zkEVM là viết tắt của cụm từ “Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine”. Đây là một giao thức cho phép thực thi các Hợp Đồng Thông Minh trên một public blockchain như: Ethereum, BNB Chain, Polygon, Avalanche C Chain…
zkEVM Là Gì?
zkEVM là một máy ảo thực hiện các giao dịch hợp đồng thông minh theo cách tương thích với cả tính toán Zero Knowledge Proofs và cơ sở hạ tầng Ethereum hiện có. Điều này cho phép chúng trở thành một phần của zero-knowledge rollups, các giải pháp mở rộng lớp 2 giúp tăng thông lượng giao dịch trong khi giảm chi phí.
Lớp 2 tương thích với EVM nếu nó có thể chạy các chương trình được tạo cho môi trường Ethereum mà không sửa đổi logic hợp đồng thông minh cơ bản. Điều này làm cho các lớp 2 tương thích với các mẫu hợp đồng thông minh Ethereum hiện có, tiêu chuẩn mã thông báo và công cụ. Việc tương thích với EVM rất quan trọng đối với việc áp dụng rộng rãi các lớp 2 này , vì nó cho phép các nhà phát triển quen thuộc với ngôn ngữ lập trình Solidity của Ethereum xây dựng các ứng dụng có khả năng mở rộng cao bằng cách sử dụng cùng các công cụ đã được thử nghiệm trong trận chiến mà họ đã sử dụng.
zkEVM Hoạt Động Như Thế Nào?
zkEVM sao chép môi trường Ethereum dưới dạng zero-knowledge rollup, đưa trải nghiệm của nhà phát triển Ethereum và công cụ hiện có lên lớp 2 có khả năng mở rộng và bảo mật cao. Điều này cho phép các nhà phát triển đưa các dApp và hợp đồng thông minh hiện có vào môi trường mới hoặc dễ dàng xây dựng các ứng dụng mới một cách liền mạch .
Môi Trường Thực Thi zkEVM
VM thực thi các hợp đồng thông minh và tính toán trạng thái của mạng Ethereum sau mỗi khối mới được thêm vào chuỗi. Nó phân tích cú pháp mã Solidity do con người viết, dịch nó thành mã byte có thể đọc được trên máy tính, sau đó cập nhật trạng thái Ethereum. Nó chi phối các quy tắc cụ thể xung quanh việc thay đổi trạng thái và xác định các hợp đồng thông minh mà các nhà phát triển có thể viết.
ZkEVM là một loại EVM mới mà các hợp đồng thông minh có thể chạy trên đó. Nó lấy trạng thái ban đầu, tính toán các giao dịch và xuất ra một trạng thái mới, được cập nhật và bằng chứng không kiến thức đi kèm. Vì zkEVM dựa trên EVM của Ethereum, các nhà phát triển có thể dễ dàng chuyển các ứng dụng Ethereum và mã thông báo sang zkEVM.
zkEVM Proving Circuit
Zero-knowledge proofs (ZKPs) là một cách để một bên chứng minh bằng mật mã với bên kia rằng họ sở hữu kiến thức về một phần thông tin mà không tiết lộ thông tin cơ bản thực tế. zkEVM Proving Circuit tạo ra các bằng chứng không có kiến thức để xác minh và xác thực các giao dịch, chứng minh rằng các giao dịch của người dùng đã được tính toán chính xác và trạng thái mới là chính xác.
Hợp Đồng Xác Minh zkEVM
Trên Ethereum, mọi giao dịch phải được xác minh bởi mọi nút. Ngược lại, các bản tổng hợp không có kiến thức là một giải pháp mở rộng lớp 2 giúp “roll up” một loạt giao dịch lớn và xác minh tính chính xác của chúng bằng một ZKP được xuất bản trên chuỗi khối lớp 1 như Ethereum. Điều này làm tăng thông lượng và giảm chi phí trong khi vẫn duy trì bảo mật.
Layer-2 zero-knowledge rollups gửi bằng chứng hợp lệ cho hợp đồng thông minh xác minh được triển khai ở lớp cơ bản 1. Họ sử dụng bằng chứng không có kiến thức đã gửi để kiểm tra xem đầu ra có chính xác dựa trên trạng thái ban đầu hay không, xác minh rằng trạng thái được cập nhật là chính xác mà không cần phải xử lý tất cả các giao dịch riêng lẻ.
Phân Loại zkEVM
Các danh mục sau được xác định bởi người sáng lập Ethereum Vitalik Buterin. Nói chung, các loại được đánh số thấp hơn tương thích hơn với cơ sở hạ tầng Ethereum, trong khi các loại được đánh số cao hơn có thời gian chứng minh nhanh hơn.
