شبکه اتریوم با وجود محبوبیت بسیار و کاربردهای گسترده، همواره با یک چالش اساسی به نام مقیاس‌پذیری دست‌وپنجه نرم کرده است. افزایش تعداد کاربران و تراکنش‌ها در سال‌های اخیر باعث ازدحام شبکه و جهش کارمزدهای گس (هزینه انجام تراکنش) به سطوح سرسام‌آور شد. این مشکلات نه تنها تجربه کاربران را مختل کرد، بلکه انگیزه توسعه‌دهندگان را نیز برای گسترش پروژه‌های جدید کاهش داد. تاکنون راهکارهای مختلفی مانند استفاده از شبکه‌های لایه دوم اتریوم از جمله رول آپ‌های آپتیمیستیک (Optimistic Rollups) و زنجیره‌های جانبی (Sidechains) برای بهبود مقیاس‌پذیری ارائه شده‌اند، اما هیچ‌کدام به تنهایی پاسخ کاملی به این معضل نداده‌اند.
اکنون فناوری نوینی به نام zkEVM با ترکیب قدرت رمزنگاری «دانش صفر» و محیط ماشین مجازی اتریوم (EVM) ظهور کرده است. zkEVM نوید می‌دهد که بدون قربانی کردن امنیت یا تغییر در شیوه کاربری شبکه، ظرفیت پردازش تراکنش‌های اتریوم را به‌طور چشمگیری افزایش دهد. این راهکار خلاقانه توجه بسیاری از فعالان حوزه بلاک چین را به خود جلب کرده و به عنوان امید تازه‌ای برای حل مشکل مقیاس‌پذیری اتریوم مطرح می‌شود. اما zkEVM دقیقا چیست، چگونه کار می‌کند و چه مزایا و چالش‌هایی دارد؟
رول‌آپ دانش صفر (ZK-Rollup) چیست؟
پیش از پرداختن به zkEVM، لازم است مفهوم رول‌آپ دانش صفر را بشناسیم. رول‌آپ دانش صفر نوعی راهکار لایه دوم برای مقیاس‌پذیری بلاک چین است که تعداد زیادی تراکنش را خارج از زنجیره اصلی (به صورت آف‌چین) پردازش کرده و سپس یک اثبات دانش صفر (Zero-Knowledge Proof) فشرده از صحت این تراکنش‌ها به شبکه اصلی ارسال می‌کند. بدین ترتیب، شبکه اتریوم بدون نیاز به اجرای دوباره تمام آن تراکنش‌ها، صرفا با بررسی این مدرک رمزنگاری‌شده از درستی نتایج مطمئن می‌شود.
وجه تمایز مهم رول‌آپ‌های دانش صفر با رول‌آپ‌های آپتیمیستیک (Optimistic Rollups) در این است که رول‌آپ ZK برای تایید بلاک‌های خود نیازی به «دوره انتظار» طولانی ندارد. در رول‌آپ‌های آپتیمیستیک، پس از ارسال هر دسته تراکنش به شبکه اصلی، یک بازه تاخیر (معمولا حدود یک هفته) در نظر گرفته می‌شود تا در صورت وجود تقلب، بتوان اعتراض کرد؛ اما در رول‌آپ ZK، هر دسته تراکنش همراه با یک اثبات ریاضی ارسال می‌شود و به محض تایید این اثبات توسط شبکه اصلی، تراکنش‌ها قطعیت (Finality) می‌یابند. این سازوکار باعث می‌شود که برداشت دارایی‌ها از لایه دوم به لایه اول بلافاصله امکان‌پذیر شده و تجربه کاربری شبکه به میزان قابل توجهی روان‌تر شود.
علاوه بر سرعت نهایی شدن بیشتر، رول‌آپ‌های دانش صفر از نظر هزینه نیز کارآمدتر هستند. در این روش، به جای ذخیره تمام جزئیات هر تراکنش در بلاک چین اصلی، تنها داده‌های ضروری و مدرک اثبات به شبکه ارسال می‌شود. این امر باعث کاهش چشمگیر کارمزد گس برای هر تراکنش می‌شود. به بیان ساده، ZK-Rollupها با فشرده‌سازی داده‌ها و ارائه ضمانت ریاضی، هم مقیاس‌پذیری شبکه را افزایش می‌دهند و هم امنیت آن را حفظ می‌کنند.
