zkEVM-Äquivalenz-Typen erklärt

Definition

Eine zkEVM (Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine) ist eine Art von Layer-2-Skalierungslösung, die Zero-Knowledge-Proofs verwendet, um Transaktionen off-chain zu verifizieren und diese Proofs dann zu bündeln und im Ethereum-Mainnet zu veröffentlichen. Die Kernidee besteht darin, eine große Anzahl von Transaktionen effizient zu verarbeiten und gleichzeitig die Sicherheitsgarantien von Ethereum zu erben. Allerdings sind nicht alle zkEVMs in ihrer Kompatibilität mit der bestehenden Ethereum-Infrastruktur gleich. Hier kommen die zkEVM-Äquivalenz-Typen ins Spiel, die diese Lösungen danach kategorisieren, wie genau sie das Verhalten der Ethereum Virtual Machine (EVM) und des Ethereum-Netzwerks selbst nachahmen.

zkEVM-Äquivalenz-Typen: Ein Klassifizierungssystem, das den Grad der Kompatibilität einer Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine (zkEVM) mit der Ethereum Virtual Machine (EVM) und dem breiteren Ethereum-Protokoll beschreibt, von vollständiger Äquivalenz bis hin zu partieller Kompatibilität.

Diese Typen stellen ein Spektrum von Kompromissen zwischen Kompatibilität, Leistung und der Komplexität des Aufbaus des zugrunde liegenden Zero-Knowledge-Beweissystems dar. Ein höherer Grad an Äquivalenz bedeutet im Allgemeinen eine einfachere Migration für bestehende dezentrale Anwendungen (dApps) und Tools, ist aber oft mit größeren technischen Herausforderungen bei der Implementierung verbunden.

Kernaussage

Die Kernaussage ist, dass die zkEVM-Äquivalenz-Typen (Typ 1 bis Typ 4) ein entscheidendes Spektrum der Kompatibilität für Layer-2-Skalierungslösungen definieren. Typ-1-zkEVMs bieten die höchste Treue zu Ethereum, gewährleisten ein nahezu identisches Verhalten und eine nahtlose dApp-Migration, wenn auch mit erheblichen Entwicklungshürden. Umgekehrt priorisieren Typ-4-zkEVMs die Beweiseffizienz, indem sie erhebliche Kompromisse bei der EVM-Kompatibilität eingehen, was dApp-Modifikationen erfordert, aber die zugrunde liegende ZK-Proof-Generierung vereinfacht. Das Verständnis dieser Unterschiede ist grundlegend für die Bewertung der langfristigen Rentabilität, Sicherheit und des Entwicklererlebnisses verschiedener zkEVM-Projekte innerhalb des breiteren Blockchain-Ökosystems.

Mechanik

Die Mechanik der zkEVM-Äquivalenz-Typen dreht sich darum, wie genau eine Layer-2-Lösung die Ethereum-Ausführungsumgebung und die Zustandsübergänge repliziert. Dieses Spektrum bestimmt den Aufwand, den Entwickler für die Portierung bestehender dApps benötigen, und das Ausmaß, in dem Benutzer ein identisches Verhalten im Vergleich zu Ethereum Layer 1 erwarten können. Die Typen werden im Allgemeinen wie folgt definiert:

Typ 1: Ethereum-Äquivalent

Typ-1-zkEVMs streben eine vollständige Äquivalenz mit Ethereum Layer 1 an. Das bedeutet, sie sind so konzipiert, dass sie vollständig mit dem Ethereum-Protokoll kompatibel sind, einschließlich seines Konsensmechanismus, seiner Transaktionsformate und des exakten Verhaltens der EVM. Eine Typ-1-zkEVM kann Ethereum-Blöcke direkt erneut ausführen und deren Gültigkeit mit Zero-Knowledge-Proofs beweisen. Ziel ist es, das höchste Maß an Sicherheit und Dezentralisierung zu erreichen, indem alle Unterschiede zu Ethereum selbst minimiert werden. Dies macht sie ideal, um die Fähigkeiten von Ethereum zu erweitern, ohne neue Vertrauensannahmen einzuführen oder Änderungen an bestehenden dApps oder der Infrastruktur zu erfordern. Der Bau einer Typ-1-zkEVM ist jedoch aufgrund der inhärenten Komplexität, jeden Aspekt der Ethereum-Ausführung auf eine Zero-Knowledge-freundliche Weise zu beweisen, außergewöhnlich anspruchsvoll. Projekte wie Taiko streben dieses Maß an Äquivalenz an.

