ZK-EVM: الكأس المقدسة لتقنية ZK-Rollup

كان توسيع نطاق الإيثيريوم موضوعاً ساخناً ينتظره العديد من المستخدمين بفارغ الصبر. هناك اعتقاد خاطئ شائع بأن دمج الإيثيريوم في سبتمبر 2022، الذي انتقل بآلية التوافق من إثبات العمل إلى إثبات الحصة، سيحسن أداء الإيثيريوم. في الواقع، لم يغير الدمج حجم الكتلة، وانخفض وقت الكتلة فقط من متوسط 13 ثانية إلى 12 ثانية، مما يعني أن مكاسب الأداء المتوقعة ستكون محدودة. لا يزال أمل توسيع نطاق الإيثيريوم على المدى القصير يعتمد على شبكات الطبقة الثانية (Rollups). من بين نهجي الـ Rollup الرئيسيين - Optimistic Rollup و ZK-Rollup - يفضل الكثير من الناس النهج الأخير. لا يقوم ZK-Rollup فقط بتخفيض رسوم الشبكة من خلال تجميع معاملات متعددة خارج السلسلة، ولكنه يرث أيضاً أمان الإيثيريوم من خلال إثبات المعرفة الصفرية، مما يلغي الحاجة إلى فترة التحدي كما في Optimistic Rollup.

ZK-Rollups للمدفوعات فقط

تعرضت ZK-Rollups المبكرة للانتقاد بسبب افتقارها إلى التوافق مع EVM وبالتالي عدم دعم وظائف العقود الذكية. على سبيل المثال، zkSync 1.0، طريقة الدفع الرئيسية للتبرع في Gitcoin، يمكنه فقط دعم التحويلات الأساسية. تطبيقات ZK الحالية، مثل dYdX، مخصصة وغير قابلة للتشغيل البيني، مما يجعل التطوير صعباً. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم تطبيقات ZK المختلفة دوائر مخصصة متميزة، مما يحد من قابلية التركيب. لذلك، يحتاج السوق بشكل عاجل إلى ZK-Rollup متوافق مع العقود الذكية للإيثيريوم، حيث تكمن العقبة الرئيسية في تحقيق آلة افتراضية متوافقة مع إثبات المعرفة الصفرية. ستقدم هذه المقالة EVM و ZK-EVM والمشاريع الرئيسية لـ ZK-EVM واختلافاتها.

ما هو EVM؟

تعمل الآلة الافتراضية للإيثيريوم (EVM) كمحرك تنفيذ للإيثيريوم، وتعمل كبيئة تشغيل للعقود الذكية. يكتب المطورون المنطق التجاري بلغات عالية المستوى مثل Solidity، والتي يتم تجميعها بعد ذلك في بايت كود. يترجم EVM هذا البايت كود إلى رموز تشغيل مقروءة آلياً، وينفذ التعليمات المقابلة لتحديث حالة النظام. EVM هو آلة افتراضية قائمة على المكدس تتفاعل مع المكدس والذاكرة والتخزين. بالنسبة للإيثيريوم والعديد من حلول التوسيع أو السلاسل المنافسة، أصبح EVM مرادفاً لنظام الإيثيريوم البيئي، ممثلاً مطوريه وتطبيقاته وأدواته. يجب على سلاسل الكتل غير المتوافقة مع EVM بناء نظامها البيئي الخاص، مما يتطلب من المطورين إعادة إنشاء التطبيقات والأدوات. يسمح التوافق مع EVM للمطورين بترحيل عقود الإيثيريوم الحالية والوصول إلى أدوات الإيثيريوم بسلاسة.

ظهور ZK-EVM

على الرغم من أن EVM يلعب دوراً حاسماً في نظام الإيثيريوم البيئي، فإن تطوير ZK-EVM يمثل تحدياً. يقوم ZK-EVM بإنشاء إثباتات معرفة صفرية مع كونه متوافقاً مع EVM، مما يسمح بنشر العقود الذكية للإيثيريوم دون تعديل والتحقق من الحسابات عبر إثبات المعرفة الصفرية. لم يتم تصميم EVM مع مراعاة التوافق مع ZK نظراً لأن خوارزميات إثبات المعرفة الصفرية، مثل zk-SNARKs، لم يتم تبنيها على نطاق واسع حتى عام 2016 من قبل Zcash. بعض عمليات EVM غير ودية لـ ZK، مما يجعل إنشاء الإثبات صعباً أو بطيئاً أو كبيراً.

تطوير ZK معروف بتعقيده، حيث يتضمن خبرة في التشفير والرياضيات والأجهزة. يضيف بناء ZK-EVM إلى هذا التحدي لأنه يتطلب كلاً من التوافق مع EVM والتوافق مع ZK. لحسن الحظ، تم إحراز اختراقات كبيرة في تقنية ZK في السنوات الأخيرة. قام اللاعبون في مجال ZK-EVM، بما في ذلك Starkware و zkSync 2.0 و Polygon و Scroll، بتسريع تطوير ZK-EVM، مع إعلان معظمهم عن إطلاق الشبكة الرئيسية بدءاً من عام 2023.

