租約日期太短了。

——中本聰莎士比亞，2021

面對最大的技術挑戰，我們開始在與 EVM 兼容的環境中部署智能合約。測試網的第一個版本已經上線：您已經可以使用區塊瀏覽器查看 zkSync 2.0 上的活動。在這篇文章中，我們將深入解釋每個關鍵組件、提供進度更新以及下一個版本的計劃。

在密碼學方面，zk EVM 的指令集已經完成，兩種實現都完成了：在電路中和在執行環境中。

在編譯器方面，用 Solidity 和 Zinc 編寫的智能合約現在可以編譯成 zkEVM 字節碼。

在核心基礎設施方面，全節點集成已完成，能夠成功部署和執行已編譯的智能合約。

雖然 zk EVM 和核心 2.0 基礎設施已準備好公開，但編譯器需要做更多工作才能正確覆蓋所有邊緣情況。為了提供更全面的開發者體驗，我們決定在編譯器 100% 可靠后立即開放對 zkEVM、編譯器和核心 SDK 的訪問。

大多數東西看起來和感覺都是一樣的。以下是一些重要的區別：

支持以太坊中的大多數操作碼！但是，也有一些例外：

此版本不支持 ADDMOD、SMOD、MULMOD、EXP 和 CREATE2 操作碼，但將來會支持。

彭博社：美CFTC和SEC正在深入調查三箭資本:金色財經報道，兩位知情人士透露，美國商品期貨交易委員會（CFTC）和證券交易委員會（SEC）目前正在深入調查三箭資本（Three Arrows Capital），以確定該公司是否違反了規則，在資產負債表方面誤導投資者，并且沒有在兩家監管機構注冊。兩家機構均拒絕置評，但其審查可能導致對公司和個人處以罰款和其他處罰。

此前報道，總部位于新加坡的三箭公司于7月申請破產，稱其業務“在加密貨幣市場劇烈波動后崩潰”，三箭聯合創始人Su Zhu和Kyle Davies目前仍下落不明，導致該破產案的清算人及其律師無法追蹤，清算人向法院申請通過二人的電子郵件地址、Twitter帳戶及其律師的電子郵件地址送達傳票。（彭博社）[2022/10/18 17:29:38]

我們暫時不支持 KECCAK256 操作碼，而是自動將其所有調用替換為調用另一個抗沖突哈希函數。KECCAK256 稍后將作為預編譯器引入。

我們決定不包含 SELFDESTRUCT 操作碼，因為以太坊計劃將其刪除。

我們可能會刪除對完整 256 位 XOR/AND/OR 操作碼的支持，因為這些操作碼僅存在于已編譯的用于位掩碼的可靠代碼中。這可以由編譯器使用其他操作碼來完成。

在 zkSync 2.0 中，有一個不同的 gas 概念。交易價格將根據當前的 L1 gas 價格（由于發布調用數據）和 ZKP 生成成本而波動。智能合約調用將具有最大數量的 zk EVM 步驟和存儲寫入參數。

江蘇銀行年報：將對區塊鏈等技術持續深入研究:4月20日消息，日前，江蘇銀行年報指出，江蘇銀行將不斷優化IT治理體系，加快重大創新項目建設，對5G、區塊鏈、人工智能等技術持續深入研究，在互聯網貸款、智能投顧、線上票據貼現、線上動產質押、跨境業務等領域落地的產品擴面成勢。（經濟參考網）[2020/4/20]

下一個版本將包括我們的 Web3 API 實現，它將與以太坊文檔定義的 Web3 標準兼容。事件將開箱即用，所有服務都可以輕松集成。

zkSync 包括 L1 沒有的功能，例如提交和最終塊的概念。因此，將會有額外的方法讓開發人員更精確地控制數據。Web3 客戶端代碼將接收與您在以太坊上相同的數據，但可以使用「zksync_」命名空間請求專門的信息。

因為 zkSync 有多種交易類型，并且使用 EIP712 簽名，所以 `eth_sendRawTransaction` 數據的格式會與 L1 不同。但是，編碼對應于以太坊 ABI，所以支持它并不困難。

zkSync 2.0 中的交易可以通過 2 種方式授權（除了優先隊列機制）：

用戶可以通過簽署 EIP712 消息，使用他們的普通以太坊錢包（例如 Metamask 或任何 WalletConnect 錢包）簽署交易。

任何帳戶都可以設置一個公鑰來創建我們的內部 Schnorr 簽名來簽署交易。這允許基于智能合約的錢包與 zkSync 2.0 進行交互，而無需發送 L1 消息的額外費用。