Typ 2: EVM-Äquivalent

Typ-2-zkEVMs sind EVM-äquivalent, was bedeutet, dass sie vollständig mit dem Bytecode der Ethereum Virtual Machine kompatibel sind. Die meisten dApps und Entwicklertools (wie Hardhat, Truffle, Ethers.js) können auf einer Typ-2-zkEVM ohne Änderungen ausgeführt werden. Die primären Unterschiede zu Ethereum Layer 1 können in geringfügigen Aspekten wie den Gaskosten für bestimmte Operationen oder der Implementierung spezifischer Precompiles liegen, die für die ZK-Beweiseffizienz optimiert sind. Diese Unterschiede sind für die meisten Anwendungen typischerweise vernachlässigbar und beeinträchtigen die Kompatibilität nicht. Typ-2-zkEVMs finden ein Gleichgewicht zwischen hoher Kompatibilität und praktischer Beweisbarkeit, was sie zu einer beliebten Wahl für viele Projekte macht. Beispiele hierfür sind Polygon zkEVM und Scroll, die darauf abzielen, ein nahezu nahtloses Entwicklererlebnis für bestehende Ethereum-dApps zu bieten.

Typ 2.5: EVM-Äquivalent mit geringfügigen Änderungen

Dieser Typ wird oft als praktische Untergruppe oder Variation von Typ 2 betrachtet. Typ-2.5-zkEVMs sind weitgehend EVM-äquivalent, führen aber einige spezifische Änderungen am Verhalten der EVM oder an Precompiles ein, um die Effizienz der Zero-Knowledge-Proof-Generierung erheblich zu verbessern. Diese Änderungen sind in der Regel minimal und sorgfältig ausgewählt, um die Kompatibilität von dApps so wenig wie möglich zu beeinträchtigen. Während die meisten dApps weiterhin ohne Änderungen funktionieren, könnten einige Randfälle oder hochoptimierte Verträge geringfügige Anpassungen erfordern. Der Kompromiss hier ist eine leichte Reduzierung der strikten EVM-Äquivalenz für einen bemerkenswerten Gewinn an Beweisgeschwindigkeit und -kosten, wodurch das Rollup wirtschaftlicher wird. Diese Kategorie stellt einen pragmatischen Ansatz dar, um Kompatibilität und Leistung in Einklang zu bringen.

Typ 3: Partiell EVM-Kompatibel

Typ-3-zkEVMs sind partiell EVM-kompatibel. Sie zielen darauf ab, auf einer höheren Ebene (z. B. Solidity-Quellcode) mit der EVM kompatibel zu sein, sind aber möglicherweise nicht vollständig auf Bytecode-Ebene kompatibel. Dies bedeutet, dass viele dApps portiert werden können, aber möglicherweise einige Änderungen oder eine Neukompilierung erfordern, um korrekt ausgeführt zu werden. Unterschiede könnten Variationen in der Gasmessung, fehlende oder geänderte Precompiles oder sogar geringfügige Änderungen im Opcode-Verhalten umfassen. Das Beweissystem für Typ-3-zkEVMs ist im Allgemeinen einfacher zu bauen und effizienter als für Typ 1 oder Typ 2, da es nicht jede EVM-Eigenheit perfekt emulieren muss. Projekte wie zkSync Era (in ihren anfänglichen Iterationen) fallen in diese Kategorie, wobei der Fokus darauf liegt, eine ZK-freundliche Umgebung bereitzustellen, die Solidity unterstützt, auch wenn dies einige Abweichungen vom strikten EVM-Verhalten bedeutet.

