ViaBTC Capital｜ZK-EVM: Những điều cốt lõi của ZK-Rollups

[CoinExVietNam]

Gần đây, một số dự án ZK-Rollup đã công bố kế hoạch về mainnet hoặc testnet của riêng họ sẽ hỗ trợ ZK-EVM. Trong khi đó, vào đầu tháng 8 năm 2022, người sáng lập Ethereum Vitalik đã xuất bản một blog so sánh các loại ZK-EVM khác nhau. Những điều cốt lõi ZK-Rollup, có thể là một công cụ mạnh mẽ để mở rộng quy mô Ethereum, đã trở lại tâm điểm thị trường. Mở rộng quy mô Ethereum, một chủ đề thường xuyên được thảo luận, được rất nhiều người dùng tiền điện tử mong đợi. Có một quan niệm sai lầm phổ biến rằng Ethereum Merge được lên lịch vào cuối tháng 9 sẽ không chỉ chuyển mạng từ PoW sang PoS mà còn cải thiện hiệu suất của nó. Trên thực tế, hợp nhất sẽ không thay đổi kích thước khối và thời gian khối trung bình sẽ chỉ từ 13 giây đến 12 giây. Do đó, việc cải thiện hiệu suất sẽ rất hạn chế. Do đó, trong ngắn hạn, Ethereum sẽ phải dựa vào Rollups để mở rộng quy mô. Trong số hai loại Rollups chính, tức là Optimistic Rollups và ZK-Rollups, nhiều người dùng thích loại sau hơn vì ZK-Rollups cũng có thể giảm phí giao dịch bằng cách đóng gói nhiều giao dịch ngoài chuỗi, nhưng quan trọng hơn, chúng có thể tính toán bằng chứng hợp lệ thông qua zero- bằng chứng kiến thức và gửi nó cho Ethereum để kế thừa các thuộc tính bảo mật của mạng mà không cần phải thiết lập thời gian thử thách như Optimistic Rollups.
ZK-Rollups chỉ thanh toán
Điều đó có nghĩa là, trong những ngày đầu, ZK-Rollups chủ yếu bị chỉ trích vì không tương thích với EVM và các chức năng hợp đồng thông minh. Ví dụ: zkSync 1.0, phương thức thanh toán chính để quyên góp Gitcoin, chỉ hỗ trợ các chức năng cơ bản như chuyển khoản. Ngay bây giờ, các ứng dụng ZK hiện có như dYdX là các ứng dụng tùy chỉnh không hỗ trợ mục đích sử dụng chung, điều này khiến chúng khó phát triển và sửa đổi. Trong khi đó, vì các ứng dụng ZK khác nhau đi kèm với các mạch cụ thể, chúng không tương tác với nhau, dẫn đến khả năng kết hợp kém. Do đó, có nhu cầu cấp thiết về ZK-Rollups hỗ trợ các hợp đồng thông minh dựa trên Ethereum. Hơn nữa, khả năng tương thích với các máy ảo hỗ trợ zero-knowledge proof là chìa khóa. May mắn thay, một số dự án ZK-Rollup gần đây đã công bố kế hoạch hỗ trợ mạng chính hoặc mạng thử nghiệm của ZK-EVM. Hôm nay, chúng ta sẽ đi sâu vào EVM, ZK-EVM, các dự án ZK-EVM chính và sự khác biệt của chúng.
EVM là gì?
Hoạt động như một công cụ thực thi, EVM (Máy ảo Ethereum) là môi trường thời gian chạy cho các hợp đồng thông minh trên Ethereum. Các nhà phát triển viết logic nghiệp vụ (mã) thông qua các ngôn ngữ cấp cao như Solidity, và sau đó trình biên dịch sẽ biên dịch mã thành một mã bytecode cấp thấp. Tiếp theo, EVM phân tích mã bytecode thành các lệnh mà máy có thể đọc được (mã opcodes) và thực hiện lệnh tương ứng để sửa đổi trạng thái của hệ thống. EVM là một máy xếp chồng; nó là một máy ảo dựa trên cấu trúc ngăn xếp, vì vậy nó cần phải tương tác với ngăn xếp, bộ nhớ và lưu trữ khi thực thi các mã opcodes.
Đối với Ethereum, các giao thức mở rộng quy mô và các đối thủ chuỗi công khai của nó, EVM gần như đã trở thành đồng nghĩa với hệ sinh thái Ethereum. EVM đại diện cho các nhà phát triển, ứng dụng và công cụ của hệ sinh thái Ethereum. Nếu một chuỗi công khai không hỗ trợ EVM, thì nó sẽ phải đào tạo các nhà phát triển trong hệ sinh thái của riêng mình từ đầu và các nhà phát triển như vậy sẽ cần phát triển các ứng dụng và công cụ mới. Có người đã từng so sánh Optimism và Arbitrum, hai gã khổng lồ của Optimistic Rollup, và chỉ ra rằng một cái tương thích với EVM 99% trong khi cái kia là 100%. Điều đó nói lên rằng, trong hệ sinh thái Ethereum nóng bỏng, thậm chí chênh lệch 1% cũng dẫn đến những lợi thế và bất lợi rõ ràng. Điều này cũng cho thấy rằng khả năng tương thích của dự án với EVM trực tiếp xác định mức độ tương thích của nó với hệ sinh thái Ethereum và chỉ các dự án tương thích với EVM mới có thể cho phép di chuyển liền mạch các hợp đồng Ethereum hiện có, cũng như truy cập suôn sẻ vào nhiều công cụ có sẵn trong hệ sinh thái Ethereum.