با این حال، رول‌آپ‌های ZK اولیه محدودیت‌هایی داشتند. اکثر راهکارهای دانش صفر نسل اول تنها از عملیات ساده مثل انتقال یا مبادلات توکن پشتیبانی می‌کردند و نمی‌توانستند همه منطق‌های پیچیده قراردادهای هوشمند را اجرا کنند. برای مثال، پروژه‌هایی مانند Loopring و zkSync در نسخه‌های نخست خود تنها برای پرداخت‌ها یا معاملات خاص طراحی شده بودند.
مشکل اصلی این بود که محیط اجرای آنها با ماشین مجازی اتریوم سازگار نبود و توسعه‌دهندگان برای استفاده از آنها باید قراردادها را به زبان‌ها یا قالب‌های دیگری می‌نوشتند. اینجا بود که ایده zkEVM شکل گرفت: یک رول‌آپ دانش صفر که کاملا با محیط EVM سازگار باشد و بتواند هر قرارداد هوشمند اتریوم را بدون نیاز به تغییر، اجرا کند.
zkEVM چیست؟
zkEVM مخفف عبارت «Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine» به معنی ماشین مجازی اتریوم مبتنی بر دانش صفر است. به زبان ساده، zkEVM یک محیط اجرای قرارداد هوشمند است که سازوکار ماشین مجازی اتریوم (EVM) را با فناوری اثبات دانش صفر ترکیب می‌کند. در zkEVM، تمام قوانین و عملیات EVM شبیه‌سازی شده و تراکنش‌های کاربران در این محیط لایه دوم اجرا می‌شوند. سپس برای هر دسته از این تراکنش‌ها یک اثبات دانش صفر تهیه و به شبکه اصلی اتریوم ارائه می‌شود تا صحت اجرای آنها تایید شود. نتیجه این فرآیند آن است که می‌توان همان کاربردها و قراردادهای پیچیده اتریوم را روی لایه دوم انجام داد، بدون اینکه نیاز باشد شبکه اصلی تمام محاسبات را انجام دهد.
هدف اصلی zkEVM این است که توسعه‌دهندگان بتوانند با همان زبان‌ها (مانند سالیدیتی) و همان ابزارهای رایج اتریوم، برنامه‌های غیرمتمرکز خود را روی یک رول‌آپ دانش صفر مستقر کنند. بدین ترتیب، تجربه کاربری و امنیت شبکه اصلی حفظ می‌شود، اما سرعت و ظرفیت پردازش تراکنش‌ها چند برابر خواهد شد. کاربران نهایی می‌توانند با کیف پول‌ها و آدرس‌های اتریومی خود به این شبکه‌های zkEVM متصل شده و تراکنش‌هایی با کارمزد بسیار کمتر و تاییدیه سریع‌تر انجام دهند، بی‌آنکه متوجه تفاوتی در نحوه کار با dAppهای محبوبشان شوند.
جالب است بدانید ایده ترکیب ماشین مجازی اتریوم با اثبات‌های رمزنگاری دانش صفر اولین‌بار در سال ۲۰۱۴ مطرح شد، اما سال‌ها طول کشید تا این مفهوم از لحاظ عملیاتی قابل پیاده‌سازی شود. اکنون با پیشرفت علم رمزنگاری و سرمایه‌گذاری پروژه‌های بزرگ، zkEVM به واقعیت تبدیل شده است.
برای مثال، تیم‌های مطرحی همچون پالیگان (Polygon) و اسکرول (Scroll) جزو پیشگامان توسعه شبکه‌های zkEVM هستند و از سال ۲۰۲۳ نسخه‌های اولیه این شبکه‌ها را روی اتریوم راه‌اندازی کرده‌اند. همچنین پروژه‌هایی نظیر zkSync Era و تایکو (Taiko) هر یک با رویکرد خاص خود در حال کار روی پیاده‌سازی zkEVM یا مفاهیم نزدیک به آن هستند. به طور خلاصه، zkEVM نمایانگر نسل نوینی از راهکارهای مقیاس‌پذیری اتریوم است که نوید ترکیب بی‌نقص امنیت، سرعت و سازگاری را می‌دهد.
zkEVM چگونه کار می‌کند؟
فرایند کار یک zkEVM را می‌توان به زبان ساده در چند مرحله توضیح داد:
- پردازش خارج از زنجیره: ابتدا مجموعه‌ای از تراکنش‌های کاربران در لایه دوم (شبکه zkEVM) جمع‌آوری می‌شوند. zkEVM یک وضعیت اولیه (مثلا موجودی حساب‌ها و داده‌های قراردادها) را در نظر می‌گیرد و همه این تراکنش‌ها را طبق منطق EVM یکی پس از دیگری اجرا می‌کند. نتیجه این پردازش، وضعیت جدید به‌روز‌شده پس از اعمال تمامی آن تراکنش‌ها است.
