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zkEVM 的演进：在以太坊扩展中平衡兼容性与性能

· 阅读需 10 分钟
Dora Noda
Dora Noda
Software Engineer

2022 年，Vitalik Buterin 提出了一个简单的问题，这个问题将定义以太坊扩容的未来四年：为了获得更快的零知识证明，你愿意牺牲多少以太坊兼容性？他的回答是针对 zkEVM 的五种类型分类系统，该系统自此成为评估这些关键扩容解决方案的行业标准。

快速跨越到 2026 年，答案不再那么简单了。证明时间已从 16 分钟缩短至 16 秒。成本降低了 45 倍。多个团队已经演示了比以太坊 12 秒出块时间更快的实时证明生成。然而，Vitalik 确定的基本权衡仍然存在 —— 对于任何选择在何处进行构建的开发者或项目来说，理解这一点至关重要。

Vitalik 的分类：类型 1 到类型 4​

Vitalik 的框架将 zkEVM 归入一个光谱中，从完美的以太坊等效性到最高的证明效率。类型编号越高，意味着证明速度越快，但与现有以太坊基础设施的兼容性越低。

类型 1：完全以太坊等效​

类型 1 zkEVM 不会对以太坊进行任何更改。它们证明的是以太坊 L1 所使用的完全相同的执行环境 —— 相同的操作码（opcodes）、相同的数据结构，一切都完全一致。

优势：完美的兼容性。以太坊执行客户端可以原样运行。每个工具、每个合约、每一项基础设施都可以直接迁移。这最终是以太坊为了让 L1 本身更具可扩展性所需要的。

劣势：以太坊最初并不是为零知识证明而设计的。EVM 基于堆栈的架构在 ZK 证明生成方面效率极低。早期的类型 1 实现生成单个证明需要数小时。

领先项目：Taiko 的目标是作为基于 rollup（based rollup）实现类型 1 等效，使用以太坊验证者进行排序，从而实现与其他基于 rollup 的同步组合性。

类型 2：完全 EVM 等效​

类型 2 zkEVM 保持完全的 EVM 兼容性，但更改了内部表示形式 —— 如状态存储方式、数据结构组织方式 —— 以提高证明生成速度。

优势：为以太坊编写的合约无需修改即可运行。开发者体验保持一致。迁移摩擦接近于零。

劣势：区块链浏览器和调试工具可能需要修改。状态证明（state proofs）的运作方式与以太坊 L1 不同。

领先项目：Scroll 和 Linea 致力于类型 2 兼容性，在 VM 层面实现了近乎完美的 EVM 等效，无需转译器或自定义编译器。

类型 2.5：更改 Gas 成本的 EVM 等效​

类型 2.5 是一个务实的中间地带。zkEVM 保持 EVM 兼容，但对于在零知识证明中特别昂贵的操作，会增加其 Gas 成本。

权衡：由于以太坊每个区块都有 Gas 限制，增加特定操作码的 Gas 成本意味着每个区块可以执行的这些操作码更少。应用程序可以运行，但某些计算模式会变得极其昂贵。

类型 3：几乎 EVM 等效​

类型 3 zkEVM 牺牲了特定的 EVM 功能 —— 通常与预编译、内存处理或合约代码处理方式相关 —— 以大幅提高证明生成速度。

优势：证明速度更快，成本更低，性能更好。

劣势：某些以太坊应用程序在不修改的情况下无法运行。开发者可能需要重写依赖于不支持功能的合约。

现状：没有团队真正想停留在类型 3。它被理解为一个过渡阶段，团队在此期间致力于添加达到类型 2.5 或类型 2 所需的复杂预编译支持。Scroll 和 Polygon zkEVM 在向兼容性阶梯攀升之前，都曾作为类型 3 运行。

类型 4：高级语言兼容​

类型 4 系统在字节码层面完全放弃了 EVM 兼容性。相反，它们将 Solidity 或 Vyper 编译为专为高效 ZK 证明设计的自定义 VM。

优势：证明生成最快。成本最低。性能最高。

劣势：合约的行为可能有所不同。地址可能与以太坊部署的不匹配。调试工具需要完全重写。迁移需要仔细测试。

领先项目：zkSync Era 和 StarkNet 代表了类型 4 的路径。zkSync 将 Solidity 转译为针对 ZK 优化的自定义字节码。StarkNet 使用 Cairo，这是一种专为可证明性设计的新语言。

性能基准：我们在 2026 年的现状​

自 Vitalik 最初发布该分类以来，数据发生了翻天覆地的变化。2022 年的理论在 2026 年已成为生产现实。

证明时间​

早期的 zkEVM 生成证明大约需要 16 分钟。目前的实现完成同样的过程大约需要 16 秒 —— 提升了 60 倍。多个团队已经演示了在 2 秒内生成证明，比以太坊 12 秒的出块时间还要快。

以太坊基金会设定了一个宏伟目标：在不到 10 万美元的硬件和 10kW 功耗下，在 10 秒内证明 99% 的主网区块。多个团队已经展示了接近这一目标的能力。

交易成本​

2024 年 3 月的 Dencun 升级（引入 “blobs” 的 EIP-4844）将 L2 费用降低了 75-90%，使得所有 Rollup 的成本效益大幅提升。目前的基准测试显示：

平台交易成本备注
Polygon zkEVM$0.00275全量批处理的每笔交易成本
zkSync Era$0.00378交易成本中位数
Linea$0.05-0.15平均每笔交易成本

