Validity Rollups: 以太坊扩容的黄金之路

Validity Rollups (VRs) 被认为是当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术。在这个领域中，zkEVM 和 Cairo VM (CVM) 是两种主要的虚拟机实现方案。

zkEVM 专注于与以太坊的兼容性，但这种选择在一定程度上牺牲了性能和可扩展性。相比之下，Starknet 采用的 Cairo VM 将性能和可扩展性置于首位，而非完全兼容性。

Validity Rollups 的核心是利用有效性证明进行可验证计算。它们的工作原理是将交易处理转移到链下环境，即第 2 层。处理完大量交易后，操作员会将结果和证明提交回以太坊主网，由智能合约验证执行的完整性。

值得注意的是，"零知识汇总"这个术语虽然常被使用，但实际上并不准确。大多数 Validity Rollup 并不使用零知识证明，也不是为了保护隐私而设计的。

虚拟机是可以执行程序的环境，就像在 Mac 上运行 Windows 系统。以太坊虚拟机 (EVM) 是运行以太坊智能合约的环境。而零知识虚拟机 (zkVM) 则是一种特殊的执行环境，它不仅执行程序，还能生成易于验证的有效性证明。

zkEVM 试图在第 2 层复制以太坊的体验，让开发者无需改变代码或工具就能享受更高的可扩展性。然而，这种方法也带来了一些挑战，主要是因为 EVM 在设计时并未考虑到证明效率。

EVM 的基于堆栈的模型、对 Keccak 哈希和大型 Merkle Patricia 树的依赖，都使得生成有效性证明变得困难且资源密集。这就是为什么不同的 zkEVM 实现在以太坊兼容性和性能之间做出了不同的权衡。

相比之下，Cairo VM 是专门为高效生成有效性证明而设计的。它使用了一种新的高级语言 Cairo，该语言针对证明生成进行了优化。Cairo VM 的优势包括：

1. 每条指令都有效率高的代数表示
2. 类似 Rust 的语言用于编写可证明程序
3. 高级 Cairo 和 Cairo 汇编之间的中间表示，提高了执行效率

Cairo 不仅简化了复杂计算的证明过程，还为开发者提供了多种编码选择。开发者可以直接使用 Cairo 编写代码，也可以通过转译器或在 Starknet 上运行的 zkEVM 来使用 Solidity。

尽管 Cairo 还很年轻，但它已经成为 TVL 排名第四的智能合约语言，吸引了大量资金投入。

总的来说，zkEVM 和 Cairo VM 代表了两种不同的扩容思路。zkEVM 致力于复制以太坊环境，但可能会限制证明系统的潜力。Cairo VM 则专为证明系统设计，虽然牺牲了一些兼容性，但在效率和可扩展性上有明显优势。

随着 Starknet 上的应用不断发展，Cairo 展现出强大的潜力。未来，开发者将有更多选择来扩展区块链，Validity Rollups 无疑将在以太坊的扩容之路上扮演重要角色。