EVM是什麼？了解以太坊虛擬機器的運作與未來

你是否曾好奇，像以太坊這樣龐大的區塊鏈網路，如何才能處理數十億人的交易，而不至於慢如牛步、費用高昂？這正是以太坊社群長期以來努力解決的「擴展性」問題。現在，一個被譽為解決此問題的「聖杯」級技術正迅速崛起，它就是零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）。這項技術不僅有望大幅提升以太坊的交易處理能力，更預示著一個更高效、更安全的數位金融新紀元。

同時，以太坊不僅是技術革新的前沿，它也正悄悄成為全球金融機構眼中不可或缺的「基礎設施」。從華爾街巨頭的積極佈局，到以太坊共同創辦人維塔利克·布特林（Vitalik Buterin）對核心「以太坊虛擬機器（EVM）」未來潛在替代方案的深度思考，都預示著以太坊正在經歷一場從實驗到主流的深遠蛻變。在接下來的內容裡，我們將一同深入探索零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）的技術原理、它面臨的挑戰、市場上的主要競爭者，並展望以太坊在未來十年將如何重塑我們的數位經濟格局。

以太坊擴展的「聖杯」：零知識以太坊虛擬機器解密

想像一下，一條原本只能容納少數車輛的公路，突然需要承載數百萬輛車，會發生什麼事？答案是：嚴重塞車，通行費暴漲。這正是目前的以太坊（Ethereum）網路所面臨的挑戰。由於其區塊空間有限，當大量用戶同時進行交易時，就會導致交易處理速度變慢，並且需要支付高昂的「Gas費用」。為了解決這個問題，區塊鏈世界發展出各種第二層網路（L2）擴展方案，其中最受矚目的就是匯總（Rollups）技術。

在眾多匯總方案中，零知識匯總（ZK Rollups）被視為最具潛力的技術之一，而其核心就是零知識證明（Zero-Knowledge Proofs, ZKPs）。零知識證明是一種神奇的加密技術，它允許你向別人證明某件事是真的，而無需透露任何實際的資訊。舉例來說，你可以證明你擁有一個秘密，卻不必告訴對方秘密的內容。在區塊鏈的應用中，零知識證明主要分為兩種類型：可擴展透明知識論證（STARKs）和簡潔非互動知識論證（SNARKs）。STARKs 提供更高的透明度和擴展性，而 SNARKs 則更為簡潔。無論是哪種，它們的共同點是能將大量的交易壓縮成一個「證明」，這個證明非常小，而且可以被快速且便宜地驗證，這大大提升了區塊鏈的效率和安全性。

而零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs），正是將零知識證明技術應用於以太坊虛擬機器（EVM）的終極目標。傳統的樂觀匯總（Optimistic Rollups）需要一段時間讓任何人質疑交易的有效性（稱為「詐欺證明」期），才能最終確定交易。但zkEVMs透過有效性證明（Validity Proofs），能夠即時驗證鏈下交易的正確性，確保所有批次處理的交易都是合法且正確的，從而大大縮短了提款時間，提供了更高的安全保障。這也難怪zkEVMs被譽為解決以太坊擴展性的「聖杯」，因為它兼具了以太坊主網的安全性與第二層網路的超高效率。

零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）的出現，為以太坊的擴展性帶來了革命性的突破，其主要優勢體現在以下幾個方面：

• 提升交易吞吐量：透過將大量交易批次處理並在鏈下進行驗證，顯著增加了每秒可處理的交易數量。
• 降低交易成本：鏈下處理和壓縮證明減少了以太坊主網的負載，從而降低了用戶支付的Gas費用。
• 增強安全性：利用零知識證明的密碼學保證，確保鏈下交易的有效性，無需信任任何第三方，提供與以太坊主網同等的安全性。
• 即時最終性：與樂觀匯總不同，zkEVMs的有效性證明可立即驗證交易，大幅縮短了提款時間。

