ZKEVM چیست؟ معرفی جدیدترین راهکار ماشین مجازی اتریوم

شبکه‌های بلاکچین، در حال حاضر یکی از محبوب‌ترین سیستم‌های خلق‌شده در دنیای فناوری محسوب می‌شوند. تغییر و تحولات بزرگ حوزه فناوری منجر به پیدایش سیستم‌های خلاقانه مثل متاورس، ان اف تی و غیره شده‌اند که همگی بر بستر بلاکچین کار می‌کنند.یکی از اساسی‌ترین نکات این شبکه‌ها امنیت رمزنگاری آن‌هاست. اصول و قواعد ZKEVM، به اهمیت استفاده از ابزارهای بیشتر برای محافظت و تامین امنیت شبکه‌های بلاکچین اشاره دارند. سال‌هاست که راهکارهای مختلفی برای رفع مشکل مقیاس‌پذیری ارائه می‌شوند و هیچ‌کدام کارساز نیستند. اما حالا و با ظهور راهکار ZKEVM، امیدی در دنیای کریپتوکارنسی در حال درخشش است.

سال‌های بسیاری است که منتقدان شبک Ethereum از کُند بودن آن شکایت دارند. پروتکل اصلی شبکه می‌تواند در عرض ۱۰ تا ۱۵ ثانیه همه تراکنش‌ها را مدیریت کند. اما حالا با وجود ZKEVM، توسعه‌دهندگان به راهکاری رسیده‌اند که تراکنش‌ها را به لایه دوم اتریوم منتقل می‌کنند تا آن‌ها با سرعتی بیشتر انجام شوند. با ما در این مقاله از والکس همراه شوید تا کاملا درک کنید که راهکار جدید مبتنی بر پروتکل Zero Knowledge Proof دقیقاً چیست، چگونه کار می‌کند و چه ویژگی‌هایی دارد.

کابوسی به اسم مقیاس‌پذیری در بلاکچین

پیش از ورود به بحث اصلی، لازم است یادآور شویم که توسعه‌دهندگان و کاربران شبکه اتریوم در طول تابستان گذشته، از طریق شبکه DeFi، رونق بازار کریپتوکارنسی و تجربه خوب سال‌های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۲، به سود قابل توجهی رسیدند. پس از این اتفاقات بود که قیمت اتریوم و کارمزد گس (gas) به‌اندازه‌ای افزایش پیدا کرد که قابل تصور هم نبود و شبکه شلوغ‌تر از هر زمان دیگری شد. وقتی هم که خطر افزایش کارمزد در هر پروژه موفق افزایش پیدا کند، توسعه‌دهندگان برای بهبود و کاربران برای عرضه، انگیزه‌ای نخواهند داشت.

برای این‌که کابوس‌های تکراری از بین بروند، راهکارهایی مختلف از جمله Rollup، راهکار Sidechain و غیره ارائه شدند. اما مشکل مقیاس‌پذیری، بزرگ‌تر و قدرتمندتر از سایر خطرات و کابوس‌های شبکه به قوت خودش وجود داشت.

با وجود مجموعه‌های کارآمد و خوب مثل آربیتروم (Arbitrum) و اوپتیمیسم (Optimism)، مجموعه‌ای با عنوان دانش صفر (Zero Knowledge) یا ZK ارائه شد. مجموعه‌های ZK، علی‌رغم ناشناس بودن، تاثیر بسیاری روی کابوس‌های Ethereum گذاشتند و بسیاری از آن‌ها به‌عنوان جام مقدس اتریوم در برابر مقیاس‌پذیری یاد می‌کنند. برای این‌که درکی بهتر از چیستی و ساختار ZKEVM داشته باشید، بهتر است که ابتدا با مفهوم و ساختار تشکیل‌دهنده ZK-rollup آشنا شوید.

