探究有效性汇总:zkEVM与Cairo VM的对比分析

有效性汇总(Validity Rollups)被认为是以安全和去中心化方式提升以太坊吞吐量的最佳选择。在有效性汇总中,zkEVM和Cairo VM(CVM)是两种主要使用的虚拟机类型。

zkEVM专注于以太坊兼容性,但牺牲了性能和可扩展性。而Starknet采用的Cairo VM则将性能和可扩展性置于兼容性之上。

有效性汇总的核心是使用有效性证明进行可验证计算。它们通过将交易执行卸载到链下环境(第2层)来工作。第2层操作员处理大量交易后,将结果和验证链下执行完整性的有效性证明返回给以太坊主网。这种方式可以大幅提升以太坊的交易处理能力。

虚拟机(VM)是可以运行程序的环境。zkVM是一种特殊的VM,它能够生成易于验证的有效性证明,以证明程序已正确执行。zkEVM通常指可以证明EVM执行的汇总系统。

尽管zkEVM和CVM都旨在通过有效性证明扩展以太坊,但它们在选择链下交易执行VM时存在差异。zkEVM试图在L2汇总上复制以太坊体验,而CVM则专为优化有效性证明效率而设计。

zkEVM的目标是将以太坊开发环境完整地引入二层网络。这使得开发者无需更改代码或放弃EVM工具就能将智能合约迁移到更具扩展性的解决方案中。然而,这种方法的主要缺点是降低了有效性证明的扩展潜力。由于EVM在设计时并未考虑证明效率,这限制了系统的整体性能优化空间。

EVM的可证明性面临一些挑战:

1. EVM采用基于堆栈的模型,而有效性证明更适用于基于寄存器的模型。

2. 以太坊存储布局严重依赖Keccak和大型Merkle Patricia树,这两者都不利于生成有效性证明。

因此,不同的zkEVM方案在以太坊工具支持程度上有所不同 - 与以太坊的兼容性越高,性能就越差。

相比之下,Cairo VM采用了全新的专用虚拟机设计,并在其上添加以太坊工具支持作为附加层。CVM专为高效生成程序执行的有效性证明而设计,具有以下优势:

1. 每条指令都有效的代数表示,优化了有效性证明生成。

2. 提供类Rust的高级语言用于编写可证明程序。

3. 高级Cairo和Cairo汇编之间的中间表示(Sierra)实现高效执行。

Cairo语言简化了生成描述计算的数学约束的复杂性,使开发者无需了解底层数学即可利用有效性证明扩展应用。

Starknet支持多元化的编码方法:

1. 直接使用Cairo编写代码。

2. 通过Warp转译器将Solidity代码转换为Cairo。

3. 在Starknet上运行zkEVM(如Kakarot项目),实现以太坊智能合约的兼容性。

总的来说,zkEVM致力于复制以太坊环境,但限制了有效性证明的全部潜力。Cairo VM则专为有效性证明系统设计,不受EVM限制,可实现更高效率的以太坊扩展。随着Cairo生态系统的快速发展,开发者现在拥有多种选择来扩展区块链应用。