- تولید سند رمزنگاری‌شده: همزمان با اجرای تراکنش‌ها، سیستم zkEVM یک سند رمزنگاری‌شده از صحت این محاسبات تولید می‌کند. این اثبات دانش صفر، یک رشته داده ریاضی است که صحت تغییر وضعیت از حالت اولیه به حالت جدید را تایید می‌کند، بدون اینکه محتوای دقیق تراکنش‌ها را فاش کند. فناوری‌های مختلفی مانند zk-SNARK و zk-STARK برای ساخت چنین اثبات‌هایی به کار می‌روند که هر کدام مزایا و پیچیدگی‌های خاص خود را دارند.
- ارسال سند اثبات به شبکه اصلی: پس از اجرای تمام تراکنش‌های یک دسته و تولید سند مربوطه، zkEVM این اطلاعات را به شبکه اصلی اتریوم ارسال می‌کند. معمولا تنها مواردی که به شبکه اصلی فرستاده می‌شود عبارت‌اند از خلاصه‌ای از وضعیت نهایی (مثلا ریشه مرکل) و خود سند رمزنگاری‌شده. تمامی جزئیات ریز تراکنش‌ها و محاسبات در خارج از زنجیره باقی می‌ماند.
- تایید سند اثبات و به‌روزرسانی وضعیت: در طرف شبکه اتریوم، یک قرارداد هوشمند تاییدکننده (Verifier) وظیفه بررسی اثبات دریافتی را بر عهده دارد. این قرارداد با استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری، معتبر بودن یا نبودن اثبات را چک می‌کند. اگر اثبات ارسال‌شده معتبر باشد، بلاک حاوی تراکنش‌های لایه دوم تایید نهایی شده و وضعیت شبکه (مثلا موجودی حساب‌ها) مطابق تغییرات اعلام‌شده به‌روزرسانی می‌شود. در این حالت، می‌توان گفت تراکنش‌های آن دسته رسما روی اتریوم ثبت و نهایی شده‌اند. در صورت نامعتبر بودن اثبات (مثلا تلاش برای تقلب)، شبکه اصلی آن بلاک را رد می‌کند.
با این مکانیزم، zkEVM توانسته است اجرای امن و مطمئن قراردادهای اتریوم را به بیرون از زنجیره اصلی منتقل کند و در عین حال، تضمین کند که هیچ خطا یا تقلبی رخ نداده است. همه این کارها برای کاربران شفاف است؛ آنها تنها تراکنش خود را ارسال می‌کنند و نتیجه را خیلی سریع‌تر و ارزان‌تر دریافت می‌کنند، در حالی که اعتماد کلی سیستم همچنان بر پایه امنیت اثبات‌شده شبکه اتریوم باقی است.
انواع zkEVM از نظر سازگاری
تمامی zkEVMها رویکرد یکسانی ندارند. ویتالیک بوترین (Vitalik Buterin)، هم‌بنیان‌گذار اتریوم، در یک دسته‌بندی مشهور چهار نوع یا تایپ اصلی zkEVM را بر اساس میزان سازگاری با شبکه اتریوم معرفی کرده است. هرچه عدد تایپ کمتر باشد، سازگاری با اتریوم بیشتر اما تولید اثبات‌ها دشوارتر است؛ برعکس هرچه نوع بالاتر رود، سازگاری کمتر اما ساخت اثبات آسان‌تر و سریع‌تر خواهد بود. در ادامه به انواع اصلی zkEVM اشاره می‌کنیم:
- تایپ ۱ (کاملا معادل اتریوم): در zkEVM نوع یک، هیچ تغییری در قوانین یا ساختار اتریوم داده نمی‌شود. این سیستم به طور کامل تمام جزئیات اتریوم (از جمله تمام اپ کدها، ساختار گس و غیره) را عینا پیاده‌سازی می‌کند. مزیت بزرگ آن سازگاری صد درصدی با تمام قراردادها، ابزارها و شبکه اتریوم است؛ هر چیزی که روی اتریوم کار می‌کند، روی zkEVM تایپ ۱ نیز بدون تغییر کار خواهد کرد. با این حال، به دلیل پیچیدگی و بار محاسباتی زیاد برای اثبات تمام جزئیات EVM، این رویکرد کندترین و دشوارترین شیوه در تولید اثبات به شمار می‌رود.
