深度解析zkSync 2.0架构与核心基础设施

编译作者：水多多|zkSync

我可以把你比作夏日吗？你的可扩展性和安全性更高。狂风确实震撼了五月亲爱的心灵，夏天的租约日期太短了。——中本聪莎士比亚，2021介绍

面对最大的技术挑战，我们开始在与EVM兼容的环境中部署智能合约。测试网的第一个版本已经上线：您已经可以使用区块浏览器查看zkSync2.0上的活动。在这篇文章中，我们将深入解释每个关键组件、提供进度更新以及下一个版本的计划。主要成就

在密码学方面，zkEVM的指令集已经完成，两种实现都完成了：在电路中和在执行环境中。在编译器方面，用Solidity和Zinc编写的智能合约现在可以编译成zkEVM字节码。在核心基础设施方面，全节点集成已完成，能够成功部署和执行已编译的智能合约。虽然zkEVM和核心2.0基础设施已准备好公开，但编译器需要做更多工作才能正确覆盖所有边缘情况。为了提供更全面的开发者体验，我们决定在编译器100%可靠后立即开放对zkEVM、编译器和核心SDK的访问。zkSync2.0与以太坊的比较

国务院：推动区块链等新技术与交通行业深度融合:金色财经报道，1月18日国务院印发《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》。规划显示，坚持创新驱动发展，推动互联网、大数据、人工智能、区块链等新技术与交通行业深度融合，推进先进技术装备应用，构建泛在互联、柔性协同、具有全球竞争力的智能交通系统，加强科技自立自强，夯实创新发展基础，增强综合交通运输发展新动能。[2022/1/18 8:57:07]

大多数东西看起来和感觉都是一样的。以下是一些重要的区别：Solidity智能合约

支持以太坊中的大多数操作码！但是，也有一些例外：此版本不支持ADDMOD、SMOD、MULMOD、EXP和CREATE2操作码，但将来会支持。我们暂时不支持KECCAK256操作码，而是自动将其所有调用替换为调用另一个抗冲突哈希函数。KECCAK256稍后将作为预编译器引入。我们决定不包含SELFDESTRUCT操作码，因为以太坊计划将其删除。我们可能会删除对完整256位XOR/AND/OR操作码的支持，因为这些操作码仅存在于已编译的用于位掩码的可靠代码中。这可以由编译器使用其他操作码来完成。gas

在zkSync2.0中，有一个不同的gas概念。交易价格将根据当前的L1gas价格和ZKP生成成本而波动。智能合约调用将具有最大数量的zkEVM步骤和存储写入参数。Web3API

央行上海总部党委副书记：深度参与数据安全、数字货币等领域国际规则标准制定:12月4日，在第三届上海金融科技国际论坛暨首届长三角金融科技大会上，中国人民银行上海总部党委副书记、副主任兼上海分行行长金鹏辉表示，加快推进金融机构数字化转型，从决策运营、服务能力、用户体验多方面发力，打造数字核心竞争力，推动长三角数字生态协同共建，同时主动融入全球创新网络，深度参与数据安全、数字货币等领域国际规则标准制定。他还表示，积极发展绿色金融服务，依托金融科技深化绿色金融产品和服务创新，聚焦当前绿色金融展业痛点，加强金融科技创新应用，比如探索应用型科技、科学核算碳排放，丰富和完善绿色信息体系。（澎湃新闻）[2021/12/4 12:50:53]

下一个版本将包括我们的Web3API实现，它将与以太坊文档定义的Web3标准兼容。事件将开箱即用，所有服务都可以轻松集成。zkSync包括L1没有的功能，例如提交和最终块的概念。因此，将会有额外的方法让开发人员更精确地控制数据。Web3客户端代码将接收与您在以太坊上相同的数据，但可以使用“zksync_”命名空间请求专门的信息。因为zkSync有多种交易类型，并且使用EIP712签名，所以`eth_sendRawTransaction`数据的格式会与L1不同。但是，编码对应于以太坊ABI，所以支持它并不困难。签署交易

zkSync2.0中的交易可以通过2种方式授权：用户可以通过签署EIP712消息，使用他们的普通以太坊钱包签署交易。任何帐户都可以设置一个公钥来创建我们的内部Schnorr签名来签署交易。这允许基于智能合约的钱包与zkSync2.0进行交互，而无需发送L1消息的额外费用。存储效率提升

