Validity Rollups: 以太坊擴容的黃金之路

Validity Rollups (VRs) 被認爲是當前最有希望以安全和去中心化方式提升以太坊吞吐量的技術。在這個領域中，zkEVM 和 Cairo VM (CVM) 是兩種主要的虛擬機實現方案。

zkEVM 專注於與以太坊的兼容性，但這種選擇在一定程度上犧牲了性能和可擴展性。相比之下，Starknet 採用的 Cairo VM 將性能和可擴展性置於首位，而非完全兼容性。

Validity Rollups 的核心是利用有效性證明進行可驗證計算。它們的工作原理是將交易處理轉移到鏈下環境，即第 2 層。處理完大量交易後，操作員會將結果和證明提交回以太坊主網，由智能合約驗證執行的完整性。

值得注意的是，"零知識匯總"這個術語雖然常被使用，但實際上並不準確。大多數 Validity Rollup 並不使用零知識證明，也不是爲了保護隱私而設計的。

虛擬機是可以執行程序的環境，就像在 Mac 上運行 Windows 系統。以太坊虛擬機 (EVM) 是運行以太坊智能合約的環境。而零知識虛擬機 (zkVM) 則是一種特殊的執行環境，它不僅執行程序，還能生成易於驗證的有效性證明。

zkEVM 試圖在第 2 層復制以太坊的體驗，讓開發者無需改變代碼或工具就能享受更高的可擴展性。然而，這種方法也帶來了一些挑戰，主要是因爲 EVM 在設計時並未考慮到證明效率。

EVM 的基於堆棧的模型、對 Keccak 哈希和大型 Merkle Patricia 樹的依賴，都使得生成有效性證明變得困難且資源密集。這就是爲什麼不同的 zkEVM 實現在以太坊兼容性和性能之間做出了不同的權衡。

相比之下，Cairo VM 是專門爲高效生成有效性證明而設計的。它使用了一種新的高級語言 Cairo，該語言針對證明生成進行了優化。Cairo VM 的優勢包括：

1. 每條指令都有效率高的代數表示
2. 類似 Rust 的語言用於編寫可證明程序
3. 高級 Cairo 和 Cairo 匯編之間的中間表示，提高了執行效率

Cairo 不僅簡化了復雜計算的證明過程，還爲開發者提供了多種編碼選擇。開發者可以直接使用 Cairo 編寫代碼，也可以通過轉譯器或在 Starknet 上運行的 zkEVM 來使用 Solidity。

盡管 Cairo 還很年輕，但它已經成爲 TVL 排名第四的智能合約語言，吸引了大量資金投入。

總的來說，zkEVM 和 Cairo VM 代表了兩種不同的擴容思路。zkEVM 致力於復制以太坊環境，但可能會限制證明系統的潛力。Cairo VM 則專爲證明系統設計，雖然犧牲了一些兼容性，但在效率和可擴展性上有明顯優勢。

隨着 Starknet 上的應用不斷發展，Cairo 展現出強大的潛力。未來，開發者將有更多選擇來擴展區塊鏈，Validity Rollups 無疑將在以太坊的擴容之路上扮演重要角色。