- تایپ ۲ (کاملا معادل ماشین مجازی اتریوم): zkEVM نوع دو نیز تقریبا تمام رفتارهای EVM را پوشش می‌دهد اما ممکن است تغییرات بسیار جزئی و محدودی را جهت ساده‌سازی اثبات‌ها اعمال کند. هدف این نوع، سازگاری کامل در سطح بایت‌کد EVM است تا اکثر برنامه‌های فعلی اتریوم بدون نیاز به تغییر قابل اجرا باشند. تفاوت آن با نوع ۱ در این است که برای بهبود کارایی، بعضی تنظیمات داخلی (مثلا ترتیب محاسبات یا برخی پارامترهای کم‌اهمیت) را تغییر می‌دهد. این تغییرات کوچک معمولا تاثیری بر خروجی قراردادها ندارند، اما باعث می‌شوند زمان تولید اثبات اندکی کاهش یابد.
- تایپ ۲.۵ (معادل EVM با تفاوت در هزینه گس): برخی این زیرشاخه را میان تایپ ۲ و ۳ تعریف می‌کنند. در zkEVM تایپ ۲.۵، سازگاری در سطح بایت‌کد حفظ شده ولی هزینه گس برای برخی عملیات پرهزینه در EVM به طور عمده افزایش داده شده است تا فرایند اثبات راحت‌تر شود. تغییر در جدول گس ممکن است برخی قراردادها را که به ساختار هزینه‌ها حساس‌اند تحت تاثیر قرار دهد، بنابراین این رویکرد اندکی از سازگاری کم می‌کند، اما می‌تواند سرعت اثبات را بهتر از نوع ۲ بهبود دهد.
- تایپ ۳ (تقریبا معادل ماشین مجازی اتریوم): zkEVM تایپ ۳ برای دستیابی به سرعت و کارایی بیشتر، از برخی ویژگی‌های EVM صرف‌نظر می‌کند یا آنها را ساده‌تر می‌کند. در این مدل ممکن است برخی پیش‌کامپایل‌ها (توابع داخلی از پیش تعریف‌شده)، مدل حافظه یا نحوه ذخیره‌سازی و حتی نحوه اجرای کدها تغییر کند تا فرآیند اثبات دانش صفر ساده‌تر شود. اکثر قراردادهای معمولی اتریوم با تغییر کم یا بدون تغییر در این محیط اجرا می‌شوند، اما برخی قراردادهای پیچیده یا وابسته به جزئیات خاص EVM شاید نیاز به تطبیق یا بازنویسی داشته باشند. به طور خلاصه، تایپ ۳ تلاش می‌کند تعادل بین سازگاری و سرعت ایجاد کند: بخش اعظم اکوسیستم اتریوم را پشتیبانی می‌کند ولی نه به قیمت کندی زیاد.
- تایپ ۴ (معادل در سطح زبان برنامه‌نویسی): در zkEVM تایپ ۴، سازگاری مستقیما با خود EVM هدف قرار نگرفته، بلکه با زبان‌ها و ابزارهای برنامه‌نویسی اتریوم (مثل سالیدیتی و کامپایلرهای آن) حفظ می‌شود. روش کار به این شکل است که کد سالیدیتی یا سایر زبان‌های سطح بالای قرارداد هوشمند، به یک زبان میانی سازگار با اثبات دانش صفر (ZK-friendly) ترجمه یا کامپایل می‌شود. این زبان میانی طراحی شده که تولید اثبات برای آن بسیار بهینه و سریع باشد. در نتیجه، zkEVM تایپ ۴ از نظر عملکرد بهترین است و اثبات‌ها در آن سریع‌تر و ارزان‌تر تولید می‌شوند. اما نقطه ضعفش این است که معادل بایت‌کد EVM سنتی نیست؛ یعنی قراردادهای مستقر شده در این محیط آدرس‌ها و ساختارهای متفاوتی نسبت به اتریوم اصلی دارند و احتمالا نیاز به پیاده‌سازی مجدد خواهند داشت.
در حال حاضر اغلب پروژه‌های zkEVM در دسته‌های تایپ ۲ یا تایپ ۳ قرار می‌گیرند و هنوز هیچ پیاده‌سازی کاملا تایپ ۱ (به دلیل دشواری فنی) یا تایپ ۴ کاملا عملی (به دلیل مسائل سازگاری) به تولید انبوه نرسیده است. با این وجود، تلاش‌های فراوانی در جریان است تا با گذر زمان zkEVMها به سمت سازگاری بیشتر همراه با حفظ کارایی بالاتر حرکت کنند.