Typ 4: Sprach-Äquivalent

Typ-4-zkEVMs sind am weitesten von der direkten EVM-Äquivalenz entfernt. Anstatt EVM-Bytecode auszuführen, kompilieren sie Hochsprachen wie Solidity oder Vyper in einen ZK-freundlichen Befehlssatz, der speziell für eine effiziente Zero-Knowledge-Beweisführung entwickelt wurde. Dieser Ansatz vereinfacht das Design und die Implementierung des ZK-Provers erheblich, was ihn aus Sicht des Beweissystems zum am einfachsten zu bauenden Typ macht. Dies geht jedoch auf Kosten der geringsten Kompatibilität mit der bestehenden Ethereum-Infrastruktur. dApps müssen für den neuen Befehlssatz neu kompiliert werden, und erhebliche Codeänderungen können erforderlich sein, wenn der Zielbefehlssatz bestimmte EVM-Funktionen nicht besitzt oder sich anders verhält. Obwohl sie nicht direkt EVM-kompatibel sind, bieten sie Entwicklern einen Weg, Smart Contracts in vertrauten Sprachen zu schreiben und von der Skalierung durch ZK-Rollups zu profitieren. StarkNet, das seine eigene Cairo VM verwendet, und Projekte, die EVM-Layer darauf aufbauen (wie Kakarot), veranschaulichen diesen Ansatz, bei dem die zugrunde liegende VM für ZK-Proofs und nicht für die direkte EVM-Emulation optimiert ist.

Trading-Relevanz

Das Verständnis der zkEVM-Äquivalenz-Typen ist für Krypto-Trader, insbesondere solche, die im DeFi-Bereich, im Arbitrage-Handel oder bei der Suche nach effizienter Transaktionsausführung tätig sind, äußerst relevant. Der Grad der Äquivalenz beeinflusst direkt die Liquidität, Sicherheit und Benutzererfahrung von Layer-2-Ökosystemen, was wiederum Handelsmöglichkeiten und -risiken beeinflusst. Höhere Äquivalenz-Typen (Typ 1 und Typ 2) erleichtern die nahtlose Migration etablierter DeFi-Protokolle von Ethereum Layer 1. Dies bedeutet, dass beliebte dezentrale Börsen (DEXs), Kreditplattformen und Yield-Aggregatoren auf diesen zkEVMs mit minimalen oder keinen Codeänderungen eingesetzt werden können, wodurch ihre bestehende Liquidität und Benutzerbasis mitgebracht wird. Für Trader bedeutet dies tiefere Liquiditätspools, geringere Slippage und eine robustere Handelsumgebung auf Layer 2, die die Zuverlässigkeit des Ethereum-Mainnets widerspiegelt, aber mit deutlich reduzierten Transaktionsgebühren und schnellerer Finalität. Die Fähigkeit, komplexe Handelsstrategien wie Multi-Leg-Arbitrage oder ausgeklügelte Optionsgeschäfte auszuführen, wird auf diesen hochkompatiblen Plattformen praktikabler und kostengünstiger.

Umgekehrt können niedrigere Äquivalenz-Typen (Typ 3 und Typ 4) eine fragmentiertere oder noch junge Handelsumgebung aufweisen. Obwohl sie Vorteile in Bezug auf die Beweiseffizienz und potenziell noch niedrigere Transaktionskosten bieten, kann die Anforderung von dApp-Modifikationen die Akzeptanz und Liquiditätsmigration verlangsamen. Trader könnten weniger etablierte Protokolle, kleinere Liquiditätspools und potenziell unterschiedliche Vertragsverhaltensweisen vorfinden, die unerwartete Risiken oder Chancen mit sich bringen könnten. Zum Beispiel könnte eine auf eine Typ-3- oder Typ-4-zkEVM portierte dApp subtile Unterschiede in ihrer Smart-Contract-Logik oder ihrem Gasverbrauch aufweisen, was die Rentabilität von Arbitrage-Bots oder die Ausführung komplexer Trades beeinträchtigen könnte. Darüber hinaus unterscheiden sich die Sicherheitsimplikationen; während alle zkEVMs darauf abzielen, die Sicherheit von Ethereum zu erben, gilt: je näher die Äquivalenz, desto weniger neuer Code und neue Logik werden eingeführt, was potenziell die Angriffsfläche für neuartige Fehler oder Exploits reduziert. Trader sollten daher den Äquivalenz-Typ bei der Bewertung der Reife, Sicherheit und des Handelspotenzials einer zkEVM-basierten Layer-2-Lösung berücksichtigen, da dies die Zuverlässigkeit und Effizienz ihrer Handelsaktivitäten direkt beeinflusst.