ZK-rollup چیست و چه ارتباطی با ZKEVM دارد؟

سیستم ZK-roollups، مجموعه‌ای منحصربه‌فرد است که تراکنش‌ها را خیلی سریع‌تر از هر سیستم دیگری در شبکه بلاکچین انجام می‌دهد. این فرایند هیچ نیازی به مکانیزم Delay Period ندارد و به‌همین دلیل است که از هر سیستم دیگری سریع‌تر عمل می‌کند. همچنین مقرون‌به‌صرفه است؛ چرا که کارمزد بسیار کم‌تری دارد؛ نیازی به ارسال تمام داده‌ها به اتریوم ندارد و فقط مدرک تراکنش را تایید می‌کند.

در گذشته از zkRollup برای شکل دادن به قراردادهای هوشمند استفاده می‌شد. با این حال، تعداد کمی از مجموعه‌های آن می‌توانند تراکنش‌های ساده (از جمله معامله توکن‌ها و اتمیک سوآپ ) را انجام دهند. توسعه‌دهندگان این سیستم حالا گامی بزرگ در راستای حل مشکلات Ethereum برداشته‌اند و شکل جدید آن را به‌نحوی طراحی کرده‌اند که با ماشین مجازی اتریوم یا EVM سازگاری دارد.

ماشین EVM، یک مولفه یا فاکتور مجازی است که در همه نودها شبکه وجود دارند.این ماشین، قرارداد هوشمند (معمولاً قراردادهایی که با زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا مثل Solidity نوشته شده‌اند) را به بایت کد EVM یا EVM Bytecode تبدیل می‌کنند. حالا مجموعه‌های ZK-rollups سازگار با EVM به محیطی مخصوص برای اجرای کد نیاز دارند تا از بایت کد پشتیبانی شود. نوع سازگار rollupها که با EVM هماهنگ هستند، اصطلاحاً ZKEVM نامیده می‌شوند.

آشنایی با ZKEVM 

واژه ZKEVM، مخفف عبارت کامل ماشین مجازی اتریوم با دانش صفر یا Zero-knowledge Ethereum Virtual Machine است. هدف از zk-EVM، این است که محیط Ethereum به‌صورت مجموعه‌ای تکرار شده و این امکان برای توسعه‌دهنده فراهم شود که شبکه‌ای شبیه را روی آن محیط بسازد. هدف دیگر، استفاده از دانش صفر برای ارتقای تجربه اتریوم به سیستم بلاکچین‌های لایه ۲ است.

سیستم نوآورانه و جدید zk-EVM، برای اولین‌بار در سال ۲۰۱۴ مورد بحث و بررسی قرار گرفت تا این‌که بالاخره به یک فناوری واقعی تبدیل شد. در حال حاضر، بازیگران نقش اول توسعه Ethereum یعنی شبکه پالیگان و Scroll در حال ساخت آن هستند و سایرین هم قصد دارند تا از روی همین اصول پیروی کنند. سیستم ZKEVM، در واقع یک نسخه بازسازی‌شده از زیرساخت‌های محاسباتی شبکه است. جالب است بدانید که ماشین مجازی EVM است که شبکه را به سیستمی کارآمد تبدیل می‌کند و با استفاده از پروتکل‌های دانش صفر (ZK)، موانع را از میان بر می‌دارد.

سیستم zk-EVM چگونه کار می‌کند؟

هیچ تفاوتی بین ZK-rollups و zk-EVM وجود ندارد؛ به‌جز این‌که نسخه zk-EVM ارتقایافته محسوب می‌شود. انواع آن از عملکرد کلی مجوعه‌های دانش صفر پیروی می‌کنند. آن‌ها تراکنش‌هایی که خارج از زنجیره بلاکچین وجود دارند را به‌صورت دسته‌ای انجام می‌دهند و تکمیل می‌کنند. نهایتاً گزارش رمزنگاری‌شده تکمیل ارسال می‌شود تا درستی معاملات در اتریوم، اثبات شود.