پروژه‌های شاخص مبتنی بر zkEVM
چندین تیم و پروژه سرشناس در سال‌های اخیر مشغول پیاده‌سازی عملی zkEVM و عرضه شبکه‌های لایه دوم بر این اساس بوده‌اند. در ادامه به برخی از مهم‌ترین پروژه‌های zkEVM و ویژگی‌های آنها اشاره می‌کنیم:
- Polygon zkEVM: پالیگان که بیشتر به خاطر راهکارهای مقیاس‌پذیری متنوع خود شناخته می‌شود، یک شبکه zkEVM متن‌باز را توسعه داده است. این پروژه که در ابتدا با نام Hermez شروع شد، در سال ۲۰۲۳ نسخه بتای شبکه اصلی خود را عرضه کرد. Polygon zkEVM یک zkRollup تایپ ۲ محسوب می‌شود و تلاش دارد تا با حداقل تغییرات، معادل کامل EVM باشد. گزارش‌ها حاکی است که این راهکار می‌تواند هزینه تراکنش‌های اتریوم را تا حدود ۹۰ درصد کاهش دهد و در عین حال امنیت و تجربه کاربری اتریوم را حفظ کند.
- zkSync Era: رول آپ zkSync که محصول شرکت Matter Labs است، یکی از پیشگامان رول‌آپ‌های دانش صفر به شمار می‌رود. نسخه دوم این شبکه با نام zkSync Era در سال ۲۰۲۳ عرضه شد که قابلیت اجرای قراردادهای هوشمند را فراهم می‌کند. zkSync Era را می‌توان یک zkEVM تایپ ۴ دانست؛ بدین معنا که کدهای سالیدیتی به فرمتی تبدیل می‌شوند که اثبات‌پذیری آسان‌تری دارد. اگرچه zkSync از نظر سازگاری بایت‌کد دقیقا معادل اتریوم نیست، اما توسعه‌دهندگان توانسته‌اند اکثر قابلیت‌های اتریوم را در آن پیاده کنند و بسیاری از dAppهای مطرح (مانند صرافی‌های غیرمتمرکز و پروتکل‌های دیفای) اکنون بر بستر zkSync فعال هستند.
- Scroll: Scroll یک پروژه zkEVM است که با حمایت بنیاد اتریوم و مشارکت جامعه متن‌باز توسعه یافته است. هدف Scroll ایجاد یک zkRollup تایپ ۲ (یا ۲.۵) است که حداکثر سازگاری را با لایه اول اتریوم داشته باشد. این پروژه تاکید ویژه‌ای بر شفافیت، امنیت و تمرکززدایی دارد و کد آن کاملا متن‌باز است. Scroll پس از طی دوره‌های تست گسترده، در اکتبر ۲۰۲۳ شبکه اصلی خود را راه‌اندازی کرد. از ویژگی‌های متمایز Scroll، همکاری نزدیک آن با تیم‌های تحقیقاتی اتریوم و استفاده از اثبات‌های بهینه‌شده برای بهبود سرعت پردازش است.
- Taiko: تایکو یک پروژه تازه‌وارد اما بلندپرواز در عرصه zkEVM محسوب می‌شود. هدف اصلی Taiko ساخت یک zkEVM تایپ ۱، یعنی معادل کامل اتریوم، است. تیم تایکو معتقد است که با پیشرفت تکنولوژی، می‌توان یک لایه‌دوم کاملا متناظر با اتریوم ساخت که بدون هیچ تغییری تمام عملکردهای شبکه اصلی را به ارث ببرد. آنها در سال ۲۰۲۴ اولین نسخه شبکه خود را به صورت آزمایشی راه‌اندازی کردند و در حال کار روی بهینه‌سازی الگوریتم‌های اثبات برای کاهش زمان و هزینه هستند. اگر Taiko موفق شود، گامی بزرگ به سوی یک اتریوم مقیاس‌پذیر بدون سازش خواهد بود.
- Linea: لاینیا محصول شرکت ConsenSys (شرکت توسعه‌دهنده متامسک و از بازیگران اصلی اتریوم) است که به عنوان یک zkEVM با تمرکز بر تجربه توسعه‌دهنده معرفی شد. Linea در سال ۲۰۲۳ شبکه خود را ابتدا به صورت آزمایشی و سپس عمومی عرضه کرد. این zkEVM نیز تلاش می‌کند سازگاری حداکثری با EVM داشته باشد و به توسعه‌دهندگان اجازه دهد قراردادهای خود را بدون تغییر روی آن مستقر کنند. لاینیا با استفاده از اثبات‌های SNARK توانسته است تعادلی میان سرعت و امنیت برقرار کند و به سرعت وارد فاز پذیرش توسط برنامه‌های غیرمتمرکز شده است.
