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Jason's Study

Polygon zkEVM — 用零知识证明给以太坊扩容

是什么

Polygon zkEVM 是一条 以太坊 Layer 2：你把合约调用和转账发到它身上，它在链下批量跑完，再用一份零知识证明告诉以太坊主网”我没作弊”。日常类比：像把一摞作业交给课代表批改，他改完只交给老师一张签名小纸条，老师不用一份份重读，验签就放行。

它的招牌是 EVM 等价——你在以太坊主网部署的合约、用的钱包、写的脚本，几乎不改就能搬过来。底层有一台叫 zkProver 的电路，负责把”EVM 把这条字节码跑了一步”翻译成数学上的多项式约束。

zkevm-node 是它的 L2 全节点实现（Go 写）。包含 sequencer（排交易）、aggregator（聚合证明）、synchronizer（拉 L1 数据）、JSON-RPC（兼容以太坊接口）几大件。

为什么重要

不理解 zkEVM，下面这些事都没法解释：

  • 为什么 2023 年起一堆 DeFi 协议直接复制 L1 合约到一条新链就能跑——背后就是 EVM 等价
  • 为什么”L2 便宜”但安全性还能挂在以太坊——靠的是 zk 证明被 L1 合约验证
  • 为什么 prover 服务器要塞满显卡——电路约束几亿条，证明生成是重计算
  • 为什么相同概念会有 zkSync / Scroll / Polygon zkEVM 三家在打——EVM 等价的实现路线不同

核心要点

zkEVM 的工作流可以拆成 三步：

  1. 打包（sequencer）：用户的交易先进 L2 mempool，sequencer 把若干笔交易排序、塞进一个 batch、写一份”trusted state”。类比：餐厅前台把订单按到达顺序贴到打印机。

  2. 执行 + 证明（executor + prover）：executor 真的把字节码跑一遍，得到状态变化；prover 同时把这次执行翻译成 多项式约束，再用 zk 算法（PLONK / STARK 系）压成一份简短证明。类比：厨师做菜的同时，监控录像把整段过程压成一段哈希。

  3. 聚合 + 上链（aggregator + L1 verifier）：aggregator 把多个 batch 的证明合并成一个，调用以太坊主网的 verifier 合约验证。验证通过 → “verified state” 落地，回滚不了。类比：监控带送到警局，警员只看签字封条就放行。

合起来：链下执行 + 链上验签。注意 prover 和 executor 是两个角色——executor 跑得快、给 sequencer 用来快速反馈；prover 跑得慢、专门生成证明给 L1 看。这种”快路径 + 慢证明”分离是 zkEVM 性能能上得来的关键。

实践案例

案例 1：把一份 L1 合约部署到 zkEVM

最小例子（Solidity 计数器）：

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.20;


contract Counter {
    uint256 public count;
    function inc() external { count += 1; }
}

部署脚本（hardhat / foundry 都行）只需要换一个 RPC URL 和 chainId：

.env
RPC_URL=https://zkevm-rpc.com
CHAIN_ID=1101

合约 bytecode、ABI、调用方式都不变。这就是”等价”的实际体感。

案例 2：钱包 / 前端怎么切到 zkEVM

ethers.js v6 里：

import { JsonRpcProvider } from "ethers"
const provider = new JsonRpcProvider("https://zkevm-rpc.com", 1101)
const block = await provider.getBlockNumber()
console.log("zkEVM 当前高度:", block)

前端只是换个 chainId（1101 是 Polygon zkEVM 主网）。原本调用 L1 的 eth_call、eth_sendRawTransaction 全都直接复用。

案例 3：观察 batch 上链节奏

zkevm-node 暴露的 RPC 多了一个 zkevm_batchNumber，能看 batch 序号。普通用户的体感：

用户发交易 → 进入 trusted state（秒级，可被 sequencer 改）
sequencer 把 batch 写到 L1 → virtual state（约几分钟）
aggregator 提交证明并被 L1 verify → verified state（可能十几分钟到 1 小时，完全不可回滚）

三种”状态”对应三种”finality 等级”，应用层要按业务自己挑：刷脸点单用 trusted 就够，跨链取款必须等 verified。

踩过的坑

  1. batch 资源上限：单 batch 限制 keccak 次数、字段元素总量。合约里循环 hash 太多会让交易”语法没错也被拒”，和 L1 gas 不是一回事。