為了更清晰地理解零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）所基於的零知識匯總（ZK Rollups）與另一種主流方案樂觀匯總（Optimistic Rollups）的差異，以下是一個簡要的比較表格：

特性	零知識匯總（ZK Rollups）	樂觀匯總（Optimistic Rollups）
安全性機制	使用有效性證明（Validity Proofs），即時驗證交易正確性。	使用詐欺證明（Fraud Proofs），假設交易正確，需等待挑戰期。
提款時間	即時，一旦證明被驗證即可提款。	需等待數天（通常7天）的詐欺證明挑戰期。
計算開銷	生成零知識證明需要高昂的鏈下計算資源。	鏈下計算開銷較低，主要開銷在鏈上數據儲存。
複雜性	技術實現更為複雜，仍在快速發展中。	技術相對成熟，部署時間較長。
以太坊兼容性	zkEVMs正努力實現與EVM的位元碼或共識級兼容。	通常與EVM高度兼容。

兼容性光譜：從語言級到共識級的零知識以太坊虛擬機器之路

你或許會問，這個「以太坊虛擬機器（EVM）」到底是什麼？簡單來說，以太坊虛擬機器（EVM）就是以太坊區塊鏈上的「全球電腦」，它負責執行所有智能合約（Smart Contracts）的程式碼。就像你的電腦需要一個作業系統來運行各種應用程式一樣，以太坊也需要EVM來確保所有去中心化應用程式（DApps）能夠一致地運行。因此，一個零知識以太坊虛擬機器（zkEVM）與EVM的兼容程度，直接關係到開發者將現有應用程式遷移到zkEVM上的難易度，以及其安全性。

目前，零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）與以太坊虛擬機器（EVM）的兼容性程度大致可以分為幾個層級：

• 語言級兼容性： 這是最基礎的兼容性，你的程式碼（例如用Solidity語言撰寫的智能合約）可以在zkEVM上編譯和執行，但可能需要調整一些工具或語法。對開發者來說，這提供了很大的彈性，但可能無法完全繼承EVM的所有特性。
• 位元碼級兼容性： 這是更深層次的兼容，意味著zkEVM可以直接執行EVM的位元碼（Bytecode）。這讓現有的以太坊應用程式和工具能更容易地遷移，因為它們的底層代碼幾乎不需要改動。大多數領先的zkEVM專案都致力於實現這一級別的兼容性。
• 共識級兼容性： 這是最高級別的兼容，代表zkEVM不僅能執行EVM的位元碼，甚至能模仿EVM的所有底層行為，包括Gas費計算、狀態轉換等，達到與以太坊主網「一模一樣」的行為。這是一個極具挑戰性的目標，目前仍是長期研究與開發的重點。

目前市場上有許多領先的零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）專案正在積極開發，例如由Matter Labs主導的零知識同步（zkSync 2.0）、StarkWare開發的星網（StarkNet）、多邊形網路 zkEVM（Polygon zkEVM）以及卷軸（Scroll）等。這些專案各自採用不同的零知識證明演算法、數據可用性策略，並在兼容性上努力實現突破。例如，zkSync 2.0和Polygon zkEVM都力求實現位元碼級兼容性，讓開發者能更順暢地將應用程式移植過來。而以太坊基金會的隱私與擴展探索團隊（Privacy and Scaling Explorations, PSE）則專注於推進更高層次的共識級兼容性研究，為未來的以太坊生態奠定基礎。

目前市場上有許多領先的零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）專案正在積極開發，它們各自擁有不同的技術重點和發展路徑：

專案名稱	主要開發團隊	EVM兼容性目標	零知識證明類型	特點/重點
zkSync Era (zkSync 2.0)	Matter Labs	位元碼級兼容	ZK-SNARKs	強調原生賬戶抽象（Account Abstraction），降低Gas費。
StarkNet	StarkWare	語言級兼容（Cairo）	ZK-STARKs	採用獨特的Cairo語言，專注於通用計算擴展。
Polygon zkEVM	Polygon Labs	位元碼級兼容	ZK-SNARKs	致力於高度EVM兼容，提供開放原始碼解決方案。
Scroll	Scroll	位元碼級兼容	ZK-SNARKs	與以太坊基金會合作，旨在實現最高的EVM等效性。

