تقنية zkEVM للتحقق من بلوك الطبقة الأولى (L1)

zkEVM هي تقنية تستخدم إثباتات المعرفة الصفرية للتحقق من تنفيذ بلوك إيثريوم. بدلاً من مطالبة كل بإعادة تنفيذ جميع المعاملات في بلوك معين، يقوم فاعل متخصص واحد (يُسمى "المُثبِت" أو prover) بتنفيذ البلوك وإنشاء إثبات تشفيري بأن التنفيذ كان صحيحًا. يمكن لأي عقدة بعد ذلك التحقق من هذا الإثبات—وهي عملية أرخص بكثير من إعادة تنفيذ جميع المعاملات.

مشكلة إعادة التنفيذ

اليوم، تستخدم إيثريوم نموذج تحقق "N-of-N": يجب على كل مُدقِّق إعادة تنفيذ كل معاملة في كل بلوك بشكل مستقل للتحقق من أن تغييرات الحالة المقترحة صحيحة. في حين أن هذا النهج يوفر أقصى درجات انعدام الثقة (trustless)، إلا أنه يخلق عنق زجاجة أساسي.

المشكلة هي أن إنتاجية إيثريوم محدودة بما يمكن للمُدقِّق العادي معالجته. إن رفع سيسمح بمزيد من المعاملات لكل بلوك، ولكنه سيرفع أيضًا من متطلبات الأجهزة للمُدقِّقين. وهذا يهدد اللامركزية—فإذا كان تشغيل مُدقِّق يتطلب أجهزة باهظة الثمن، فسيتمكن عدد أقل من الأشخاص من المشاركة في تأمين الشبكة.

تقدم zkEVM مخرجًا من هذه المقايضة. من خلال التحول من "الجميع يعيد التنفيذ" إلى "واحد يُثبت، والجميع يتحقق"، يمكن لإيثريوم زيادة حد الغاز بأمان دون رفع متطلبات الأجهزة للمُدقِّقين.

كيف يعمل التحقق من zkEVM في الطبقة الأولى (L1)

يحول التحقق باستخدام zkEVM عملية التحقق من البلوك إلى نموذج "1-of-N":

1. التنفيذ: يقوم المُثبِت بتنفيذ جميع المعاملات في بلوك معين، متتبعًا كل تغيير في الحالة
2. الإثبات: يقوم المُثبِت بإنشاء إثبات تشفيري (SNARK أو STARK) يشهد على صحة التنفيذ
3. التحقق: يتحقق المُدقِّقون من الإثبات بدلاً من إعادة تنفيذ المعاملات—وهذا أرخص بكثير من إعادة التنفيذ الكاملة

يظل الضمان الأمني كما هو: إذا كان التنفيذ غير صحيح، فلا يمكن إنشاء إثبات صالح. ولكن الآن، بدلاً من أن تقوم كل عقدة بعمليات حسابية مكلفة، يقوم المُثبِت فقط بذلك—والتحقق رخيص بما يكفي لدرجة أنه لا يقيد حد الغاز.

النوع الأول من zkEVMs

تُصنف تقنيات zkEVM إلى أنواع بناءً على توافقها مع إيثريوم:

• النوع 1: مكافئ تمامًا لإيثريوم. لا توجد تعديلات على آلة إيثريوم الافتراضية (EVM)، لذلك يمكن إثبات أي بلوك إيثريوم تمامًا كما هو
• النوع 2-4: إجراء مقايضات مختلفة، وتعديل سلوك آلة إيثريوم الافتراضية (EVM) لجعل الإثبات أسهل

بالنسبة للتحقق في الطبقة الأولى (L1)، يعتبر النوع 1 ضروريًا. يجب أن تكون zkEVM قادرة على إثبات أي بلوك إيثريوم صالح، بما في ذلك الحالات الاستثنائية والكتل التاريخية. أي انحراف عن سلوك إيثريوم الدقيق من شأنه أن يخلق مشكلات في الإجماع.

تركز أبحاث zkEVM التابعة لمؤسسة إيثريوم على تطبيقات النوع 1 المتوافقة تمامًا مع تنفيذ إيثريوم الحالي.

فوائد لإيثريوم

إنتاجية أعلى

عندما يكون التحقق رخيصًا، يمكن زيادة حد الغاز بأمان. يؤدي هذا إلى توسيع سعة الشبكة ويساعد على استقرار الرسوم خلال فترات الطلب المرتفع. إن حد الغاز الحالي مقيد جزئيًا بأجهزة المُدقِّقين—وتزيل zkEVM هذا القيد.

لامركزية أقوى

مع التحقق باستخدام zkEVM، يحتاج المُدقِّقون فقط إلى التحقق من الإثباتات بدلاً من تنفيذ المعاملات. يؤدي هذا إلى خفض متطلبات الأجهزة لتشغيل مُدقِّق بشكل كبير، مما يتيح لمزيد من الأشخاص المشاركة في تأمين الشبكة. يعزز التنوع الأكبر للمُدقِّقين من مقاومة إيثريوم للرقابة ومرونتها.

