Что такое zkEVM?

zkEVM — это среда выполнения смарт-контрактов, поддерживающая доказательства с нулевым разглашением (Zero-Knowledge Proofs, ZKP). Технология позволяет выполнять совместимые с Ethereum смарт-контракты и создавать криптографические доказательства корректности вычислений, которые можно проверить без повторного выполнения всех операций.

Одной из главных проблем блокчейна Ethereum остаются ограниченная пропускная способность и высокие комиссии в периоды повышенной нагрузки. Чем больше пользователей взаимодействует с сетью, тем сильнее возрастает конкуренция за место в блоках.

Технология zkEVM предлагает решение этой проблемы, объединяя совместимость с Ethereum Virtual Machine (EVM) и возможности криптографических доказательств.

Благодаря этому разработчики могут создавать привычные децентрализованные приложения, а блокчейн-сети — обрабатывать большое количество операций, сохраняя возможность проверки их корректности через Ethereum.

Разберемся, как устроена zkEVM, чем она отличается от обычной EVM и почему считается одним из перспективных направлений развития блокчейн-инфраструктуры.

Что такое zkEVM простыми словами?

Чтобы понять принцип работы zkEVM, сначала необходимо разобраться с двумя технологиями, которые лежат в ее основе.

Ethereum Virtual Machine (EVM) — это виртуальная машина Ethereum, отвечающая за выполнение смарт-контрактов. Она определяет, каким образом обрабатываются инструкции программ и изменяется состояние блокчейна.

Zero-Knowledge Proof (ZKP) — криптографический механизм, позволяющий доказать истинность определенного утверждения без раскрытия всей информации, использованной для его подтверждения.

zkEVM объединяет эти подходы.

Представим, что необходимо проверить правильность выполнения тысячи операций. В традиционной модели проверяющим участникам может потребоваться повторно выполнить вычисления.

В системе с доказательствами корректности специальный механизм формирует криптографическое подтверждение того, что вычисления были выполнены по установленным правилам.

Проверяющей стороне достаточно проверить доказательство, а не повторять весь процесс.

Это особенно полезно для сетей второго уровня Ethereum, где множество транзакций может обрабатываться за пределами основной сети.

При этом важно понимать: название Zero-Knowledge не означает, что все транзакции в zkEVM автоматически становятся анонимными. Во многих реализациях информация об операциях остается публичной.

Как работает zkEVM?

Работа zkEVM строится вокруг выполнения транзакций, изменения состояния блокчейна и формирования криптографических доказательств.

Рассмотрим этот процесс на примере типичного ZK-rollup, использующего zkEVM.

Схема обработки транзакций

1. Пользователи отправляют транзакцииПереводы, обмены токенов и вызовы смарт-контрактов

2. zkEVM выполняет операцииВычисляет результаты и новое состояние сети

3. Формируется ZK-доказательствоПодтверждается корректность выполненных вычислений

4. Ethereum проверяет доказательствоСмарт-контракт проверяет доказательство и принимает результат согласно правилам протокола

Весь процесс можно разделить на несколько этапов.

Сначала пользователи отправляют транзакции в сеть второго уровня. Затем система выполняет необходимые операции, включая переводы криптовалют, взаимодействие со смарт-контрактами и обновление балансов.

После этого специальный компонент, называемый prover, создает криптографическое доказательство правильности вычислений.

Доказательство передается в Ethereum, где проверяется соответствующим смарт-контрактом.

Если проверка проходит успешно и соблюдены остальные условия протокола, результат может быть принят без повторного выполнения всех транзакций в основной сети.

Таким образом, значительная часть вычислительной нагрузки переносится за пределы Ethereum, а основная сеть используется для проверки и обеспечения безопасности.

Чем zkEVM отличается от обычной EVM?

На первый взгляд zkEVM и EVM выполняют похожие задачи. Обе технологии предназначены для обработки смарт-контрактов и изменения состояния блокчейна.

Однако между ними существуют принципиальные различия.

Характеристика	EVM	zkEVM
Выполнение смарт-контрактов	Да	Да
Поддержка Solidity	Да	Зависит от совместимости реализации
ZK-доказательства выполнения	Не встроены в обычную модель	Предусмотрены архитектурой
Проверка вычислений	Повторное выполнение валидаторами	Возможна проверка криптографического доказательства
Основное применение	Ethereum и EVM-совместимые сети	ZK-rollups и системы доказуемых вычислений
Сложность инфраструктуры	Относительно ниже	Выше из-за генерации доказательств

Главное отличие заключается не в том, какие приложения можно запускать, а в способе подтверждения корректности их выполнения.

Обычная EVM обеспечивает детерминированное исполнение программ. zkEVM дополнительно позволяет доказывать, что такое исполнение произошло правильно.

