撰文：Vitalik Buterin，以太坊联合创始人

特别感谢 PSE、Polygon Hermez、Zksync、Scroll、Matter Labs 以及 Starkware 团队的讨论和审查。

最近有很多“ZK-EVM”项目发布了华丽的公告，比如 Polygon 开源了他们的 ZK-EVM 项目，ZKSync 发布了他们的 ZKSync 2.0 计划，而相对较新的 Scroll 在最近也宣布了他们的 ZK-EVM。隐私和扩容探索团队（Privacy and Scaling Explorations）、Nicolas Liochon 等人的团队‌、从 EVM 到 Starkware 的 Cairo 语言的 alpha 编译器‌也在不断努力，当然，还有一些是我错过的。

所有这些项目的核心目标都是相同的：使用 ZK-SNARK 技术来制作类似以太坊交易执行的密码学证明，或者更容易验证以太坊区块链本身，或者构建与以太坊提供的功能相当（接近）但可扩展性更强的 ZK-Rollup。但这些项目之间存在细微的差异，以及它们在实用性和速度之间做出了权衡。这篇文章将试图描述 EVM 等效的不同“类型”的分类法，以及尝试实现每种类型系统的好处与代价。

ZK-EVM 概览图

类型 1：完全等效于以太坊

类型 1 的 ZK-EVM 力求完全且毫不妥协地与以太坊等效，它们不会改变以太坊系统的任何部分来更容易生成证明。它们不会取代哈希、状态树、tx 树、预编译或任何其他共识逻辑，无论这些逻辑多么次要。

优点：完美兼容

目标是能够像今天一样验证以太坊区块，或者至少验证执行层端（因此，不包括信标链共识逻辑，但包括所有交易执行和智能合约和账户逻辑）。

类型 1 的 ZK-EVM 是我们最终需要的，它使以太坊 L1 层本身更具可扩展性。从长远来看，在类型 2 或类型 3 ZK-EVM 中测试过的以太坊修改可能会引入到以太坊本身，但这种重新架构也有其自身的复杂性。

类型 1 的 ZK-EVM 也是 Rollup 的理想选择，因为它们允许 Rollup 重用大量基础设施。例如，以太坊执行客户端可以按原样使用来生成和处理 Rollup 区块（或者至少，一旦实现提款，它们就可以使用，并且可以重新使用该功能来支持将 ETH 存入 Rollup 中），因此例如区块浏览器、区块生产等工具都是非常容易重新使用的。

缺点：证明者（prover）时间

以太坊最初并不是围绕 ZK 友好性设计的，因此以太坊协议的许多部分需要大量计算才能进行 ZK 证明。类型 1 的 ZK-EVM 旨在精确复制以太坊，因此它无法缓解这些低效率问题。目前，以太坊区块的证明需要很多小时才能够产生。这可以通过巧妙的工程大规模并行化证明者（prover）来缓解，长期也可以通过 ZK-SNARK ASIC 来缓解。