聲音 | 井通科技李軍：區塊鏈發展階段正在深入但預期一致可能引發黑天鵝:12月5日消息，井通科技副總裁李軍在談論區塊鏈未來時表示，區塊鏈發展第一階段已經過去，第二階段已經深入場景，隨著階段深入，底層核心技術擁有更加深遠的前景，但值得注意的是，預期一致往往會引發黑天鵝，需要各方警惕。[2019/12/5]

每個塊僅應用一次存儲槽覆蓋。這意味著如果多個用戶與單個 AMM 合約交互，則 AMM 合約的存儲槽將僅被覆蓋一次。這允許定序器在以后向用戶退還單次寫入的共享成本。

「預編譯」機制已計劃好，但稍后會發布。我們計劃首先支持 keccak256、sha256 哈希和 ECDSA 恢復原語。可以根據需求和復雜性考慮包含其他預編譯，例如 Blake2f 輪函數（在當前形式的以太坊中幾乎無法使用）。

zkSync 2.0 的第一次迭代可能會對每筆交易施加 32 次智能合約調用的額外限制，直到實施適當的記賬機制為止。

執行跟蹤將有一個硬限制，但它將與以太坊塊大小的當前限制相當，并且不應影響大多數協議。

可能會有更多限制，但我們的目標是在最終版本中將它們減少到絕對最低限度。

你可能聽說過區塊鏈三難困境，但在擴展以太坊時，還有第四個因素：可編程性。當前所有的擴展解決方案都存在于犧牲一些安全性、分散性和可編程性以實現可擴展性的范圍內。zkSync 2.0 的設計結合了以下 2 項技術突破，最大限度地發揮了所有 4 項功能：

聲音 | 瑞銀前負責人：DLT技術已深入金融機構設計核心:據AMBCrypto今日消息，瑞銀（UBS）前首席執行官Peter Wuffli認為DLT技術很強大。他表示，DLT技術深入到了金融機構設計的核心，即會計。在傳統會計中，具有三層或四層控制：銀行的內部會計部門，內部審計，外部審計和銀行主管；而DLT技術可確保所有內容都是可追溯和正確的，并且可以通過各方之間的共識建立控制。這比官僚控制的分層鏈更好。同時，Wuffli還建議對新技術持謹慎態度。他說人們不應該高估技術的作用，投資者在投資加密技術之前必須對風險和回報做出正確的判斷，就像對待其他任何資產類別一樣。[2019/9/26]

zk EVM：為我們與 EVM 兼容的 zkRollup 提供動力的引擎，這是唯一支持 L1 安全性和可靠智能合約的解決方案。

zkPorter：一個鏈下數據可用性系統，可擴展性比 rollups 高 2 個數量級。

由于 zkEVM 和 zkPorter 是可互操作和可組合的，zkSync 2.0 能夠顯著優于所有其他擴展解決方案。

目前的共識是Eth2 數據分片將在 2022 年底到來，以在不犧牲去中心化的情況下提供指數級更大的數據可用性層。zkSync 的 zkRollup 技術與 Eth2 數據分片相結合是最終目標，在不犧牲任何 4 個因素的情況下達到 100,000+ TPS。

聲音 | 張平文:區塊鏈等已經深入到市民生活的方方面面:月10日至11日，2019世界計算機大會在湖南長沙舉行，中國科學院院士張平文說，計算機包括5G、云計算、大數據、人工智能、區塊鏈等，已經深入到市民生活的方方面面。[2019/9/15]

zkSync 2.0 狀態樹覆蓋了以太坊的全部 160 位地址空間。每個帳戶將駐留在狀態的 zkRollup 部分或 zkPorter 部分。zkRollup 和 zkPorter 賬戶完全一樣，除了一個組件：保證數據可用性。zkRollup 交易數據通過 calldata 發布到以太坊，zkPorter 交易數據發布到 zkSync Guardian 網絡，zkSync Token持有者參與權益證明。

發布數據的地方是成本和安全性之間的權衡。zkPorter 交易比匯總交易便宜得多，但它有可能凍結您的資金。然而，zkRollup 和 zkPorter 賬戶的有效性都是通過零知識證明和以太坊來保證的。也就是說，zkPorter 中的資金只能被凍結，不能被盜。

zkRollup 和 zkPorter 賬戶的互操作性和可組合性讓每個用戶都有機會成為 zkSync 中的一等公民。部署在 zkRollup 端的 Uniswap 可以通過 zkPorter 賬戶訪問以換取最低費用。zkSync 2.0 是一個系統，專為整個金融領域的用戶而設計。