علاوه بر پروژه‌های فوق، راهکارهای دانش صفر دیگری نیز برای مقیاس‌پذیری اتریوم وجود دارند که کاملا EVM-محور نیستند. برای مثال، استارک‌نت (StarkNet) یک رول‌آپ دانش صفر مطرح است که از ماشین مجازی و زبان برنامه‌نویسی مخصوص خود (Cairo) استفاده می‌کند. StarkNet را نمی‌توان zkEVM نامید، زیرا سازگار با بایت‌کد اتریوم نیست؛ با این حال موفقیت آن در پردازش هزاران تراکنش با اثبات‌های دانش صفر، نشان‌دهنده ظرفیت بالای این فناوری در حل مشکل مقیاس‌پذیری است.
مزایای zkEVM
استفاده از zkEVM مزایای متعددی برای شبکه اتریوم و کاربران آن به همراه دارد. مهم‌ترین مزایا عبارت‌اند از:
- مقیاس‌پذیری بسیار بالا: اصلی‌ترین انگیزه به‌کارگیری zkEVM افزایش چشمگیر ظرفیت پردازش تراکنش‌ها است. با جمع‌بندی صدها یا هزاران تراکنش در یک اثبات واحد، میزان تراکنش بر ثانیه (TPS) موثر شبکه به طور قابل ملاحظه‌ای بالا می‌رود. این یعنی امکان اجرای برنامه‌های غیرمتمرکز پرترافیک (مثلا صرافی‌های غیرمتمرکز یا بازی‌های بلاکچینی) بدون نگرانی از ازدحام شبکه و کارمزدهای سرسام‌آور فراهم می‌شود. zkEVM می‌تواند اتریوم را به زیرساختی آماده برای پذیرش کاربران انبوه تبدیل کند.
- کاهش کارمزد معاملات: به دلیل بهره‌گیری از اثبات‌های دانش صفر، نیازی به ذخیره‌سازی و پردازش تمام جزئیات هر تراکنش روی لایه اول وجود ندارد. در عوض، تعداد زیادی تراکنش به صورت خارج زنجیره انجام و فشرده می‌شوند و تنها اطلاعات خلاصه به شبکه اصلی ارسال می‌گردد. این امر منجر به کاهش مصرف گس در لایه ۱ و در نتیجه کاهش هزینه برای هر تراکنش می‌شود. کاربران نهایی در zkEVM معمولا کارمزدهایی به مراتب کمتر از شبکه اصلی اتریوم می‌پردازند که این موضوع استفاده روزمره از برنامه‌های اتریومی را اقتصادی‌تر می‌کند.
- امنیت و اعتماد بالا: بر خلاف برخی راهکارهای مقیاس‌پذیری که امنیت کمتری نسبت به لایه اول دارند (مثلا زنجیره‌های جانبی که به مجموعه اعتبارسنج‌های مستقل متکی‌اند)، یک zkEVM امنیت خود را مستقیما از شبکه اصلی اتریوم می‌گیرد. هر بلاک و تراکنشی در zkEVM باید با یک اثبات معتبر پشتیبانی شود؛ بنابراین امکان ندارد تراکنش نامعتبری تایید شود. حتی اگر اعتبارسنج یا اجرای‌کننده لایه دوم خرابکار باشد، بدون ارائه اثبات معتبر نمی‌تواند به شبکه اصلی آسیب بزند. این مدل امنیتی به کاربران اطمینان می‌دهد که دارایی‌ها و معاملاتشان به اندازه اتریوم لایه ۱ امن باقی می‌ماند.
- نهایی‌شدن سریع تراکنش‌ها: همان‌طور که اشاره شد، در zkEVM بلاک‌های لایه ۲ پس از تایید اثباتشان بلافاصله نهایی می‌شوند. این یعنی کاربر نیازی ندارد برای برداشت وجه یا اطمینان از قطعی بودن تراکنش خود چند روز صبر کند. در رول‌آپ‌های آپتیمیستیک، یک دوره انتظار (مثلا ۷ روزه) برای احتمال چالش وجود دارد که تجربه کاربری را مختل می‌کند. اما zkEVM با ارایه تضمین رمزنگاری فوری، این مشکل را برطرف کرده است. کاربران می‌توانند دارایی‌های خود را تقریبا بلافاصله بین لایه ۲ و لایه ۱ جابجا کنند و از لحظه ثبت تراکنش، آن را قطعی و برگشت‌ناپذیر بدانند.