برای این‌که درکی بهتر از نحوه عملکرد ZKEVM داشته باشید، باید بدانید که انواع مختلفی از آن وجود دارند که هرکدام از آن‌ها در اختیار پروژه‌های مختلف دنیای کریپتوکارنسی هستند. گرچه همه پروژه‌های مبتنی بر آن یک هدف مشترک دارند، اما رویکرد و عملکرد آن‌ها از زمین تا آسمان متفاوت است. ویتالیک بوترین (Vitalik Buterin)، بنیان‌گذار اتریوم، انواع zk-EVM را به ۴ شکل یا تایپ مختلف دسته‌بندی کرده است. در ادامه بررسی آن‌ها می‌پردازیم:

تایپ-۱ (type-1): سیستم معادل اتریوم

طبق برآورد توسعه‌دهندگان، انتظار می‌رود که Type-1، چیزی معادل Ethereum باشد. به‌عبارت ساده‌تر در این تایپ هیچ تغییری در تراکنش‌ها، کدهای هش و جزئیات دیگر رخ نداده است. تایپ-۱ با همه برنامه‌های انحصاری یا اصطلاحاً بومی شبکه اتریوم سازگاری دارد. با تمامی این اوصاف، هنوز هم به زمان بیشتری نیاز است تا این سیستم بتواند به همان اندازه که پیش‌بینی شده است، بازدهی داشته باشد.

تایپ-۲ (type-2): سیستم معادل ماشین مجازی اتریوم (EVM)

به‌جای معادل‌سازی، برای شبیه‌سازی یک سیستم معادل با EVM طراحی شده است. تایپ-۲ سیستم zk-EVM از بیرون شبیه به شبکه اتریوم است، اما تغییرات اساسی آن باعث شده‌ که تراکنش‌ها با سرعت و توسعه‌ها به‌آسانی انجام شوند. با این حال، انتظار می‌رود که تایپ ۲.۵ سیستم ZKEVM، با افزایش کارمزد گس در تراکنش‌ها، مسئله زمان ثابت یا Prover Time را بهبود ببخشد.

تایپ-۳ (type-3): خروج از EVM

همان‌طور که از عنوان تعریف‌شده پیداست، ساختار آن هیچ شباهتی به EVM ندارد. مهم‌ترین هدف تایپ-۳، این است که سیستمی مشابه EVM (نه خود EVM) را با مجموعه‌های دانش صفر یا ZK سازگار کند. به‌عبارت ساده‌تر، همه zk-EVMهای تایپ-۳، با اکثر برنامه‌ها سازگار هستند و دیگر نیازی نیست که حتماً پای یک EVM در میان باشد.

تایپ-۴ (type-4): پسرعموهای ناتنی EVM

تایپ چهارم سیستم zk-EVM، فقط با زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا نوشته شده است و اصلاً ساختاری معادل EVM ندارد. نکته ناامیدکننده، این است که با همه برنامه‌ها سازگاری ندارند و نمی‌توان انتظارات خاصی را از عملکرد آن‌ها داشت.

فناوری zk-SNARK و آینده zk-EVM

شبکه اتریوم، در آینده بسیار نزدیک دستخوش تغییرات گسترده و اساسی از جمله اتصال به فناوری zk-SARK می‌شود. به‌عبارت ساده‌تر، همه تایپ‌های zk-EVM در آن زمان ارتقا پیدا می‌کنند و به یک سطح بالاتر آپدیت می‌شوند. این فناوری به فرستنده معامله یا تراکنش این امکان را می‌دهد که آن را با تکیه بر دانش صفر انجام دهد.

به‌عبارت ساده‌تر، zk-SNARK، بدون این‌که میزان دارایی دیجیتال یا آدرس‌ها فاش کند، ماهیت دارایی و مالکیت فرستنده را تایید یا اثبات می‌کند. همان‌طور که ویتالیک بوترین اشاره کرده بود، شبکه به‌زودی با همه مشکلات دردسرساز خود خداحافظی می‌کند.