  2. EVM 等价 ≠ 100% 一致：极少数 opcode 与 precompile 行为有版本差异（如 SELFDESTRUCT、某些预编译合约），迁移前要查 fork 版本说明。

  3. prover 是重资产：证明生成需要大显存 + 长时间，普通团队跑不动；多数项目依赖 Polygon 官方 prover，去中心化在路上。

  4. 仓库已归档：zkevm-node 在 2025-02 归档（最后版本 v0.7.3），新部署应迁移到继任者 cdk-erigon。老 README 里很多 CLI 指令已过时，找资料认准时间戳。

  5. 状态机三档容易混：trusted / virtual / verified 不是同义词，分别是”sequencer 说了算 / batch 已上 L1 但未证 / L1 已验过证”——业务设计前要分清”哪一档下结论”。

适用 vs 不适用场景

适用：

  • DeFi / NFT / 游戏：合约现成、调用频繁、用户对 gas 敏感
  • 钱包 / dapp 多链支持：换 chainId + RPC 即可上线
  • 需要”挂在以太坊安全模型”而不是独立 PoS 共识的应用
  • 高频交互：trusted state 秒级，体感接近 Web2

不适用：

  • 想跑非 EVM 字节码（Move / WASM）→ 看 scroll 也不行，要改用 Sui / Aptos
  • 不能容忍 verified state 延迟到 1 小时的跨链桥（要靠乐观挑战 + 流动性 LP 提前出款）
  • 想自己跑全套基础设施但只有几张卡 → prover 要求过高
  • 极小预算实验项目：上 L1 测试网或 arbitrum 等 optimistic rollup 更便宜

历史小故事（可跳过）

  • 2021：Polygon 收购 Hermez（早期 zk-rollup 项目，专做支付场景）
  • 2022-07：Polygon 公布 zkEVM 路线图，喊出 “EVM 等价” 口号，对标 zkSync 的 “EVM 兼容”
  • 2023-03：主网公测上线，DeFi 项目开始迁移
  • 2024-08：zkevm-node v0.7.3 发布，是 Go 实现的最后一个版本
  • 2025-02：仓库归档，团队转向基于 erigon 的 cdk-erigon（性能更好、更易做 CDK 多链）
  • 大背景：与同期的 zkSync Era（2023-03）、Scroll（2023-10）形成 zkEVM 三足；他们都在追”Type-1 完全等价”目标

学到什么

  1. 链下算 + 链上验 是 zk-rollup 的核心套路；zkEVM 的难点是把 EVM 这个”指令集复杂度极高的虚拟机”塞进电路
  2. EVM 等价 vs 兼容 是工程取舍：等价让生态零成本迁移，但电路约束更难写
  3. finality 不是单一概念：trusted / virtual / verified 三档，业务层要按风险挑用哪档
  4. 一个项目从 v0 到 archived 只要 2 年，仓库选型要看活跃度，不能只看明星名字

延伸阅读

关联

  • arbitrum —— 同为以太坊 L2，但用乐观证明而非 zk 证明，挑战期 7 天
  • optimism —— Optimistic rollup 代表，OP Stack 与 Polygon CDK 是两套 L2 元框架对手
  • scroll —— 另一家 zkEVM，目标更激进的 Type-1（连 hash 函数都和 L1 一样）
  • zk-snark —— zkEVM 用的证明系统（PLONK / STARK 系）属于 zk-snark 大家族
  • uniswap-v3 —— 典型”L1 合约直接搬过来”的 DeFi 用户，验证 EVM 等价好用
  • ethereum —— L1 验证合约就部署在以太坊，安全性继承自此
  • circom —— 写 zk 电路的常用 DSL，和 zkProver 的电路语言是同类工具

反向链接

  • arbitrum —— Arbitrum Nitro — Offchain Labs 的 Optimistic Rollup 客户端
  • cairo-lang —— Cairo — Starknet 的 zk 友好编程语言
  • layerzero —— LayerZero V2 — 让一条链上的合约能给另一条链上的合约发消息
  • optimism —— Optimism — 以太坊 L2 旗舰栈，把交易搬到便宜车道再回主网结算
  • scroll —— Scroll — 字节码级 zkEVM
  • uniswap-v3 —— Uniswap V3 — 集中流动性 AMM 核心合约
  • zk-snark —— zk-SNARK 零知识证明
  • zksync-era —— zkSync Era — Matter Labs 的 zkEVM L2