- سازگاری با اکوسیستم اتریوم: یکی از نقاط قوت کلیدی zkEVM این است که توسعه‌دهندگان و کاربران نیازی به ترک اکوسیستم آشنای اتریوم ندارند. قراردادهای هوشمند موجود می‌توانند با تغییرات حداقلی (یا بدون هیچ تغییر در انواع پیشرفته‌تر zkEVM) به این شبکه‌ها منتقل شوند. ابزارهایی مانند کیف پول‌ها، کتابخانه‌های وب ۳، و زیرساخت‌هایی چون Infura و اتراسکن می‌توانند با اندکی تطبیق، برای zkEVM مورد استفاده قرار گیرند. این سازگاری بالا به پذیرش سریع‌تر فناوری کمک می‌کند؛ زیرا مانعی برای ورود توسعه‌دهندگان و کاربران فعلی اتریوم وجود ندارد. به بیان دیگر، zkEVM پلی است میان توان پردازش بالای راهکارهای لایه ۲ و دنیای آشنای اتریوم که همه ما به آن اعتماد داریم.
معایب و چالش‌های zkEVM
با وجود تمام نقاط قوت، پیاده‌سازی zkEVM با چالش‌ها و محدودیت‌هایی نیز همراه است که نمی‌توان از آنها چشم‌پوشی کرد:
- پیچیدگی فنی و نیاز به توان محاسباتی بالا: ساخت و اجرای یک zkEVM از نظر فنی بسیار دشوار است. تبدیل فرآیندهای ماشین مجازی اتریوم به مدارهای ریاضی دانش صفر، کاری پیچیده و زمان‌بر محسوب می‌شود. تولید اثبات‌های رمزنگاری به سخت‌افزار پیشرفته (مانند سرورها یا حتی کارت‌های گرافیکی قدرتمند) نیاز دارد و ممکن است برای بلاک‌های بزرگ، زمان قابل توجهی (چند دقیقه یا بیشتر) طول بکشد. این پیچیدگی باعث می‌شود توسعه zkEVM عمدتا در اختیار تیم‌های متخصص با دانش رمزنگاری بالا باشد و پیاده‌سازی آن برای هر پروژه کوچکی مقدور نباشد.
- عدم سازگاری کامل (در حال حاضر): در حالی که هدف zkEVM رسیدن به سازگاری صددرصدی با اتریوم است، اغلب راهکارهای فعلی هنوز به این نقطه نرسیده‌اند. برخی از zkEVMهای موجود از همه اپ کدها یا الگوهای پیچیده EVM پشتیبانی نمی‌کنند یا ساختار هزینه گس متفاوتی دارند؛ یعنی گاهی توسعه‌دهندگان مجبورند قراردادهای خود را برای اجرا روی zkEVM اصلاح کنند یا از کتابخانه‌های خاصی بهره بگیرند. هرچند انتظار می‌رود در آینده این شکاف کمتر شود، ولی در حال حاضر محدودیت سازگاری یکی از موانع پذیرش کامل zkEVM توسط همه پروژه‌ها است.
- هزینه‌های تایید و سربار شبکه اصلی: هرچند zkEVM تعداد تراکنش‌های بیشتری را با یک سند اثبات واحد منتقل می‌کند، اما خود فرآیند تایید اثبات بر روی شبکه اصلی رایگان نیست. قرارداد هوشمند تاییدکننده (Verifier) که اثبات‌ها را بررسی می‌کند، برای هر اثبات مصرف گس قابل توجهی دارد. اگرچه این هزینه در قیاس با انجام تمام آن تراکنش‌ها روی زنجیره بسیار کمتر است، اما همچنان وجود دارد و باید در اقتصاد کلی سیستم در نظر گرفته شود. همچنین داده‌های خلاصه تراکنش‌ها (برای حفظ قابلیت بازیابی وضعیت) معمولا باید به صورت داده در دسترس روی اتریوم ذخیره شوند که این نیز بخشی از هزینه را به همراه دارد. به طور کلی، zkEVMها بار محاسباتی را از لایه ۱ برمی‌دارند اما مقداری بار اثبات و داده را اضافه می‌کنند که نیازمند بهینه‌سازی مداوم است.
- تمرکزگرایی در فرآیند اثبات: یکی دیگر از چالش‌ها، تضمین غیرمتمرکز بودن فرآیند تولید و تایید اثبات‌ها است. در حال حاضر، بسیاری از شبکه‌های zkEVM به چند نود محدود متکی هستند که وظیفه تولید اثبات (Prover) را بر عهده دارند. اگر تنها تعداد کمی سرور توانایی ساخت این اثبات‌های سنگین را داشته باشند، خطر تمرکز و انحصار به وجود می‌آید. برای رفع این نگرانی، باید راهکارهایی برای توزیع فرآیند اثبات بین نودهای متعدد و کاهش نیازمندی‌های سخت‌افزاری اندیشیده شود تا شبکه zkEVM واقعا مانند خود اتریوم غیرمتمرکز باقی بماند.