آشنایی با همه مزایای zk-EVM

به‌طور کلی، ۳ مزیت اصلی در zk-EVMهای به‌کاررفته در پروژه‌های مختلف وجود دارند که عبارتند از:

• هم‌ارزی یا معادل‌سازی ماشین مجازی اتریوم (EVM)
• حل مسئله مقیاس‌پذیری
• کارمزد تراکنش بسیار پایین

البته چندین مزیت دیگر از جمله موارد استفاده در انواع مجموعه‌های مرتبط با ساختار zk-EVM، بازار NFTها، برنامه‌های موسوم به web3 و غیره هم وجود دارند که در ادامه به همه آن‌ها می‌پردازیم.

معادل‌سازی EVM

بعضی از انواع ZKEVM، مثل Polygon zk-EVM، این اجازه را می‌دهد که توسعه‌دهنده اتریوم لایه ۱ یا Ethereum لایه ۲ بتواند کد سالیدیتی مد نظرش را به آسانی کپی و جایگذاری کند. همچنین، این امکان هم وجود دارد که سپس، آن را روی zk-EVM مستقر کند و امکان دسترسی به قابلیت‌های امنیتی شبکه بلاکچین مبتنی بر پروتکل اثبات سهام (PoS) را داشته باشد.

حل مسئله مقیاس‌پذیری

با استفاده از سیستم دانش صفر می‌توان محاسبات زنجیره شبکه اتریوم لایه ۱ را سریع‌تر انجام داد تا تراکنش‌ها با سرعت برق‌وباد به مرحله نهایی برسند و اصطلاحاً انجام شوند. این ویژگی مثبت باعث می‌شود که ظرفیت توان عملیاتی شبکه و حجم تراکنش‌ها افزایش پیدا کند تا محدودیت‌های معاملات به حداقل میزان ممکن برسند.

کارمزد پایین

بعضی از انواع ZKEVM، به داده‌های کمتری برای انجام تراکنش‌ها نیاز دارند و همین باعث می‌شود که هزینه محاسباتی مورد نیاز برای تایید تراکنش‌ها در یک بلاک جدید، کاهش پیدا کند.

بازی‌های مبتنی بر web3

بازی‌های مبتنی بر سیستم خلاقانه web3، یکی از محبوب‌ترین چیزهایی هستند که در دنیای کریپتوکارنسی وجود دارند. با استفاده از انواع ZKEVM می‌‎توان این بازی‌ها را با سرعت بیشتر و تجربه کاربری (UX) جذاب‌تر به گیمرهای علاقه‌مند به ارز دیجیتال ارائه کرد. در حال حاضر و بدون بهره‌مندی از سیستم zk-EVM، برنامه‌های web3 معمولاً پرهزینه و با زمان تایید بسیار کنُد تراکنش‌ها همراه است.

بازار NFT

برخی از انواع zk-EVMها مثل Polygon zk-EVM، باعث کاهش زمان تاخیر و تایید تراکنش‌ها می‌شوند. همین مساله باعث می‌شود که پروسه استخراج توکن، خرید و فروش یا معاملات NFT برای کاربران، کارآمدتر، سریع‌تر و البته پیچیده‌تر شود.

معرفی ۵ پروژه برتر مبتنی بر ZKEVM 

تا همین چندوقت پیش، بسیاری از افراد گمان می‌کردند که zk-EVM هم مثل بسیاری دیگر از راهکارها ارائه‌شده، از دور خارج می‌شود و یا حداقل سال‌ها تا عملیاتی شدن فاصله دارد. راه‌اندازی و اجرایی شدن پروژه‌های موفق که پیشرفت چشم‌گیری داشتند، به این گمانه‌زنی‌ها پایان داد و بازی را به‌نفع این راهکار خلاقانه برگرداند. در حال حاضر، عناوین و پروژه‌های برتری در حوزه ساخت ZKEVM وجود دارند که در ادامه با هر چهار مورد آن‌های آشنا می‌شوید.

پروژه Polygon zk-EVM یا Polygon Hermez

سال ۲۰۲۱ بود که شرکت Polygon، خرید ۲۵۰ میلیون دلاری شبکه Hermez را به پایان رساند. این شرکت، راهکار Ethereum Layer-2 ZK-rollup را بعداً و در اواسط سال ۲۰۲۲ کلید زد و سپس در جولای همان سال، اعلام کرد در حال کار روی پروژه جدید zk-EVM است. به‌دنبال این اتفاق، پروژه Polygon Hermez به Polygon zk-EVM تغییر پیدا کرد.