工信部辛国斌：推动区块链与金融深度融合 提高企业融资便利性:10月22日，在2020金融街论坛年会上，工业和信息化部副部长辛国斌表示，支持银行在合理区间自主、理性确定对制造业相关企业的贷款利率，发挥贷款市场报价利率方向性和指导性作用。辛国斌称，通过引导贷款利率下行等方式，推动金融部门降低企业融资综合成本，强化金融科技创新，推动大数据、云计算、区块链、人工智能与金融深度融合，提高制造企业融资的可得性和便利性。（新京报）[2020/10/22]

每个块仅应用一次存储槽覆盖。这意味着如果多个用户与单个AMM合约交互，则AMM合约的存储槽将仅被覆盖一次。这允许定序器在以后向用户退还单次写入的共享成本。预编译

“预编译”机制已计划好，但稍后会发布。我们计划首先支持keccak256、sha256哈希和ECDSA恢复原语。可以根据需求和复杂性考虑包含其他预编译，例如Blake2f轮函数。进一步的限制

zkSync2.0的第一次迭代可能会对每笔交易施加32次智能合约调用的额外限制，直到实施适当的记账机制为止。执行跟踪将有一个硬限制，但它将与以太坊块大小的当前限制相当，并且不应影响大多数协议。可能会有更多限制，但我们的目标是在最终版本中将它们减少到绝对最低限度。深入了解zkSync2.0架构

你可能听说过区块链三难困境，但在扩展以太坊时，还有第四个因素：可编程性。当前所有的扩展解决方案都存在于牺牲一些安全性、分散性和可编程性以实现可扩展性的范围内。zkSync2.0的设计结合了以下2项技术突破，最大限度地发挥了所有4项功能：zkEVM：为我们与EVM兼容的zkRollup提供动力的引擎，这是唯一支持L1安全性和可靠智能合约的解决方案。zkPorter：一个链下数据可用性系统，可扩展性比rollups高2个数量级。

上海经信委：推动工业互联网平台与区块链等深度融合:上海经信委：上海的目标包括，到2022年，实现工业互联网对实体经济引领带动效能显著，工业互联网核心产业规模达到1500亿元人民币等等。具体任务包括：推动工业互联网平台与5G、人工智能、区块链等深度融合，打造10个“5G＋工业互联网”先导应用；建立长三角工业互联网平台应用创新体验中心；聚焦航天航空、高端装备、生物医药等区域重点产业，面向全球开放工业场景，培育工业互联网标杆平台和龙头企业等等。[2020/6/19]

由于zkEVM和zkPorter是可互操作和可组合的，zkSync2.0能够显着优于所有其他扩展解决方案。目前的共识是Eth2数据分片将在2022年底到来，以在不牺牲去中心化的情况下提供指数级更大的数据可用性层。zkSync的zkRollup技术与Eth2数据分片相结合是最终目标，在不牺牲任何4个因素的情况下达到100,000+TPS。状态树

动态 | 华宇软件：目前已规划十四项基于司法链的应用服务，其将法院业务与区块链技术深度融合:据新浪财经报道，华宇软件董秘回答投资者提问时表示，在最高人民法院信息中心的指导下，公司联手蚂蚁金服共同建设法院司法链平台，将法院业务与区块链技术深度融合，目前已规划十四项基于司法链的应用服务，现已为法院或当事人提供办案全流程规范化监管、网络著作权存证云等五项链上服务。[2019/9/25]

zkSync2.0状态树覆盖了以太坊的全部160位地址空间。每个帐户将驻留在状态的zkRollup部分或zkPorter部分。zkRollup和zkPorter账户完全一样，除了一个组件：保证数据可用性。zkRollup交易数据通过calldata发布到以太坊，zkPorter交易数据发布到zkSyncGuardian网络，zkSync代币持有者参与权益证明。发布数据的地方是成本和安全性之间的权衡。zkPorter交易比汇总交易便宜得多，但它有可能冻结您的资金。然而，zkRollup和zkPorter账户的有效性都是通过零知识证明和以太坊来保证的。也就是说，zkPorter中的资金只能被冻结，不能被盗。zkRollup和zkPorter账户的互操作性和可组合性让每个用户都有机会成为zkSync中的一等公民。部署在zkRollup端的Uniswap可以通过zkPorter账户访问以换取最低费用。zkSync2.0是一个系统，专为整个金融领域的用户而设计。密码学