- تازه‌بودن و عدم بلوغ کامل: فناوری zkEVM هنوز در ابتدای راه خود است. اولین شبکه‌های zkEVM عمری کمتر از چند سال دارند و در مقایسه با خود اتریوم که حدود یک دهه آزمون خود را پس داده، بسیار جدید محسوب می‌شوند. ممکن است باگ‌های پنهان یا نقاط ضعفی در سیستم‌های zkEVM وجود داشته باشد که تنها با گذشت زمان و تجربه عملی آشکار شوند. همچنین ابزارهای توسعه، مستندات و آموزش‌ها پیرامون zkEVM به اندازه اکوسیستم اصلی اتریوم غنی نیست. همه این موارد به این معناست که اگرچه zkEVM افق روشنی دارد، ولی راه تکامل و بهبود آن همچنان هموار نشده و نیازمند تلاش و آزمون و خطای بیشتر است.
جمع‌بندی
zkEVM را می‌توان نقطه تلاقی دو دستاورد بزرگ در دنیای بلاک چین دانست: امنیت و قابلیت‌های گسترده اتریوم از یک سو و مقیاس‌پذیری و کارایی اثبات‌های دانش صفر از سوی دیگر. با ظهور zkEVM، رویایی که سال‌ها در جامعه اتریوم دنبال می‌شد رنگ واقعیت گرفته است: شبکه‌ای که می‌تواند بدون ازدحام و کارمزد بالا، میلیون‌ها کاربر را پشتیبانی کند، در حالی که همان ضمانت‌های سخت‌گیرانه امنیتی اتریوم را ارائه می‌دهد. پروژه‌های مختلفی اکنون مشغول آزمودن و بهبود این فناوری هستند و هر کدام بعدی از چالش‌ها را هدف قرار داده‌اند تا zkEVM را پایدارتر، سریع‌تر و سازگارتر کنند.
هرچند هنوز مسائل فنی و اجرایی متعددی باقی مانده که باید حل شوند، روند کلی نشان می‌دهد zkEVM آینده روشنی در مقیاس‌پذیری بلاک چین دارد. ترکیب موفق دانش صفر و ماشین مجازی اتریوم می‌تواند راه را برای پذیرش گسترده‌تر فناوری بلاکچین در کاربردهای متنوع هموار کند. به بیان دیگر، zkEVM گام مهمی به جلو در مسیر تحقق «اتریوم برای همه» است؛ شبکه‌ای که همگان بتوانند بدون دغدغه سرعت و هزینه، از مزایای آن بهره‌مند شوند و در عین حال از امنیت و غیرمتمرکز بودن آن مطمئن باشند.
سوالات متداول
بله. zkEVM از مکانیسم اثبات دانش صفر استفاده می‌کند تا تمام تغییرات حالت شبکه صحت‌سنجی شوند؛ بنابراین امنیت آن برابر با امنیت خود شبکه اتریوم است. حتی با اجرای تراکنش‌ها در لایه دوم، چون هیچ تغییر نامعتبری بدون اثبات پذیرفته نمی‌شود، اعتماد کاربران به امنیت شبکه حفظ می‌گردد.
هردو. zkEVM در درجه اول برای افزایش مقیاس‌پذیری طراحی شده و می‌تواند سرعت پردازش و ظرفیت تراکنش‌های اتریوم را چند برابر کند. در عین حال، این فناوری به دلیل ماهیت اثبات ریاضی خود، امنیت شبکه را نیز کاهش نمی‌دهد؛ بلکه با حذف اتکا به اعتماد به نودهای لایه دوم (مانند مدل رول‌آپ‌های آپتیمیستیک) سطح اطمینان را بالاتر هم می‌برد.
از مزایای اصلی zkEVM می‌توان به افزایش چشمگیر توان پردازش شبکه، کاهش محسوس کارمزدها، حفظ کامل امنیت اتریوم و سازگاری با قراردادها و ابزارهای فعلی اشاره کرد. در مقابل، پیچیدگی فنی بالا، نیاز به توان محاسباتی سنگین (سخت‌افزار ویژه برای تولید اثبات) و جدید بودن فناوری (نیاز به آزمون بیشتر و بلوغ اکوسیستم) از جمله مهم‌ترین چالش‌ها و معایب آن هستند.