این پروژه منبع‌باز یا Open Source است و با توجه به رویکرد تایپ-۲ کار می‌کند. هدف معادل‌سازی ماشین مجازی EVM است و از معادل‌سازی با شبکه اتریوم، فاصله دارد. ساختار این پروژه به توسعه‌دهندگان نیاز دارد تا کد و ابزارهای ماشین مجازی را با ساختار ZK-rollup مطابقت دهند.

طبق انتظارات قرار است حجم تراکنش‌ها به ۲۰۰۰ تراکنش در هر ثانیه برسد و کارمزدها با ۹۰ درصد کاهش پیدا کنند. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که پروژه Polygon zk-EVM نسبت به شبکه اصلی اتریوم یا Ethereum Mainnet بسیار ارزان‌تر تمام شود. شبکه عمومی Polygon zk-EVM در دهم اکتبر سال ۲۰۲۲ به‌صورت آزمایشی شروع به‌کار کرد.

پروژه zkSync

پروژه zkSync که توسط Matter Labs ایجاد شده، با توجه به نوع تایپ-۴ کار می‌کند و با زبان‌های برنامه‌نویسی سالیدیتی و Vyper سازگار است. در حال حاضر نسخه  ۱.۰ فعال است و بیش از ۴ میلیون تراکن ش را پردازش کرده است. نسخه جدید این پروژه، یعنی zkSync 2.0 مجموعه‌ای از سیستم دانش صفر یا ZK سازگار با ماشین مجازی EVM است که توسط ZKEVM پشتیبانی می‌شود.

در این پروژه، توسعه‌دهندگان می‌توانند قراردادهای هوشمند را با زبان سالیدیتی بنویسند و پروتکل آن‌ها را به Yul تبدیل کنند. مهم‌ترین چالش این پروژه، سازگاری بسیار پایین‌تر با برنامه‌های مختلف، آن هم در مقایسه با سایر رقبا است. نسخه zkSync 2.0 در حال حاضر در شبکه آزمایشی اتریوم فعال است.

پروژه StarkNet

علی‌رغم این‌که اکثر پروژه‌های مبتنی بر ZKEVM، از سیستم zk-SNARK استفاده می‌کنند، پروژه StarkNet از سیستم zk-STARK که از نظر تئوری، ایمن‌تر از zk-SNARK است، بهره‌مند شده. البته این سیستم به گس یا کارمزد بیشتری نیاز دارد تا تراکنش‌ها را به پایان برساند. همچنین، زمان تایید تراکنش‌ها در آن طولانی است و نهایتاً فضای بلاک بیشتری را اشغال می‌کند. این پروژه هم مثل zkSync 2.0 از سیستم تایپ-۴ ZKEVM پیروی می‌کند و همین باعث شده است تا با زبان‌های سطح بالا از جمله زبان سالیدیتی سازگار شود.

پروژه Scroll

پروژه اسکرول با همکاری گروه Privacy and Scrolling Explorations (بخشی از بنیاد شبکه اتریوم)، در حال ساختن شکلی از zk-EVM است و با تکیه بر سیستم تایپ-۲ کار کند. این پروژه در ابتدا در قالب نسخه آزمایشی ارائه شد تا توسط افراد مختلف امتحان شود.

ساختار Scroll، شبیه به Polygon zk-EVM است، اما قابلیت ترکیب‌پذیری آن بالاتر است. با این اوصاف، در مقایسه با Polygon zk-EVM، سیستم zkSync 2.0 و StarkNet بازدهی کم‌تری دارد. مهم‌ترین هدف پروژه اسکرول، ساخت اولین ZKEVM است که معادل واقعی ماشین مجازی EVM، با اولویت امنیت و شفافیت است.