لاحظ أن الإثبات بحد ذاته يتطلب موارد حسابية كبيرة، أكبر من تلك الخاصة بأجهزة المُدقِّقين الحالية. ومع ذلك، على عكس التحقق، لا يحتاج الإثبات إلى أن يكون لامركزيًا بنفس الطريقة: هناك حاجة إلى إثبات صحيح واحد فقط لكل بلوك، ويمكن لأي شخص التحقق منه بسرعة. تهدف الأبحاث في أسواق المُثبِتين، وتجميع الإثباتات، وتسريع الأجهزة إلى ضمان بقاء الإثبات تنافسيًا ويمكن الوصول إليه بدلاً من تركزّه بين عدد قليل من المشغلين الكبار.

نهائية يمكن التنبؤ بها

تعمل عملية التحقق من الإثبات في وقت ثابت بغض النظر عن تعقيد البلوك. هذا يجعل توقيت الإقرار أكثر قابلية للتنبؤ ويقلل من الإقرارات المفقودة التي يمكن أن تحدث عندما يواجه المُدقِّقون صعوبة في معالجة الكتل المعقدة في الوقت المناسب.

تحديات الإثبات في الوقت الفعلي

التحدي الرئيسي للتحقق من zkEVM في الطبقة الأولى (L1) هو السرعة. يتم إنتاج كتل إيثريوم كل 12 ثانية، مما يعني أنه يجب إنشاء الإثباتات ضمن إطار زمني مماثل لتكون مفيدة للإجماع.

يمكن أن تستغرق تطبيقات zkEVM الحالية من دقائق إلى ساعات لإثبات بلوك واحد. تركز الأبحاث على سد هذه الفجوة من خلال:

• التوازي: توزيع عمل الإثبات عبر أجهزة متعددة
• أجهزة متخصصة: تصميم دوائر وأجهزة محسنة لإثباتات المعرفة الصفرية (ZK)
• تحسينات خوارزمية: أنظمة إثبات وتصميمات دوائر أكثر كفاءة
• الإثبات التدريجي: إنشاء الإثباتات أثناء تنفيذ المعاملات، بدلاً من إنشائها بعد ذلك

الأبحاث والتطبيقات الحالية

تمول مؤسسة إيثريوم أبحاث zkEVM من خلال فريق Privacy Stewards of Ethereum (PSE) (opens in a new tab). تشمل مسارات البحث الرئيسية ما يلي:

• الإثبات في الوقت الفعلي: إنشاء إثباتات كاملة للبلوك ضمن فترات زمنية تبلغ 12 ثانية
• تكامل العميل: توحيد الواجهات بين عملاء التنفيذ والمُثبِتين
• الحوافز الاقتصادية: تصميم أسواق مُثبِتين وهياكل رسوم مستدامة

حالة التطبيق

يتم تطوير واختبار العديد من تطبيقات zkVM لإثبات بلوك إيثريوم:

تستخدم هذه التطبيقات آلات افتراضية تعتمد على RISC-V لتنفيذ الرمز الثانوي (bytecode) لآلة إيثريوم الافتراضية (EVM)، ثم تقوم بإنشاء إثباتات المعرفة الصفرية (ZK proofs) للتنفيذ الصحيح. يتم تتبع نتائج الاختبارات الحديثة والتقدم المحرز في متتبع zkVM التابع لمؤسسة إيثريوم (opens in a new tab).

كيف تتناسب zkEVM مع الترقيات الأخرى

يرتبط التحقق من zkEVM في الطبقة الأولى (L1) بالعديد من عناصر خريطة طريق إيثريوم الأخرى:

• أشجار فيركل (Verkle Trees): تتيح شهودًا (witnesses) أصغر للتحقق بدون حالة (stateless)، مما يقلل من البيانات التي يحتاج المُثبِتون للعمل معها
• انعدام الحالة (Statelessness): تعد zkEVM عامل تمكين رئيسي—مع إثباتات المعرفة الصفرية (ZK) للتنفيذ، لا تحتاج العقد إلى حالة كاملة للتحقق من الكتل
• فصل المُقترِح عن الباني (PBS): يمكن لبناة الكتل دمج إنشاء الإثباتات، أو قد يظهر سوق منفصل للمُثبِتين
• نهائية الخانة الواحدة (Single Slot Finality): يمكن أن يتيح إنشاء الإثباتات بشكل أسرع نهائية الخانة الواحدة مع ضمانات تشفيرية

قراءة المزيد

• مؤسسة zkEVM (opens in a new tab) - مركز أبحاث zkEVM الرسمي التابع لمؤسسة إيثريوم
• Ethproofs (opens in a new tab) - تتبع السباق لإثبات إيثريوم في الوقت الفعلي
• zkevm.fyi (opens in a new tab) - كتاب تقني حول zkEVM للطبقة الأولى (L1)
• مواصفات PSE zkEVM (opens in a new tab) - المواصفات الفنية
• The Verge (opens in a new tab) - نظرة عامة من فيتاليك (Vitalik) على تحسينات التحقق
• مدونة EF zkEVM (opens in a new tab) - تحليل الأداء من فريق مؤسسة إيثريوم (EF)