我們的 VM，通常稱為 zkEVM，不是 EVM 1:1 副本，而是旨在能夠運行 99% 的用 Solidity 編寫的合約并保持其相同的行為，例如在恢復和異常期間。同時，編寫 zk EVM 以在電路中高效地產生零知識證明。

這是在我們的證明系統沒有任何重大變化的情況下完成的；我們繼續將 PLONK 與自定義門和查找表（通常稱為 UltraPLONK）和以太坊的 BN-254 曲線一起使用。這是有利的，因為自 2020 年 6 月以來，該證明系統已在 zkSync 1.0 以及使用相同證明系統的其他項目中進行了實戰測試。

經過數月的努力，我們再次激動地宣布：zkEVM 的指令集已經完成并在電路和執行環境中實現。

這里有一個重要的區別：電路和執行環境中的實現是分開的，用于不同的目的。生成執行跟蹤的證明并提供見證是電路的工作，但這非常慢。另一方面，執行環境是 rust 中 zk EVM 的直接實現，高效且快速。如果我們要依靠電路來生成和執行證明，那么交易的最終確定性將需要數小時。證明生成和簡單執行的分離使得 zkSync 上的交易能夠即時結算。

接下來，我們專注于將 zkEVM 和編譯器結合在一起，并將遞歸結合在一起：塊之間的遞歸，它允許我們為 N 個塊發布一個證明，塊內的遞歸，它聚合塊的不同邏輯部分的子證明. 這是簡單的部分！自 2020 年 6 月以來，zkSync 1.0 的主網上已經使用了塊之間的遞歸聚合證明。有關塊內遞歸以及我們的 zk EVM 如何工作的更多信息，請觀看此視頻說明。

我們正在同時開發兩個針對 zkEVM 的編譯器前端：Yul 和 Zinc。Yul是一種中間 Solidity 表示，可以編譯為不同后端的字節碼。Zinc是我們用于智能合約和通用零知識證明電路的基于 Rust 的語言。

因為編譯器是使用LLVM框架構建的，所以可以認為它具有前端 Yul LLVM IR 和后端 LLVM IR zkEVM 字節碼。采用 LLVM 帶來了幾個主要優勢：

1、LLVM 優化框架無與倫比：它從 LLVM IR 生成最高效的 zkEVM 字節碼。

2、使用較新版本的 Solidity 或 Zinc，編譯器前端將處理所有更改，而 LLVM 將使我們脫離對編譯器后端的更改。

3、將來，如果開發人員想用原生 Rust 或 Javascript 編寫智能合約，只需構建該語言的編譯器前端，智能合約就可以在 zkSync 中開箱即用。

編譯器的安全性對我們來說至關重要，并且已經通過了多套測試：

1、Zinc 和 Yul 編譯器中的詞法、語法和語義測試。

2、我們對 Zinc 和 Solidity 的集成測試貫穿整個智能合約生命周期：從解析源代碼到合約部署和在 zkSync 上執行交易。

3、從 Solidity 存儲庫集成的廣泛測試套件，并適用于我們的集成測試工具。

每個套件已經包含數千個測試，我們將把這個數字至少增加一個數量級。

我們的 2 個編譯器已經成功部署并執行了兩種語言的簡單智能合約。但是還有更多的優化需要完成，一些復雜的 LLVM IR 語句需要翻譯成 zkEVM 字節碼。因此，我們決定在編譯器處于更強大的狀態之前不發布它。

編譯器完成后，我們將專注于讓Zinc更具表現力和功能豐富，然后構建 Rust 編譯器前端以允許使用原生 Rust 編寫智能合約。

zkSync 2.0 核心由幾個關鍵角色組成：

通過虛擬機實現 zkEVM 字節碼的預電路執行器環境

狀態在交易發送后幾秒鐘內可用

過濾掉可能使區塊膨脹的明顯不正確的交易（例如，交易資金不足）

在內存池中執行交易并生成塊

接收區塊的見證人并生成零知識證明

用于并行證明生成的證明者接口

自定義證明者自動縮放器，可按需創建和終止證明者機器

用于觀看和與以太坊 L1 交互的工具，

Prometheus、elastic、sentry、uptime、幾個獨立的事件通知系統和自定義健康檢查服務。

這個核心基礎設施功能齊全，已經集成了 zkEVM 執行器！

編譯器完成后，我們將一起共享對所有組件的訪問權限！開發人員將能夠部署 Solidity/Zinc 智能合約并通過 Web3 API 進行交互。

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