華爾街的數位轉型：以太坊如何成為金融基礎設施

在過去的十年裡，以太坊（Ethereum）從一個新穎的技術概念，逐漸蛻變成為全球金融系統中一個不可忽視的基礎設施。你或許會覺得區塊鏈跟傳統金融格格不入，但事實上，越來越多的華爾街巨頭和主流企業正將以太坊納入他們的數位轉型策略中，將其視為新一代金融的隱藏基石。

舉例來說，全球最大的資產管理公司貝萊德（BlackRock），就已積極利用以太坊網路。他們不僅推出了機構數位資產流動性基金，將傳統資產代幣化，並在以太坊區塊鏈上記錄所有權，更將以太幣視為可程式化貨幣的核心。又如知名券商羅賓漢（Robinhood），也選擇在仲裁協議（Arbitrum）這個以太坊第二層網路上，推出了代幣化的美國股票交易服務，讓用戶能以更低的成本和更高的效率進行交易。甚至連德國的金融巨頭德意志銀行（Deutsche Bank），也正在探索如何在零知識同步（zkSync）這個零知識以太坊虛擬機器（zkEVM）上建立代幣化平台，簡化資產管理流程。

這些案例都顯示，穩定幣（Stablecoins）和代幣化資產正成為金融機構採用以太坊的兩大驅動力。以太坊的穩定性、強大的去中心化特性和靈活的智能合約功能，使其成為發行和交易這些數位資產的理想平台。這不僅僅是持有以太幣（ETH）作為一種投資，更是深入參與其經濟模型。例如，「以太機器（The Ether Machine）」這類公司，就採取積極的管理投資策略，透過公開上市公司結構，將以太幣進行質押（Staking）、再質押（Re-staking）並參與去中心化金融（DeFi）協議，以期獲取高於被動式指數股票型基金（ETF）的收益。這說明了機構對以太坊的看法已從單純的加密貨幣，轉變為一種具有生產力的、可程式化的核心基礎設施抵押品。

機構採用以太坊作為數位金融基礎設施，主要受到以下幾個關鍵驅動因素的影響：

• 穩定幣的應用：以太坊是發行和交易美元穩定幣（如USDT、USDC）的主流平台，為機構提供了可靠的數位法幣替代品。
• 資產代幣化潛力：傳統金融資產（如股票、債券、房地產）的代幣化，可以在以太坊上實現更高效、更透明的發行和交易。
• 智能合約的靈活性：以太坊的智能合約功能允許機構建立複雜的自動化金融產品和服務，降低營運成本並提高效率。
• 去中心化與安全性：以太坊強大的去中心化特性和經過實戰考驗的安全性，為機構提供了值得信賴的基礎設施。

超越以太坊虛擬機器（EVM）？精簡指令集架構五（RISC-V）與以太坊的長期演進

儘管零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）被視為以太坊擴展的重大突破，但以太坊（Ethereum）的共同創辦人維塔利克·布特林（Vitalik Buterin）卻已在思考更長遠的未來。他曾提出一個大膽的設想：長期來看，以太坊虛擬機器（EVM）最終可能會被一個基於精簡指令集架構五（RISC-V）的虛擬機器所取代。 RISC-V 是一種開放原始碼的指令集架構，以其簡潔和高效著稱。

為什麼會有這樣的想法呢？維塔利克認為，如果能將EVM替換成RISC-V基礎的虛擬機器，理論上可以將零知識證明的生成速度提高百倍！這將是區塊鏈效率的巨大飛躍。然而，這項變革也將帶來巨大的挑戰：它意味著整個以太坊生態系統都需要進行大規模的重組，現有的數十萬個智能合約可能需要大規模遷移，所有的開發工具、安全知識和基礎設施都必須重新建立。這是一項史無前例的工程，遠比我們現在看到的zkEVM發展複雜得多，因此它仍然是一個非常長期的願景。