ZK-EVM sắp ra mắt
Mặc dù EVM đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái Ethereum, sự phát triển của ZK-EVM bao gồm một quá trình rất phức tạp. Các dự án ZK-EVM tương thích với EVM và cho phép các nhà phát triển tạo các bằng chứng ZK. Với các dự án như vậy, các nhà phát triển có thể trực tiếp triển khai và chạy các hợp đồng thông minh Ethereum mà không cần phải thực hiện bất kỳ sửa đổi nào. Đồng thời, tính hợp lệ của phép tính liên quan đến hoạt động của các chương trình có thể được chứng minh thông qua kiến thức không. Các nhà phát triển của EVM đã không tính đến ZK ngay từ đầu vì khi EVM được xây dựng, ZK đã không tạo ra bất kỳ bước đột phá nào và do đó không được công nhận bởi dòng chính. Vào năm 2016, Zcash đã thông qua zk-SNARK, đánh dấu lần đầu tiên áp dụng thuật toán bằng chứng zero-knowledge. Một số hoạt động EVM không thân thiện với ZK. Nói cách khác, việc tạo bằng chứng ZK với EVM là khó hoặc không hiệu quả, hoặc bằng chứng ZK được tạo quá lớn.
Việc phát triển ZK, nổi tiếng với ngưỡng cao, đòi hỏi chuyên môn về mật mã, toán học, cũng như phần cứng và việc phát triển ZK-EVM thậm chí còn khó khăn hơn vì ZK-EVM phải tương thích với EVM và đồng thời thân thiện với ZK. May mắn thay, lĩnh vực ZK đã chứng kiến những đột phá lớn ngày càng tăng trong vài năm qua và các dự án bao gồm Starkware, zkSync 2.0, Polygon và Scroll đều đang được đẩy mạnh với R&D của ZK-EVM. Đặc biệt, ba dự án sau này gần đây đã công bố kế hoạch ra mắt testnet.
Vào ngày 19 tháng 7, Scroll đã phát hành pre-alpha testnet, nơi người dùng có thể dùng thử các chương trình demo như Uniswap (phiên bản fork) và Metamask. Vào ngày 20 tháng 7, Matter Labs đã thông báo rằng zkSync 2.0 tương thích với EVM sẽ hoạt động trên mạng chính vào khoảng tháng 11 và đưa ra lộ trình. Cùng ngày, Polygon thông báo rằng mạng thử nghiệm ZK-EVM của họ cũng sẽ sớm được ra mắt.
So sánh giữa các ZK-EVM khác nhau
Vì không có thông số kỹ thuật hoặc tiêu chí thiết kế thống nhất cho ZK-EVM, mỗi nhóm dự án xây dựng giải pháp của mình bằng cách cân bằng giữa khả năng tương thích EVM và hỗ trợ cho ZK từ các góc độ khác nhau. Hiện tại, hầu hết các dự án ZK-EVM áp dụng một trong hai cách tiếp cận sau:
1. Hỗ trợ cấp độ ngôn ngữ: thiết kế các mã opcodes EVM tùy chỉnh; xây dựng các máy ảo mới với các kiến trúc khác nhau bằng cách trích xuất các hoạt động thân thiện với ZK; chuyển đổi Solidity sang mã opcodes máy ảo mới thông qua trình biên dịch.
2. Bytecode: hỗ trợ các opcodes EVM gốc.
Các dự án áp dụng cách tiếp cận đầu tiên bao gồm Starkware’s StarkNet và zkSync 2.0. StarkNet, là giải pháp ZK-Rollup mục đích chung của Starkware, có thể chạy bất kỳ dApp Ethereum nào. Các nhà phát triển có thể sử dụng trình biên dịch để biên dịch Solidity sang Cairo (ngôn ngữ hợp đồng thông minh của StarkNet) và sau đó triển khai dApp trên máy ảo thân thiện với ZK. Tương tự như Starkware, zkSync 2.0 đạt được các chức năng ZK-EVM bằng cách phát triển hai giao diện người dùng của trình biên dịch: Yul và Zinc. Yul là một biểu diễn Solidity trung gian có thể được biên dịch thành bytecode cho các phụ trợ khác nhau, trong khi Kẽm là một ngôn ngữ dựa trên Rust cho các hợp đồng thông minh và các mạch kiểm chứng không có mục đích chung. Vì cả hai đều dựa trên khung LLVM mã nguồn mở, nên chúng tạo ra mã bytecode zkEVM hiệu quả nhất.