Это открывает возможности для масштабирования без необходимости доверять оператору сети исключительно на слово.

Какие существуют типы zkEVM?

Не все реализации zkEVM одинаковы. Они различаются степенью совместимости с Ethereum, особенностями архитектуры и эффективностью формирования доказательств.

Исследователь Ethereum Виталик Бутерин предложил классификацию из четырех основных типов.

1

Тип 1 — полная эквивалентность Ethereum

Стремится воспроизвести Ethereum на максимально точном уровне, включая особенности выполнения и структуры данных. Такой подход обеспечивает высокую совместимость, но может усложнять генерацию доказательств.

2

Тип 2 — полная эквивалентность EVM

Сохраняет семантику EVM, но допускает изменения в структурах данных и других элементах системы ради более эффективного доказательства вычислений.

3

Тип 3 — почти полная эквивалентность EVM

Допускает определенные несовместимости, например ограничения отдельных функций, чтобы упростить реализацию и повысить эффективность.

4

Тип 4 — эквивалентность на уровне языков программирования

Позволяет использовать привычные языки разработки, но компилирует программы в другую среду исполнения. Это может ускорять доказательства, однако совместимость с EVM на уровне байткода отсутствует.

Эта классификация описывает архитектурные подходы, а не универсальный рейтинг качества. Более высокая совместимость не всегда означает лучшую производительность, а более быстрые доказательства могут требовать дополнительных компромиссов.

Какие проекты используют zkEVM?

Технология уже применяется в реальных блокчейн-проектах. Некоторые сети ориентированы на максимально точную совместимость с Ethereum, другие используют модифицированные среды исполнения для повышения производительности.

Polygon zkEVM

Один из известных проектов, развивавших zkEVM-совместимую инфраструктуру. Его подход был ориентирован на запуск Ethereum-приложений с использованием доказательств корректности. В дальнейшем Polygon пересмотрела стратегию развития отдельных продуктов.

Scroll

ZK-rollup, ориентированный на совместимость с Ethereum. Его цель — предоставить разработчикам привычную среду для смарт-контрактов и использовать криптографические доказательства для проверки выполнения.

Linea

Сеть второго уровня, созданная при участии Consensys. Она использует zkEVM-технологии и ориентирована на развитие Ethereum-совместимых приложений.

Taiko

Проект, развивающий подход к масштабированию Ethereum с высокой степенью совместимости с основной сетью. В его архитектуре важную роль играют доказательства корректности и Ethereum-ориентированная инфраструктура.

Перечисленные проекты демонстрируют разные варианты реализации ZK-технологий. Их архитектуры, механизмы доказательств и степень децентрализации могут существенно отличаться.

Преимущества zkEVM

tapbit.com

Масштабируемость Ethereum

Одно из главных преимуществ zkEVM заключается в возможности обработки большого количества операций за пределами основной сети.

Вместо того чтобы заставлять Ethereum повторно выполнять каждую транзакцию, система может передавать компактные доказательства корректности вычислений.

Это позволяет эффективнее использовать ресурсы основной сети.

Потенциальное снижение комиссий

Обработка транзакций пакетами позволяет распределять затраты между множеством операций.

В результате стоимость отдельной транзакции может оказаться значительно ниже, чем при непосредственном взаимодействии с Ethereum.

Однако комиссии зависят от архитектуры конкретной сети, стоимости публикации данных, нагрузки и затрат на генерацию доказательств.

Совместимость с существующими приложениями

Многие zkEVM-решения позволяют разработчикам переносить приложения из Ethereum без полной переработки программного кода.

Это особенно важно для DeFi-протоколов, NFT-платформ, блокчейн-игр и других сервисов, уже использующих Solidity и инструменты EVM.

Степень совместимости при этом зависит от реализации zkEVM.

Криптографическая проверка корректности

ZK-доказательства позволяют проверять результаты вычислений математическими методами.

Это уменьшает необходимость доверять оператору сети в вопросе корректности выполнения транзакций.

При этом общая безопасность зависит не только от криптографии, но и от качества смарт-контрактов, доступности данных и архитектуры системы.

Недостатки и ограничения zkEVM

Несмотря на преимущества, технология остается сложной и имеет ряд ограничений.

Высокая вычислительная стоимость. Создание ZK-доказательств требует значительных вычислительных ресурсов. В зависимости от архитектуры это может приводить к дополнительным затратам и задержкам.

Сложность разработки. Реализация zkEVM требует глубоких знаний криптографии, виртуальных машин и блокчейн-протоколов. Ошибки в программном обеспечении могут создавать серьезные угрозы безопасности.

Риски централизации. Некоторые сети используют ограниченное количество операторов, отвечающих за упорядочивание транзакций или генерацию доказательств. Это может создавать зависимость от отдельных участников инфраструктуры.