我们的VM，通常称为zkEVM，不是EVM1:1副本，而是旨在能够运行99%的用Solidity编写的合约并保持其相同的行为，例如在恢复和异常期间。同时，编写zkEVM以在电路中高效地产生零知识证明。这是在我们的证明系统没有任何重大变化的情况下完成的；我们继续将PLONK与自定义门和查找表和以太坊的BN-254曲线一起使用。这是有利的，因为自2020年6月以来，该证明系统已在zkSync1.0以及使用相同证明系统的其他项目中进行了实战测试。经过数月的努力，我们再次激动地宣布：zkEVM的指令集已经完成并在电路和执行环境中实现。这里有一个重要的区别：电路和执行环境中的实现是分开的，用于不同的目的。生成执行跟踪的证明并提供见证是电路的工作，但这非常慢。另一方面，执行环境是rust中zkEVM的直接实现，高效且快速。如果我们要依靠电路来生成和执行证明，那么交易的最终确定性将需要数小时。证明生成和简单执行的分离使得zkSync上的交易能够即时结算。接下来，我们专注于将zkEVM和编译器结合在一起，并将递归结合在一起：块之间的递归，它允许我们为N个块发布一个证明，块内的递归，它聚合块的不同逻辑部分的子证明.这是简单的部分！自2020年6月以来，zkSync1.0的主网上已经使用了块之间的递归聚合证明。有关块内递归以及我们的zkEVM如何工作的更多信息，请观看此视频说明。编译器

我们正在同时开发两个针对zkEVM的编译器前端：Yul和Zinc。Yul是一种中间Solidity表示，可以编译为不同后端的字节码。Zinc是我们用于智能合约和通用零知识证明电路的基于Rust的语言。因为编译器是使用LLVM框架构建的，所以可以认为它具有前端Yul→LLVMIR和后端LLVMIR→zkEVM字节码。采用LLVM带来了几个主要优势：LLVM优化框架无与伦比：它从LLVMIR生成最高效的zkEVM字节码。使用较新版本的Solidity或Zinc，编译器前端将处理所有更改，而LLVM将使我们脱离对编译器后端的更改。将来，如果开发人员想用原生Rust或Javascript编写智能合约，只需构建该语言的编译器前端，智能合约就可以在zkSync中开箱即用。编译器的安全性对我们来说至关重要，并且已经通过了多套测试：Zinc和Yul编译器中的词法、语法和语义测试。我们对Zinc和Solidity的集成测试贯穿整个智能合约生命周期：从解析源代码到合约部署和在zkSync上执行交易。从Solidity存储库集成的广泛测试套件，并适用于我们的集成测试工具。每个套件已经包含数千个测试，我们将把这个数字至少增加一个数量级。我们的2个编译器已经成功部署并执行了两种语言的简单智能合约。但是还有更多的优化需要完成，一些复杂的LLVMIR语句需要翻译成zkEVM字节码。因此，我们决定在编译器处于更强大的状态之前不发布它。编译器完成后，我们将专注于让Zinc更具表现力和功能丰富，然后构建Rust编译器前端以允许使用原生Rust编写智能合约。核心基础设施

zkSync2.0核心由几个关键角色组成：全节点

通过虚拟机实现zkEVM字节码的预电路执行器环境状态在交易发送后几秒钟内可用，过滤掉可能使区块膨胀的明显不正确的交易，在内存池中执行交易并生成块。证明者

接收区块的见证人并生成零知识证明，用于并行证明生成的证明者接口，自定义证明者自动缩放器，可按需创建和终止证明者机器。交互者

用于观看和与以太坊L1交互的工具，根据代币价格、ZKP生成成本和L1gas价格计算交易费用。偏执狂监视器

Prometheus、elastic、sentry、uptime、几个独立的事件通知系统和自定义健康检查服务。这个核心基础设施功能齐全，已经集成了zkEVM执行器！让我们谈谈

编译器完成后，我们将一起共享对所有组件的访问权限！开发人员将能够部署Solidity/Zinc智能合约并通过Web3API进行交互。

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