گروه Privacy and Scaling explorations، در حال کار و انجام تحقیقات گسترده روی مفهوم EVM و دانش صفر است. راهکار جدید، احتمالاً در نظر گرفتن تایپ-۱ سیستم zk-EVM است، گرچه هنوز هیچ خبر رسمی و مشخصی در این مورد اعلان نشده است.

پروژه ConsenSys zk-EVM

شبکه ConsenSys zk-EVM که توسط ConsenSys R&D توسعه پیدا کرده، به‌دست ConsenSys به مرحله اجرا رسیده و شکلی از zk-EVM است که خودش هم به ۲ نوع جدید تقسیم می‌شود. این مجموعه، به‌صورت کامل با ماشین مجازی EVM سازگاری دارد و به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که برنامه‌ها را با استفاده از ابزاری همچون Truffle، MetaMask و Infura بسازند. این قابلیت شبیه به این است که توسعه‌دهندگان مستقیماً از اتریوم استفاده می‌کنند.

مجموعه ConsenSys، قبلاً آزمایش نسخه بتای ZKEVM اختصاصی‌اش را به‌صورت خصوصی و داخلی شروع کرده است. همچنین، طبق اخبار موثق دنیای کریپتوکارنسی، ورود کاربران خارجی و علاقه‌مندان به پروژه ConsenSys zk-EVM، از ابتدای ژانویه ۲۰۲۳ شروع شده است. 

پیروی ساخت اولین zk-EVM با کدام است؟

رقابت اصلی برای ساخت و اجرایی کردن اولین سیستم zk-EVM، بین ۳ پروژه موفق و آتیه‌دار Polygon، اسکرول و zkSync جریان دارد. با توجه به این‌که هیچ‌کدام نسبت به یکدیگر کاملاً برتر نیستند و هرکدامشان مزایا و معایب خاص خود را دارند، جدولی مقایسه‌ای از عملکرد هرکدام آماده کرده‌ایم:

پروژه	تکنولوژی مرکزی	مزایا	موانع پروژه	تایپ
Polygon zkevm	بایت کد سطح بالا ارائه مجموعه‌ای جدید از کدها برای داشتن تفاوت‌های چشمگیر در معادل‌سازی ماشین مجازی EVM	پروتکل اثبات سریع آسان برای ساخت zk-EVM کاهش کارمزد یا هزینه گس مصرفی	نیاز بعضی از برنامه‌ها به بازنویسی	Type-2/3
Scroll	برخورداری از بایت کد اختصاصی شبیه به بایت کد Polygon قابلیت تبدیل زبان سالیدیتی به سایر زبان‌های سطح بالا	قابلیت تایید سریع تراکنش‌ها آسان برای ساخت zk-EVM حل مسئله مقیاس‌پذیری قابلیت ترکیب‌پذیری بالا	نیاز بعضی از برنامه‌ها به بازنویسی عملکرد کُند	Type-2
zkSync 2.0	سطح بالای زبان برنامه‌نویسی قابلیت ترجمه زبان سالیدیتی به yul	تایید سریع تراکنش‌های شبکه تمرکززدایی یا decentralization بیشتر کارمزد پایین‌تر	احتمال تغییر آدرس‌ها دشوار بودن برنامه‌نویسی به‌صورت دستی برای بایت کدهای EVM	Type-4

ZKEVM؛ فناوری‌ای کاربردی و جذاب

ضعف در مسئله مقیاس‌پذیری و کُند بودن تراکنش‌ها در شبکه اتریوم، یکی از موضوعاتی است که منتقدان همیشه به آن اشاره دارند. راهکارهای مختلفی برای حل مسائل ارائه شده‌اند، اما ZKEVM گزینه‌ای جدید و کارآمد است. در این مقاله از صرافی والکس به مفهوم دانش صفر (ZK)، تعریف ZK-rollup و سیستم zk-EVM اشاره کردیم. به‌نظر شما پروژه‌های مبتنی بر zk-EVM چقدر می‌توانند در بهبود شرایط کریپتوکارنسی و اتریوم کارساز باشند؟