KSY:深度解析zkSync 2.0架構與核心基礎設施

編譯作者：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介紹

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zkSync2.0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。主要成就

在密碼學方面，zkEVM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zkEVM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。zkSync2.0與以太坊的比較

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：Solidity智能合約

于佳寧：元宇宙的普及將推動實體經濟與數字經濟加速深度融合:火大教育校長于佳寧指出，元宇宙成為新一輪全球數字創新競爭高地。2021年是元宇宙元年，互聯網迭代升級的大幕就此拉開。于佳寧認為，未來，元宇宙的普及將推動實體經濟與數字經濟加速深度融合，區塊鏈等各類技術價值也將在賦能實體產業中逐步顯現，實現新商業模式，重構分配模式，再造組織形態，重塑產業關系。(上海證券報)[2021/12/4 12:50:23]

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。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。gas

在zkSync2.0中，有一個不同的gas概念。交易價格將根據當前的L1gas價格和ZKP生成成本而波動。智能合約調用將具有最大數量的zkEVM步驟和存儲寫入參數。Web3API

下一個版本將包括我們的Web3API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。簽署交易

江蘇省農科院將區塊鏈應用于農產品質量安全的深度溯源:最近，江蘇省農業科學院農業區塊鏈產業研究院將區塊鏈技術嫁接到農業上，保證農產品的質量安全控制與追溯。該院院長卞立平表示，區塊鏈平臺能夠為每個參與農業產供銷的企業或個人提供一份日志，每人都可以自由記錄信息。相較于傳統的生產管理和追溯系統，數據上鏈以后是不可以篡改的，可以大大提高數據的真實性、可靠性和安全性。此外，江蘇省農科院將區塊鏈技術應用到農產品質量安全的深度溯源上，大大提高了數據的可信度，已獲得了2020數字江蘇建設優秀實踐項目。（揚子晚報）[2021/4/3 19:42:23]

zkSync2.0中的交易可以通過2種方式授權：用戶可以通過簽署EIP712消息，使用他們的普通以太坊錢包簽署交易。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zkSync2.0進行交互，而無需發送L1消息的額外費用。存儲效率提升

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

“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。進一步的限制

中科院院士：密碼技術將深度融合到區塊鏈等新技術發展中:中科院院士、密碼學家王小元表示，信息技術極大地推動著世界向更高效、智能、環保、便捷的方向前進，人工智能、工業互聯網、區塊鏈、大數據交易等行業備受青睞。密碼技術是數據治理和信息保護的重要手段。密碼技術將深度融合到5G、區塊鏈、人工智能，衛星通信、物聯網、智慧城市等新技術發展中。（封面新聞）[2020/9/15]

zkSync2.0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。深入了解zkSync2.0架構

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。zkSync2.0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：zkEVM：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。

動態 | Simplechain與原倉文化達成深度戰略合作:2019年12月13日由中宣部版權管理局指導, 廣東省版權局、廣州市版權局、廣州市文化廣電旅游局、 越秀區人民政府支持，國家版權貿易基地 (越秀) 承辦的中國·廣州國際版權授權大會在廣州隆重舉辦， 大會旨在引領文化IP品牌產業的創新發展，會上SimpleChain與原倉文化達成深度戰略合作，以區塊鏈技術賦能文化產業，IP授權鏈上變現，實現區塊鏈價值應用落地。[2019/12/13]

由于zkEVM和zkPorter是可互操作和可組合的，zkSync2.0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。狀態樹

zkSync2.0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zkSyncGuardian網絡，zkSync代幣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。zkSync2.0是一個系統，專為整個金融領域的用戶而設計。密碼學

Qtum量子鏈帥初：去中心化交易比起中心化的交易系統的高頻、深度、流動性，差距很大:在近日的“三點鐘無眠區塊鏈”分享關于中心化交易系統，未來的發展方向的問題時，帥初表示，去中心化交易系統我研究的不多，談幾個具體的案例，最早出現的去中心化交易系統是基于mastercoin和counterparty的colorcoin對colorcoin的交易對，后面出現了基于NXT和BTS的去中心化交易系統，再后面出現了 etherdelta (基于智能合約的交易系統)，從體驗上面來說，幾個去中心化的交易系統的體驗差不多，比起中心化的交易系統的高頻、深度、流動性，差距很大。關于去中心化交易系統中訂單的撮合和訂單的同步，這個可以找一些這方面的開發者，咨詢一下。[2018/2/22]

我們的VM，通常稱為zkEVM，不是EVM1:1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zkEVM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zkSync1.0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zkEVM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，zkSync1.0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zkEVM如何工作的更多信息，請觀看此視頻說明。編譯器

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→LLVMIR和后端LLVMIR→zkEVM字節碼。采用LLVM帶來了幾個主要優勢：LLVM優化框架無與倫比：它從LLVMIR生成最高效的zkEVM字節碼。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。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：Zinc和Yul編譯器中的詞法、語法和語義測試。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。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LLVMIR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。核心基礎設施

zkSync2.0核心由幾個關鍵角色組成：全節點

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，在內存池中執行交易并生成塊。證明者

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。交互者

用于觀看和與以太坊L1交互的工具，根據代幣價格、ZKP生成成本和L1gas價格計算交易費用。偏執狂監視器

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！讓我們談談

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Web3API進行交互。

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