مقارنة مشاريع ZK-EVM

لا تتبع ZK-EVMs تصميماً أو معياراً موحداً، وكل مشروع يحقق توازنه الخاص بين التوافق مع EVM ودعم ZK. هناك نهجان رئيسيان:

1. دعم على مستوى لغة البرمجة: تخصيص رموز تشغيل EVM للتحسين من أجل ZK، وإعادة هيكلة الآلة الافتراضية لدعم العمليات الصديقة لـ ZK وتجميع Solidity في رمز تشغيل VM جديد.

2. دعم على مستوى البايت كود: الحفاظ على توافق رموز تشغيل EVM الأصلية.

تتضمن المشاريع في الفئة الأولى StarkNet من Starkware و zkSync 2.0. يمكن لـ StarkNet تشغيل أي تطبيق لامركزي على إيثريوم من خلال تجميع لغة Solidity إلى لغة StarkNet المسماة Cairo، للنشر على الآلة الافتراضية المتوافقة مع تقنية الإثبات صفري المعرفة. وبالمثل، يحقق zkSync 2.0 وظائف ZK-EVM من خلال مترجمات Yul و Zinc، حيث يعمل Yul كتمثيل وسيط لـ Solidity و Zinc، وهي لغة مبنية على Rust، للعقود الذكية ودوائر الإثبات صفري المعرفة العامة. كلاهما مبني على إطار عمل LLVM لتمكين شفرة البايت ZK-EVM عالية الكفاءة.

توفر هذه المشاريع توافقاً مع Solidity على مستوى اللغة، مما يسمح للمطورين بترحيل عقود Solidity، رغم أن بنية الآلة الافتراضية الأساسية تختلف عن EVM وهي تقنياً zkVM. قد لا تعمل بعض أدوات المطورين الحالية مباشرة بسبب اختلاف مجموعات تعليمات الآلة الافتراضية، لكن هذا النهج أكثر ملاءمة لتقنية الإثبات صفري المعرفة ويمكنه توليد الإثباتات بكفاءة أكبر.

في النهج الثاني، تحافظ مشاريع مثل Polygon ZK-EVM و Scroll على التوافق الأصلي مع شفرة عمليات EVM. تستخدم uVM من Polygon، وهي آلة افتراضية محسنة للإثبات صفري المعرفة، شفرات عمليات مخصصة لتحسين عمليات EVM من خلال تجميع شفرة البايت EVM إلى شفرات عمليات صغيرة للتنفيذ. Polygon ZK-EVM متوافق بالكامل مع EVM، مما يتيح التشغيل السلس للعقود الذكية الحالية وأدوات المطورين والمحافظ. وبالمثل، يصمم Scroll دوائر لكل شفرة بايت، للتحقق من كل خطوة تنفيذ EVM، بما في ذلك تحميل شفرة البايت وتنفيذ شفرات العمليات وتحديث التخزين.

في مدونة فيتاليك، يصنف ZK-EVMs إلى أنواع. يشير النوع 1 إلى ZK-EVMs المطورة مباشرة على إيثريوم، وهي معقدة وغير فعالة، مع استمرار الأبحاث من قبل مؤسسة إيثريوم. الأنواع 2 و2.5 و3 هي ZK-EVMs مكافئة لـ EVM، مع وجود Scroll و Polygon Hermez حالياً في النوع 3، ويعملان نحو النوع 2.5 أو حتى النوع 2. يتضمن النوع 4 ZK-EVMs المتوافقة مع اللغات عالية المستوى، مثل Starkware و zkSync. ليس لهذه الأنواع ميزة أو عيب جوهري، حيث لا يوجد نموذج موحد لـ ZK-EVM. كما ذكر فيتاليك، "نظرياً، لا حاجة لإيثريوم لتوحيد تنفيذ ZK-EVM واحد للاستخدام في الطبقة الأولى؛ يمكن للعملاء المختلفين استخدام إثباتات مختلفة، وبالتالي نستمر في الاستفادة من تكرار الكود."

الخاتمة

لكل حل ZK-EVM نقاط قوة فريدة، وبما أن معظم المشاريع لم تفتح مصدر كودها بعد، فإن مقارنات الكفاءة غير متوفرة. باعتبارها أكبر منصة للعقود الذكية، فإن النظام البيئي لإيثريوم وتأثيرات الشبكة قوية. ZK-EVM، الكأس المقدسة لـ ZK-Rollups، يستفيد من النظام البيئي لإيثريوم وتأثيرات الشبكة لوراثة أمانها، وتقليل الرسوم، وتعزيز نظام بيئي نابض بالحياة للمطورين. في أوائل عام 2021، اقترح فيتاليك في مدونته أن Optimistic Rollup قد يتفوق في حساب EVM العام على المدى القصير، بينما قد يتفوق ZK-Rollup في المدفوعات البسيطة والتداولات وحالات الاستخدام المحددة للتطبيقات. ومع ذلك، مع التقدم في تقنية zk-SNARK، يمكن أن يسود ZK-Rollup في جميع حالات الاستخدام على المدى المتوسط إلى الطويل. مع إطلاق العديد من مشاريع ZK-EVM للشبكات الرئيسية، يبدو مشهد التوسع في الطبقة الثانية لإيثريوم مثيراً في المستقبل القريب.