吞吐量​

实际性能根据交易复杂程度而有很大差异：

平台TPS (复杂 DeFi)备注
Polygon zkEVM5.4 tx/sAMM 兑换基准测试
zkSync Era71 TPS复杂的 DeFi 兑换
理论值 (Linea)100,000 TPS配合高级分片技术

随着硬件加速、并行化处理和算法优化的成熟，这些数据将继续提升。

市场采用情况：TVL 和开发者吸引力​

zkEVM 领域已经围绕几个明确的领导者完成了整合，每个领导者代表了分类频谱中的不同位置：

当前 TVL 排名 (2025)​

  • Scroll: TVL 7.48 亿美元，最大的原生 zkEVM
  • StarkNet: TVS (总安全价值) 8.26 亿美元
  • zkSync Era: TVL 5.69 亿美元，已部署 270 多个 dApp
  • Linea: TVS 约 9.63 亿美元，日活跃地址增长超过 400%

整个 Layer 2 生态系统的 TVL 已达到 700 亿美元，随着证明成本持续下降，ZK Rollup 正在夺取更多的市场份额。

开发者采用信号​

  • 2025 年超过 65% 的新智能合约部署在 Layer 2 网络上
  • zkSync Era 吸引了约 19 亿美元的代币化现实世界资产 (RWA)，占据了约 25% 的链上 RWA 市场份额
  • 2025 年 Layer 2 网络预计每日处理 190 万笔交易

实践中的兼容性与性能权衡​

理解理论上的类型很有用，但对开发者而言，实际的影响更为重要。

类型 1-2：零迁移摩擦​

对于 Scroll 和 Linea（类型 2），迁移意味着大多数应用程序几乎不需要修改任何代码。部署相同的 Solidity 字节码，使用相同的工具（MetaMask、Hardhat、Remix），并获得预期的相同行为。

最适合：优先考虑无缝迁移的现有以太坊应用；经过审计且必须保持代码不变的项目；没有资源进行广泛测试和修改的团队。

类型 3：需要仔细测试​

对于 Polygon zkEVM 及类似的类型 3 实现，大多数应用可以运行，但存在边缘情况。某些预编译合约的行为可能有所不同或不受支持。

最适合：有资源进行全面测试网验证的团队；不依赖特殊 EVM 功能的项目；优先考虑成本效率而非完美兼容性的应用。

类型 4：不同的思维模型​

对于 zkSync Era 和 StarkNet，开发体验与以太坊有显著不同：

zkSync Era 支持 Solidity，但会将其转译为自定义字节码。合约可以编译运行，但行为可能在细节上有所不同。不保证地址与以太坊部署的一致。

StarkNet 使用 Cairo 语言，要求开发者学习全新的语言——尽管这是一种专门为可证明计算设计的语言。

最适合：不受现有代码约束的全新项目；追求极致性能且值得投入工具链建设的应用；愿意投资专门工具和测试的团队。

安全性：不可逾越的约束​

以太坊基金会在 2025 年为 zkEVM 开发者引入了明确的密码学安全要求：

  • 到 2026 年 5 月达到 100 位可证明安全性
  • 到 2026 年底达到 128 位安全性

这些要求反映了一个现实：如果底层的密码学不是无懈可击的，那么再快的证明速度也毫无意义。无论属于哪种类型，各团队都必须达到这些门槛。

对安全性的关注减缓了部分性能提升——以太坊基金会明确在 2026 年前选择了安全而非速度——但这确保了主流采用的基础保持稳固。

选择你的 zkEVM：决策框架​

在以下情况下选择类型 1-2 (Taiko, Scroll, Linea)：​

  • 你正在迁移现有的经过实战检验的合约
  • 审计成本是一个顾虑（无需重新审计）
  • 你的团队熟悉以太坊原生开发，没有 ZK 专长
  • 与以太坊 L1 的组合性至关重要
  • 你需要与其他 Based Rollup 进行同步互操作

在以下情况下选择类型 3 (Polygon zkEVM)：​

  • 你希望在兼容性和性能之间取得平衡
  • 你可以投入资源进行彻底的测试网验证
  • 成本效率是首要任务
  • 你不依赖特殊的 EVM 预编译合约

在以下情况下选择类型 4 (zkSync Era, StarkNet)：​

  • 你正从零开始构建，没有迁移约束
  • 极致的性能证明了工具链投资的合理性
  • 你的用例受益于 ZK 原生设计模式
  • 你拥有专门开发的资源

未来展望​

类型分类不会保持静态。Vitalik 指出，zkEVM 项目可以“轻松地从高编号类型开始，随着时间的推移跃迁到低编号类型”。我们正在实践中看到这一点——最初作为类型 3 启动的项目在完成预编译实现后，正在向类型 2 迈进。

更有趣的是，如果以太坊 L1 进行修改以变得对 ZK 更加友好，类型 2 和类型 3 的实现无需更改自身代码即可成为类型 1。

最终结局正变得越来越清晰：证明时间将继续缩短，成本将继续下降，随着硬件加速和算法改进消除性能差距，不同类型之间的区别将变得模糊。问题不在于哪种类型会胜出，而在于整个频谱向实际等效收敛的速度有多快。

目前，这个框架仍然具有价值。了解 zkEVM 在兼容性-性能频谱中所处的位置，可以告诉你在开发、部署和运营过程中应该期待什么。对于任何构建在以太坊 ZK 驱动未来之上的团队来说，这些知识都是必不可少的。

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