Risiken

Der Einsatz und die Akzeptanz von zkEVMs bergen trotz ihres Versprechens mehrere inhärente Risiken, die Trader und Benutzer berücksichtigen müssen. Ein erhebliches Risiko sind Sicherheitslücken innerhalb des Zero-Knowledge-Beweissystems selbst. Der Bau eines robusten und fehlerfreien ZK-Provers ist eine unglaublich komplexe Aufgabe, und jeder Fehler könnte potenziell zu falschen Zustandsübergängen oder sogar zum Diebstahl von Geldern führen. Während Typ-1-zkEVMs die höchste Treue zur Ethereum-Sicherheit anstreben, führen selbst sie neue kryptografische Komponenten ein, die streng geprüft und in der Praxis getestet werden müssen. Niedrigere Äquivalenz-Typen könnten durch die Einführung von mehr benutzerdefinierter Logik oder unterschiedlichen Ausführungsumgebungen unbeabsichtigt neue Angriffsvektoren schaffen oder bestehende Schwachstellen schwerer erkennbar machen.

Ein weiteres kritisches Risiko ist die Zentralisierung. Viele zkEVMs, insbesondere in ihren frühen Phasen, verlassen sich auf zentralisierte Sequencer oder Prover, um Transaktionen zu bündeln und Proofs zu generieren. Dies führt zu einem Single Point of Failure und potenziellen Zensurrisiken, bei denen eine zentralisierte Entität Transaktionen verzögern oder blockieren könnte. Obwohl Roadmaps typischerweise die Dezentralisierung vorsehen, birgt die Übergangszeit ein Risiko für die Zensurresistenz und Lebendigkeit, die Trader von Blockchain-Netzwerken erwarten. Darüber hinaus ist die Liquiditätsfragmentierung ein Problem. Wenn verschiedene zkEVMs mit unterschiedlichen Äquivalenz-Typen an Bedeutung gewinnen, könnte sich die Liquidität auf mehrere Layer 2 verteilen, was es für Trader schwieriger macht, tiefe Märkte zu finden, und potenziell zu erhöhter Slippage und weniger effizienter Preisfindung führt. Schließlich bergen die Entwicklerakzeptanz und die Reife des Ökosystems Risiken. Wenn ein bestimmter zkEVM-Typ Schwierigkeiten hat, Entwickler anzuziehen oder kein lebendiges dApp-Ökosystem fördert, könnte seine langfristige Rentabilität und Nützlichkeit für Trader begrenzt sein, was den Wert der darin gesperrten Vermögenswerte beeinträchtigt.

Geschichte und Beispiele

Das Konzept der zkEVMs entstand aus der breiteren Forschung zu Zero-Knowledge-Rollups (ZK-Rollups) als Lösung für die Skalierbarkeitsprobleme von Ethereum. Frühe ZK-Rollups, wie StarkNet und zkSync 1.0, konzentrierten sich auf spezifische Kompatibilität auf Anwendungsebene oder benutzerdefinierte virtuelle Maschinen, die oft von Entwicklern verlangten, in neuen Sprachen zu schreiben oder ihren Code erheblich anzupassen. Obwohl dies für die Beweisführung sehr effizient war, schränkte dieser Ansatz ihre Fähigkeit ein, das riesige bestehende dApp-Ökosystem und die Entwicklertools von Ethereum zu nutzen.

Der Drang nach EVM-Kompatibilität wurde entscheidend, um das volle Potenzial von ZK-Rollups freizusetzen. Vitalik Buterins Kategorisierung der zkEVM-Typen im Jahr 2022 lieferte einen klaren Rahmen zum Verständnis der verschiedenen Ansätze, die Projekte verfolgten. Dieser Rahmen hob die Kompromisse zwischen perfekter EVM-Emulation und den praktischen Herausforderungen der ZK-Beweisführung hervor. Seitdem haben zahlreiche Projekte aktiv zkEVMs über das gesamte Spektrum hinweg entwickelt:

• Typ 1 (Ethereum-Äquivalent): Projekte wie Taiko sind führend und zielen darauf ab, eine zkEVM zu bauen, die die Ausführung von Ethereum direkt beweisen kann, um das höchste Maß an Kompatibilität und Sicherheit zu bieten. Dies ist das ehrgeizigste Ziel, das erhebliche kryptografische und technische Durchbrüche erfordert.
• Typ 2 (EVM-Äquivalent): Polygon zkEVM und Scroll sind prominente Beispiele in dieser Kategorie. Sie haben erhebliche Fortschritte bei der Schaffung von zkEVMs gemacht, die hochgradig mit EVM-Bytecode kompatibel sind, sodass die meisten bestehenden Ethereum-dApps mit minimalen oder keinen Änderungen migrieren können. Ihr Fokus liegt darauf, ein nahtloses Entwickler- und Benutzererlebnis zu bieten und gleichzeitig starke Sicherheitsgarantien aufrechtzuerhalten.
• Typ 3 (Partiell EVM-Kompatibel): zkSync Era (insbesondere in ihren früheren Iterationen) kann als Beispiel angesehen werden, wobei der Fokus darauf lag, eine ZK-freundliche Umgebung bereitzustellen, die Solidity unterstützt, auch wenn dies einige Abweichungen vom strikten EVM-Verhalten für die Beweiseffizienz bedeutete. Obwohl sie eine hohe Kompatibilität anstreben, könnten sie spezifische Optimierungen einführen, die das EVM-Verhalten leicht verändern.
• Typ 4 (Sprach-Äquivalent): StarkNet mit seiner Cairo VM repräsentiert diesen Ansatz. Obwohl es nicht direkt EVM-Bytecode ausführt, ermöglicht es Entwicklern, Smart Contracts in Cairo zu schreiben, die dann effizient kompiliert und bewiesen werden können. Projekte wie Kakarot bauen einen EVM-Layer auf der Cairo VM von StarkNet auf, der Solidity effektiv nach Cairo kompiliert und zeigt, wie sprachäquivalente Systeme dennoch dem breiteren Ethereum-Ökosystem dienen können.

Diese Beispiele veranschaulichen die vielfältigen Strategien, die von verschiedenen Teams angewendet werden, um die Ideale der EVM-Kompatibilität mit den Realitäten der Zero-Knowledge-Proof-Generierung in Einklang zu bringen und die Grenzen der Blockchain-Skalierbarkeit zu erweitern.

Häufige Missverständnisse

Mehrere häufige Missverständnisse umgeben die zkEVM-Äquivalenz-Typen, die oft zu Verwirrung über ihre Fähigkeiten und Implikationen führen. Ein weit verbreitetes Missverständnis ist, dass alle zkEVMs im Grunde gleich sind und sich nur im Branding unterscheiden. Dies übersieht die entscheidenden Unterschiede, die durch die Äquivalenz-Typen definiert werden. Wie besprochen, unterscheidet sich eine Typ-1-zkEVM in ihrem Design, ihrer Komplexität und ihren Kompatibilitätsgarantien erheblich von einer Typ-4-zkEVM. Die Annahme der Gleichförmigkeit kann zu einer Fehleinschätzung der Einfachheit der dApp-Migration, des Potenzials für unerwartetes Verhalten oder der zugrunde liegenden Sicherheitsannahmen einer bestimmten Layer-2-Lösung führen. Trader könnten beispielsweise annehmen, dass jede dApp nahtlos auf jede zkEVM verschoben werden kann, was weit von der Wahrheit entfernt ist und potenziell ihre Fähigkeit beeinträchtigt, auf bestimmte Protokolle oder Liquiditätspools zuzugreifen.

Ein weiteres Missverständnis ist, dass niedrigere Äquivalenz-Typen (Typ 3 und Typ 4) von Natur aus minderwertig oder "schlechter" sind als höhere Typen. Dies ist nicht unbedingt der Fall. Während höhere Äquivalenz-Typen eine größere Kompatibilität mit bestehenden Ethereum-dApps bieten, sind niedrigere Typen oft so konzipiert, dass sie eine deutlich höhere Effizienz bei der Generierung von Zero-Knowledge-Proofs aufweisen. Diese Effizienz kann zu niedrigeren Transaktionsgebühren und schnelleren Finalisierungszeiten führen, was für bestimmte Anwendungen oder Benutzer, die bereit sind, die erforderlichen dApp-Anpassungen vorzunehmen, von Vorteil sein kann. Der