مقیاس‌پذیری اتریوم موضوع داغی بوده که بسیاری از کاربران مشتاقانه منتظر آن هستند. یک تصور نادرست رایج این است که ادغام اتریوم در سپتامبر 2022، که مکانیسم اجماع آن را از PoW به PoS تغییر داد، عملکرد اتریوم را بهبود می‌بخشد. در واقعیت، ادغام اندازه بلوک را تغییر نداد و زمان بلوک تنها از میانگین 13 ثانیه به 12 ثانیه کاهش یافت، به این معنی که انتظار می‌رود بهبود عملکرد محدود باشد. امید مقیاس‌پذیری کوتاه‌مدت اتریوم همچنان بر شبکه‌های لایه-2 (رول‌آپ‌ها) استوار است. در میان دو رویکرد اصلی رول‌آپ - رول‌آپ خوش‌بینانه و رول‌آپ ZK - بسیاری از افراد دومی را ترجیح می‌دهند. رول‌آپ ZK نه تنها با دسته‌بندی چندین تراکنش خارج از زنجیره، کارمزد شبکه را کاهش می‌دهد، بلکه از طریق اثبات دانش صفر، امنیت اتریوم را به ارث می‌برد و نیازی به دوره چالش مانند رول‌آپ خوش‌بینانه ندارد.

رول‌آپ‌های ZK فقط پرداخت

رول‌آپ‌های ZK اولیه به دلیل عدم سازگاری با EVM و در نتیجه عدم پشتیبانی از قابلیت قراردادهای هوشمند مورد انتقاد قرار گرفتند. به عنوان مثال، zkSync 1.0، روش اصلی پرداخت کمک مالی Gitcoin، فقط می‌توانست از انتقال‌های پایه پشتیبانی کند. برنامه‌های ZK فعلی، مانند dYdX، سفارشی ساخته شده‌اند و قابلیت همکاری ندارند که توسعه را دشوار می‌کند. علاوه بر این، برنامه‌های مختلف ZK از مدارهای سفارشی متمایز استفاده می‌کنند که ترکیب‌پذیری را محدود می‌کند. بنابراین، بازار به شدت به یک رول‌آپ ZK سازگار با قراردادهای هوشمند اتریوم نیاز دارد که مانع اصلی آن دستیابی به یک ماشین مجازی سازگار با اثبات دانش صفر است. این مقاله EVM، ZK-EVM و پروژه‌های اصلی ZK-EVM و تفاوت‌های آنها را معرفی خواهد کرد.

EVM چیست؟

ماشین مجازی اتریوم (EVM) به عنوان موتور اجرایی اتریوم عمل می‌کند و به عنوان محیط اجرایی برای قراردادهای هوشمند عمل می‌کند. توسعه‌دهندگان منطق کسب و کار را در زبان‌های سطح بالا مانند Solidity می‌نویسند که سپس به بایت‌کد کامپایل می‌شود. EVM این بایت‌کد را به کدهای عملیاتی قابل خواندن توسط ماشین تفسیر می‌کند و دستورالعمل‌های مربوطه را برای به‌روزرسانی وضعیت سیستم اجرا می‌کند. EVM یک ماشین مجازی مبتنی بر پشته است که با پشته، حافظه و ذخیره‌سازی تعامل دارد. برای اتریوم و راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری مختلف یا زنجیره‌های رقیب، EVM مترادف با اکوسیستم اتریوم شده است که نماینده توسعه‌دهندگان، برنامه‌ها و ابزارهای آن است. بلاک‌چین‌های غیر سازگار با EVM باید اکوسیستم خود را بسازند و از توسعه‌دهندگان می‌خواهند برنامه‌ها و ابزارها را بازسازی کنند. سازگاری با EVM به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد قراردادهای موجود اتریوم را به راحتی منتقل کنند و به ابزارهای اتریوم دسترسی داشته باشند.

ظهور ZK-EVM

اگرچه EVM نقش مهمی در اکوسیستم اتریوم دارد، اما توسعه یک ZK-EVM چالش‌برانگیز است. یک ZK-EVM در حین سازگاری با EVM، اثبات‌های دانش صفر تولید می‌کند که به قراردادهای هوشمند اتریوم اجازه می‌دهد بدون تغییر مستقر شوند و محاسبات را از طریق اثبات دانش صفر اعتبارسنجی کنند. EVM با در نظر گرفتن سازگاری ZK طراحی نشده بود زیرا الگوریتم‌های اثبات دانش صفر، مانند zk-SNARKs، تا سال 2016 توسط Zcash به طور گسترده پذیرفته نشده بودند. برخی از عملیات EVM با ZK ناسازگار هستند که تولید اثبات را دشوار، کند یا بزرگ می‌کند.

توسعه ZK به طور معروف پیچیده است و شامل تخصص در رمزنگاری، ریاضیات و سخت‌افزار می‌شود. ساخت یک ZK-EVM به این چالش می‌افزاید زیرا نیاز به سازگاری EVM و سازگاری با ZK دارد. خوشبختانه، در سال‌های اخیر پیشرفت‌های قابل توجهی در فناوری ZK صورت گرفته است. بازیگران در فضای ZK-EVM، از جمله Starkware، zkSync 2.0، Polygon و Scroll، توسعه ZK-EVM را تسریع کرده‌اند و اکثر آنها از سال 2023 شروع به راه‌اندازی شبکه اصلی کرده‌اند.