Các dự án này tương thích với Solidity ở cấp độ ngôn ngữ và các nhà phát triển có thể triển khai và chạy các hợp đồng thông minh được viết bằng Solidity bằng cách di chuyển. Tuy nhiên, kiến trúc VM cơ bản của chúng không phải là EVM. Nói một cách chính xác, các dự án như vậy sử dụng một loại zkVM. Hơn nữa, vì chúng đi kèm với các lệnh máy ảo cơ bản khác nhau, một số công cụ phát triển hiện có không thể được sử dụng trực tiếp. Điều đó nói rằng, các dự án này thân thiện với ZK và có thể tạo ra các bằng chứng zero-knowledge hiệu quả hơn.
Các dự án áp dụng cách tiếp cận thứ hai bao gồm Polygon ZK-EVM và Scroll. Polygon ZK-EVM được gọi là uVM, là một máy ảo được tối ưu hóa zkCircuit với các mã quang được thiết kế riêng để tối ưu hóa việc giải thích EVM. Bytecode EVM đầu tiên được biên dịch thành “Micro opcode” và sau đó được thực thi trong uVM. Lập kế hoạch hỗ trợ tất cả các opcode EVM, Polygon ZK-EVM là một giải pháp mở rộng quy mô ZK hoàn toàn tương thích với Ethereum: nó hoạt động liền mạch với tất cả các hợp đồng thông minh, công cụ dành cho nhà phát triển và ví hiện có. Giống như Polygon, Scroll sẽ thiết kế một mạch cho mỗi bytecode, liên quan đến việc xác minh từng bước được thực hiện bởi EVM, bao gồm tải bytecode, thực thi opcode, cập nhật bộ nhớ, v.v.
Trong bài đăng trên blog của mình, Vitalik chia ZK-EVM thành nhiều loại. Đặc biệt, ZK-EVM loại 1 được phát triển trực tiếp trên Ethereum, liên quan đến quá trình phát triển quá phức tạp và kém hiệu quả, và Ethereum Foundation hiện đang xem xét vấn đề này. ZK-EVM loại 2, loại 2,5 và loại 3 là các loại tương đương của EVM. Scroll và Polygon Hermez đang phát triển theo hướng ZK-EVM Loại 2 hoặc thậm chí Loại 2,5, nhưng hiện tại cả hai dự án đều nên được coi là Loại 3. ZK-EVM Loại 4, chẳng hạn như Starkware và zkSync, tương thích với các ngôn ngữ cấp cao. Các loại không rõ ràng là “tốt hơn” hoặc “kém hơn” so với các loại khác và không có tiêu chí thống nhất để đánh giá ZK-EVM. Như Vitalik đã nói: “Về mặt lý thuyết, Ethereum không cần phải tiêu chuẩn hóa trên một triển khai ZK-EVM duy nhất để sử dụng L1; các khách hàng khác nhau có thể sử dụng các bằng chứng khác nhau, vì vậy chúng tôi tiếp tục hưởng lợi từ việc dự phòng mã. "
Kết luận
Vì các mã chưa phải là mã nguồn mở, nên các thiết kế ZK-EVM không được phân loại tốt hơn hoặc kém hơn các thiết kế khác vì chúng tôi không thể so sánh hiệu quả của chúng ở giai đoạn này. Ethereum, nền tảng hợp đồng thông minh lớn nhất, tự hào có một hệ sinh thái mạnh mẽ và ảnh hưởng lớn đến mạng lưới. Cần lưu ý rằng ZK-EVM là chén thánh của ZK-Rollups và ZK-Rollups chỉ có thể tận dụng tốt hệ sinh thái của Ethereum và ảnh hưởng thông qua ZK-EVM, cho phép họ kế thừa sự bảo mật của Ethereum và truy cập dễ dàng hơn vào một hệ sinh thái nhà phát triển sôi động, cũng như các công cụ và cơ sở mã đã được kiểm tra theo thời gian. Vào đầu năm 2021, Vitalik cho biết trong một bài đăng trên blog rằng “trong ngắn hạn, Optimistic Rollups có khả năng giành chiến thắng cho việc tính toán EVM cho mục đích chung và các cuộn ZK có khả năng giành chiến thắng cho các khoản thanh toán đơn giản, trao đổi và các trường hợp sử dụng ứng dụng cụ thể khác , nhưng trong trung và dài hạn, các đợt tổng hợp ZK sẽ thành công trong mọi trường hợp sử dụng khi công nghệ ZK-SNARK được cải thiện. ” Khi testnet/mainnet của các dự án ZK-EVM khác nhau đi vào hoạt động, quy mô Lớp 2 của Ethereum sẽ rất hấp dẫn trong tương lai gần.