Loại 1 (Hoàn Toàn Tương Thích Với Ethereum)
zkEVM loại 1 không thay đổi bất kỳ phần nào của hệ thống Ethereum hiện tại để giúp tạo zero-knowledge proofs dễ dàng hơn. Điều này làm cho chúng hoàn toàn tương thích với tất cả các ứng dụng gốc Ethereum và cho phép sử dụng lại các công cụ như trình khám phá khối và ứng dụng khách thực thi. Tuy nhiên, một số phần nhất định của giao thức Ethereum yêu cầu một lượng lớn tính toán để tạo ra zero-knowledge proofs, dẫn đến thời gian chứng minh cho zkEVM kéo dài.
Loại 2 (Hoàn Toàn Tương Thích Với EVM)
zkEVM loại 2 nhằm mục đích tương thích hoàn toàn với các ứng dụng Ethereum hiện có nhưng thực hiện các sửa đổi nhỏ để giúp tạo bằng chứng nhanh hơn và phát triển dễ dàng hơn. Mặc dù thời gian chứng minh nhanh hơn nhưng việc triển khai hiện tại vẫn được coi là quá chậm.
Loại 2.5 (Tương Thích EVM Trừ Chi Phí Gas)
Việc tăng chi phí gas cho các hoạt động cụ thể có thể cải thiện thời gian chứng minh đối với một số tình huống tạo bằng chứng khó khăn nhất. Tuy nhiên, điều này có thể phá vỡ một số ứng dụng và yêu cầu sửa đổi của nhà phát triển.
Loại 3 (Hầu Như Tương Thích Với EVM)
zkEVM loại 3 hy sinh một số tính năng EVM để cho phép phát triển ứng dụng và tạo bằng chứng dễ dàng hơn, chẳng hạn như các thay đổi đối với tiền biên dịch, bộ nhớ VM, ngăn xếp và cách xử lý mã hợp đồng thông minh. Trong khi hầu hết các ứng dụng Ethereum sẽ hoạt động trong môi trường này, một số ứng dụng có thể cần được viết lại.
Loại 4 (Tương Thích Với Ngôn Ngữ Cấp Cao)
Các hệ thống loại 4 lấy mã được viết bằng ngôn ngữ cấp cao như Solidity hoặc Vyper và biên dịch mã đó thành ngôn ngữ được thiết kế thân thiện với bằng chứng không có kiến thức. Về cơ bản, chúng tương đương với ngôn ngữ cấp cao nhưng không phải là EVM thực tế. Điều này cho phép tạo bằng chứng nhanh hơn nhiều và giảm chi phí, mặc dù các hợp đồng có thể không có cùng địa chỉ.
Khám Phá Ưu Điểm Của zkEVM
zkEVM có một số lợi thế so với lớp 1 và các bản tổng hợp lớp 2 khác.
Khả Năng Mở Rộng An Toàn
Không giống như Ethereum, zkEVM không phải tuân theo các quy tắc giao thức đồng thuận của Ethereum. Tuy nhiên, tất cả các giao dịch lớp 2 trên zkEVM vẫn được xác minh trên lớp 1 bên dưới thông qua việc sử dụng các bằng chứng hợp lệ. Điều này có nghĩa là zkEVM có thể tối ưu hóa tốc độ và thông lượng giao dịch mà không ảnh hưởng đến bảo mật.
Giá Thấp
Layer-2 rollups đăng các lô giao dịch lên chuỗi khối lớp 1 như Ethereum. Optimistic rollups phải đăng tất cả dữ liệu giao dịch trên chuỗi, bao gồm cả chữ ký, điều này có thể dẫn đến chi phí gas cao. Tuy nhiên, zkEVM chỉ cần xuất bản các thay đổi trạng thái cuối cùng trên chuỗi, vì bằng chứng không có kiến thức đảm bảo tính hợp lệ của tất cả các giao dịch trong lô. Chi phí thấp hơn này được chuyển cho các ứng dụng và người dùng cuối của zkEVM.
Kết Thúc Nhanh
Cuối cùng là thời điểm mà một giao dịch chuỗi khối không thể bị thay đổi, hủy bỏ hoặc đảo ngược. Với optimistic rollups, một kiến trúc lớp 2 cạnh tranh, sẽ có khoảng thời gian thử thách từ một đến hai tuần đối với các giao dịch trước khi những người tham gia mạng có bằng chứng khách quan về tính hợp lệ của chúng và chúng có thể được hoàn tất. Ngược lại, các bản tổng hợp không có kiến thức được hoàn thiện ngay khi chúng được đăng trên chuỗi khối lớp 1 cơ bản. Thời hạn cuối cùng nhanh hơn rất quan trọng đối với các nhà giao dịch cần di chuyển tài sản xung quanh hệ sinh thái DeFi một cách nhanh chóng, giúp thu hút thanh khoản và cải thiện hiệu quả sử dụng vốn.
Thách Thức Trong Việc Xây Dựng zkEVM
Zero-knowledge proofs và Máy ảo Ethereum là những công nghệ được phát triển riêng biệt và chỉ mới được kết hợp gần đây để tạo ra zkEVM. Để khiến họ làm việc cùng nhau, có một số thách thức và sự kém hiệu quả bẩm sinh cần được khắc phục.