Неполная совместимость. Отдельные zkEVM-системы отличаются от стандартной EVM, поэтому перенос приложений иногда требует изменений кода или дополнительного тестирования.

Зависимость от доступности данных. Доказательство корректности вычислений само по себе не гарантирует, что пользователи смогут восстановить состояние сети или вывести средства. Для этого необходимы соответствующие механизмы доступности данных и выхода из системы.

Таким образом, использование zkEVM не устраняет автоматически все риски, связанные с блокчейн-инфраструктурой.

zkEVM и Optimistic Rollups: какая технология лучше?

Помимо ZK-rollups, в экосистеме Ethereum широко используются Optimistic Rollups. К ним относятся, например, Arbitrum и OP Mainnet.

Обе технологии предназначены для масштабирования Ethereum, однако используют разные механизмы подтверждения корректности операций.

Параметр	ZK-rollups с zkEVM	Optimistic Rollups
Проверка корректности	Криптографические доказательства	Механизмы оспаривания и доказательства мошенничества
Базовый принцип	Подтверждение правильности вычислений	Результат считается корректным, пока не оспорен
Генерация доказательств	Может требовать значительных вычислительных ресурсов	Обычно не требует ZK-доказательства для каждого пакета
Вывод средств в Ethereum	Может быть быстрее после подтверждения доказательства	Часто связан с периодом оспаривания
Совместимость с EVM	Зависит от реализации	Во многих системах высокая

ZK-rollups обеспечивают криптографическое подтверждение корректности состояния, тогда как Optimistic Rollups полагаются на возможность обнаружения и оспаривания некорректных результатов.

Нельзя однозначно утверждать, что один подход превосходит другой по всем параметрам. Производительность, комиссии, безопасность и удобство использования зависят от конкретной реализации.

Почему zkEVM важна для будущего Ethereum?

Ethereum остается одной из крупнейших платформ для децентрализованных приложений, но развитие экосистемы требует инфраструктуры, способной обслуживать значительно больше пользователей.

Если каждое взаимодействие с блокчейном будет требовать дорогостоящей транзакции в основной сети, массовое использование приложений окажется ограниченным.

zkEVM позволяет перенести значительную часть вычислений в более масштабируемую среду, сохраняя возможность проверки результатов через Ethereum.

Это создает предпосылки для развития новых категорий приложений: от децентрализованных финансовых сервисов и игровых платформ до платежных систем и сложных блокчейн-протоколов.

Особенно перспективным направлением считается развитие более эффективных систем генерации доказательств, включая специализированное оборудование и новые криптографические алгоритмы.

В долгосрочной перспективе такие решения могут снизить стоимость подтверждения вычислений и сделать использование блокчейн-приложений доступнее.

При этом успех технологии будет зависеть от способности разработчиков обеспечить не только высокую производительность, но и безопасность, децентрализацию и надежную доступность данных.

Заключение

zkEVM — одна из важных технологий масштабирования Ethereum, объединяющая выполнение совместимых с EVM смарт-контрактов с криптографическими доказательствами корректности вычислений.

Она позволяет создавать блокчейн-системы, в которых большое количество транзакций обрабатывается за пределами основной сети, а результаты проверяются с помощью компактных доказательств.

Главные преимущества zkEVM заключаются в потенциальном снижении комиссий, повышении пропускной способности и возможности использовать существующие инструменты разработки Ethereum.

Однако технология имеет ограничения, связанные со сложностью реализации, стоимостью генерации доказательств и особенностями архитектуры отдельных сетей.

По мере совершенствования криптографических методов zkEVM может играть все более значимую роль в развитии Ethereum и экосистемы децентрализованных приложений.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

zkEVM — это отдельная криптовалюта?

Нет. zkEVM представляет собой технологию выполнения смарт-контрактов с поддержкой доказательств корректности. Проекты, использующие zkEVM, могут иметь собственные токены, но сама технология не является криптовалютой.

Чем zkEVM отличается от ZK-rollup?

ZK-rollup — это архитектура масштабирования, использующая криптографические доказательства для подтверждения корректности изменений состояния. zkEVM — среда выполнения смарт-контрактов, которую можно использовать внутри такой архитектуры.

Делает ли zkEVM транзакции анонимными?

Не обязательно. ZK-доказательства могут использоваться для защиты конфиденциальности, но в большинстве zkEVM-решений их основная задача заключается в подтверждении корректности вычислений.

Можно ли запускать обычные Ethereum-смарт-контракты в zkEVM?

Во многих случаях да. Однако возможность переноса без изменений зависит от степени совместимости конкретной zkEVM с Ethereum.

Безопаснее ли zkEVM обычного Ethereum?

Не обязательно. ZK-доказательства обеспечивают проверку корректности вычислений, но безопасность всей системы зависит также от смарт-контрактов, доступности данных, механизмов обновления и других компонентов.