مقایسه پروژه‌های ZK-EVM

ZK-EVMها از طراحی یا استاندارد یکپارچه‌ای پیروی نمی‌کنند و هر پروژه تعادل خاص خود را بین سازگاری EVM و پشتیبانی ZK برقرار می‌کند. دو رویکرد اصلی وجود دارد:

1. پشتیبانی در سطح زبان برنامه‌نویسی: سفارشی‌سازی کدهای عملیاتی EVM برای بهینه‌سازی ZK، بازسازی ماشین مجازی برای پشتیبانی از عملیات سازگار با ZK و کامپایل Solidity به کد عملیاتی VM جدید.

2. پشتیبانی در سطح بایت‌کد: حفظ سازگاری با کدهای عملیاتی بومی EVM.

پروژه‌های دسته اول شامل StarkNet از Starkware و zkSync 2.0 هستند. StarkNet می‌تواند هر dApp اتریوم را با کامپایل کردن Solidity به زبان Cairo که مخصوص StarkNet است، برای استقرار روی VM سازگار با ZK اجرا کند. به طور مشابه، zkSync 2.0 عملکرد ZK-EVM را از طریق کامپایلرهای Yul و Zinc خود به دست می‌آورد، که Yul یک نمایش میانی از Solidity است و Zinc، زبانی مبتنی بر Rust، برای قراردادهای هوشمند و مدارهای عمومی ZK استفاده می‌شود. هر دو بر روی چارچوب LLVM ساخته شده‌اند تا بایت‌کد ZK-EVM بسیار کارآمدی را فراهم کنند.

این پروژه‌ها سازگاری با Solidity را در سطح زبان ارائه می‌دهند و به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند قراردادهای Solidity را مهاجرت دهند، اگرچه معماری VM زیربنایی با EVM متفاوت است و از نظر فنی یک zkVM است. برخی از ابزارهای موجود توسعه‌دهندگان ممکن است به دلیل مجموعه دستورالعمل‌های متفاوت VM مستقیماً کار نکنند، اما این رویکرد با ZK سازگارتر است و می‌تواند اثبات‌ها را کارآمدتر تولید کند.

در رویکرد دوم، پروژه‌هایی مانند Polygon ZK-EVM و Scroll سازگاری با آپکد بومی EVM را حفظ می‌کنند. uVM پالیگان، یک VM بهینه‌سازی شده برای ZK، از آپکدهای سفارشی برای بهبود عملیات EVM با کامپایل کردن بایت‌کد EVM به میکرو-آپکدها برای اجرا استفاده می‌کند. Polygon ZK-EVM کاملاً با EVM سازگار است و امکان عملکرد بی‌درنگ قراردادهای هوشمند موجود، ابزارهای توسعه‌دهنده و کیف پول‌ها را فراهم می‌کند. Scroll نیز به طور مشابه مدارهایی را برای هر بایت‌کد طراحی می‌کند و هر مرحله اجرای EVM، از جمله بارگذاری بایت‌کد، اجرای آپکدها و به‌روزرسانی ذخیره‌سازی را تأیید می‌کند.

در وبلاگ ویتالیک، او ZK-EVMها را به انواع مختلف دسته‌بندی می‌کند. نوع 1 به ZK-EVMهایی اشاره دارد که مستقیماً روی اتریوم توسعه یافته‌اند، که پیچیده و ناکارآمد است و بنیاد اتریوم در حال تحقیق روی آن است. انواع 2، 2.5 و 3 ZK-EVMهای معادل EVM هستند، که Scroll و Polygon Hermez در حال حاضر در نوع 3 هستند و به سمت نوع 2.5 یا حتی نوع 2 پیش می‌روند. نوع 4 شامل ZK-EVMهای سازگار با زبان‌های سطح بالاتر، مانند Starkware و zkSync است. این انواع هیچ مزیت یا معایب ذاتی ندارند، زیرا هیچ مدل استاندارد ZK-EVM وجود ندارد. همانطور که ویتالیک گفت: "از نظر تئوری، نیازی نیست که اتریوم برای استفاده L1 روی یک پیاده‌سازی واحد ZK-EVM استاندارد شود؛ کلاینت‌های مختلف می‌توانند از اثبات‌های متفاوت استفاده کنند، بنابراین ما همچنان از افزونگی کد بهره می‌بریم."

نتیجه‌گیری

هر راه‌حل ZK-EVM نقاط قوت منحصر به فردی دارد و از آنجایی که اکثر پروژه‌ها هنوز کد خود را متن‌باز نکرده‌اند، مقایسه کارایی در دسترس نیست. به عنوان بزرگترین پلتفرم قرارداد هوشمند، اکوسیستم و اثرات شبکه‌ای اتریوم قوی است. ZK-EVM، جام مقدس ZK-Rollupها، از اکوسیستم و اثرات شبکه‌ای اتریوم برای به ارث بردن امنیت آن، کاهش هزینه‌ها و پرورش یک اکوسیستم توسعه‌دهنده پویا استفاده می‌کند. در اوایل سال 2021، ویتالیک در وبلاگ خود پیشنهاد کرد که Optimistic Rollup ممکن است در کوتاه مدت در محاسبات عمومی EVM عملکرد بهتری داشته باشد، در حالی که ZK-Rollup ممکن است در پرداخت‌های ساده‌تر، معاملات و موارد استفاده خاص برنامه برتری داشته باشد. با این حال، با پیشرفت‌های فناوری zk-SNARK، ZK-Rollup می‌تواند در میان‌مدت تا بلندمدت در تمام موارد استفاده برتری یابد. با راه‌اندازی شبکه‌های اصلی چندین پروژه ZK-EVM، چشم‌انداز مقیاس‌پذیری لایه 2 اتریوم در آینده نزدیک هیجان‌انگیز خواهد بود.

ZK-EVM: جام مقدس ZK-Rollup