Kiến Trúc Dựa Trên Stack
EVM sử dụng kiến trúc dựa trên Stack tuân theo nguyên tắc vào sau, ra trước (LIFO), với dữ liệu cuối cùng được thêm vào ngăn xếp cuộc gọi sẽ bị xóa đầu tiên. Mô hình này đơn giản và dễ sử dụng. Tuy nhiên, khi tạo zkEVM, một mô hình dựa trên thanh ghi, trong đó dữ liệu được lưu trữ trong các thanh ghi CPU ảo, sẽ hiệu quả hơn đối với tính toán hiệu suất cao và tính toán không kiến thức mà zkEVM thường yêu cầu.
Độ Phức Tạp Của Mã Hóa
Không giống như các máy ảo thông thường, EVM sử dụng các mã lệnh đặc biệt để hướng dẫn EVM thực hiện điều gì đó khi thực hiện hợp đồng thông minh, chẳng hạn như CALL, DELEGATECALL, REVERT và INVALID. Điều này làm tăng thêm độ phức tạp khiến việc hiểu chính xác những gì EVM đang làm trở nên khó khăn hơn.
Chi Phí Lưu Trữ
EVM sử dụng Merkle Patricia Trie để sắp xếp dữ liệu và hàm băm Keccak để giúp theo dõi dữ liệu đó bằng cách biến dữ liệu thành hàm băm. Điều này có chi phí chứng minh cao vì phải mất rất nhiều tính toán để kiểm tra giá trị băm là chính xác.
Chi Phí Chứng Minh
Tạo bằng chứng không kiến thức là một quy trình sử dụng nhiều tài nguyên, yêu cầu phần cứng chuyên dụng.
Các Dự Án zkEVM Nổi Bật
- Polygon zkEVM là một trong những dự án mới nhất của Polygon trong lĩnh vực zkEVM, đây là dự án được đổi tên từ Polygon Hermez sau khi chi ra 250 triệu USD để thâu tóm.
- zkSync Era là một sản phẩm của zkSync (Matter Labs) trong mảng zkEVM. Đây không phải là sản phẩm đầu tiên nhưng là sản phẩm được đẩy mạnh để phát triển sau này.
- StarkWare là công ty mẹ của nhiều sản phẩm liên quan tới zk như StarkEx, SatrkNet… Đây cũng là bên tiên phong trong công nghệ zkSTARK và có ngôn ngữ riêng là Cairo. Tuy nhiên, họ cũng phát triển zkEVM để giúp ngôn ngữ của họ trở nên dễ sử dụng hơn
- Scroll là một dự án phi tập trung về mã nguồn mở được xây dựng trên nền tảng zkEVM, với mục tiêu cung cấp khả năng bảo mật tốt hơn cho các ứng dụng blockchain.
- Taiko là dự án mã nguồn mở, phi tập trung hoàn toàn và hướng đến phát triển thành giải pháp tương thích hoàn toàn với Ethereum (Type 1).
- Linea (tên trước đó là ConsenSys zkEVM) là sản phẩm của ConsenSys (công ty mẹ của Metamask). Họ đang hướng đến trở thành giải pháp tương thích hoàn toàn với EVM (Type 2).
Phần Kết Luận
Các giao dịch hạn chế và phí gas cao đã hạn chế khả năng mở rộng quy mô thành công của Ethereum và các chuỗi khối khác. zkEVM mang lại trải nghiệm Ethereum và cơ sở hạ tầng hiện có của nó cho các bản tổng hợp lớp 2 có khả năng mở rộng cao và chi phí thấp, đồng thời duy trì bảo mật cơ bản bằng cách tạo bằng chứng trên chuỗi. Cuối cùng, bằng cách kết hợp các bằng chứng không có kiến thức và Máy ảo Ethereum, zkEVM đã khắc phục những hạn chế trước đó và cung cấp cơ sở hạ tầng an toàn và có thể mở rộng cần thiết để đạt được việc áp dụng rộng rãi Web3 .
Tuyên Bố Từ Chố Trách Nhiệm: Thông tin được cung cấp trong bài viết này chỉ nhằm mục đích hướng dẫn và cung cấp thông tin chung. Nội dung của bài viết này không được coi là tư vấn đầu tư, kinh doanh, pháp lý hoặc thuế trong bất kỳ trường hợp nào. Chúng tôi không chịu bất kỳ trách nhiệm nào đối với các quyết định cá nhân được đưa ra dựa trên bài viết này và chúng tôi đặc biệt khuyến khích bạn tự nghiên cứu trước khi thực hiện bất kỳ hành động nào. Mặc dù đã cố gắng hết sức để đảm bảo rằng tất cả thông tin được cung cấp ở đây là chính xác và cập nhật, nhưng có thể xảy ra thiếu sót, sai sót hoặc nhầm lẫn.