與此同時，以太坊虛擬機器（EVM）的影響力已超越以太坊本身。另一個知名的區塊鏈平台瑞波幣帳本（XRP Ledger），也推出了以太坊虛擬機器（EVM）側鏈。他們的目標很明確：希望透過提供一個與EVM兼容的智能合約環境，來吸引更多以太坊生態系的開發者，並擴大瑞波幣帳本的可程式性。這反映出EVM已經成為區塊鏈世界的一種通用語言和標準，許多平台即使不是以太坊，也願意擁抱EVM兼容性，以期能共享以太坊龐大的開發者社群和工具生態。這場虛擬機器的進化競賽，正在以前所未有的速度改變著整個數位世界的基礎架構。

前沿技術的考驗：去中心化、硬體與競爭格局

儘管零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）前景光明，但這項前沿技術在實踐中仍面臨不少考驗。首先是技術新穎性本身，許多底層的加密學原語仍在不斷演進和優化中，要達到高度穩定和成熟，還需要時間。其次，一個真正的去中心化區塊鏈解決方案，不只是技術層面要夠強大，更重要的是其營運也必須是去中心化的。

目前的zkEVMs主要依賴兩種角色：排序器（Sequencers）和證明者（Provers）。排序器負責收集並批次處理交易，而證明者則負責生成零知識證明。要實現真正的去中心化，就需要設計公平且無需許可的機制來選拔這些排序器和證明者，避免單點故障或中心化審查的風險。此外，生成零知識證明是一個計算密集型的過程，需要強大的運算能力。這就引發了對專用硬體需求的討論，例如高效能的圖形處理單元（GPU）、場域可程式邏輯閘陣列（FPGA），甚至專為零知識證明設計的特殊應用積體電路（ASIC）。這些硬體的開發和普及，將是zkEVMs能否大規模應用的關鍵。

儘管零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）展現出巨大的潛力，但在其廣泛應用前，仍需克服以下主要挑戰：

挑戰面向	具體說明	潛在影響
技術新穎性與複雜性	零知識證明及其在EVM上的應用仍屬前沿領域，底層加密學原語不斷演進，技術成熟度尚需時間。	可能導致安全性漏洞、開發難度高、穩定性問題。
去中心化實現	排序器（Sequencers）和證明者（Provers）的去中心化機制設計複雜，需避免中心化風險。	若無法實現充分去中心化，可能面臨審查風險或單點故障。
專用硬體需求	生成零知識證明是計算密集型任務，需要高效能GPU、FPGA或ASIC等專用硬體支援。	硬體成本高、普及度不足可能阻礙大規模採用，並導致證明生成過程中心化。
EVM兼容性程度	實現與EVM的完全兼容（尤其是共識級）極具挑戰性，影響現有DApp遷移難度。	開發者遷移成本高，限制了zkEVMs生態系統的發展速度。

在競爭格局上，零知識匯總（ZK Rollups）正與樂觀匯總（Optimistic Rollups）展開激烈競爭。雖然樂觀匯總目前擁有更長的運作時間和更大的總鎖定價值（TVL），但零知識匯總憑藉其更高的安全性和即時最終性證明，正逐步贏得市場青睞。許多行業專家預測，隨著零知識證明技術的成熟，即使是現有的樂觀匯總，未來也可能逐漸轉向採用零知識證明，實現技術的融合與優化。這場技術競賽將加速第二層（L2）擴展解決方案的整體進步，最終推動以太坊生態系統邁向更高的效率和吞吐量。

結論：以太坊的數位金融未來，挑戰與機遇並存

我們今天探討了零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）作為以太坊擴展的「聖杯」級解決方案，它利用了零知識證明（ZKPs）的強大能力，有望大幅提升以太坊的交易處理速度與效率。同時，我們也看到了以太坊（Ethereum）在過去十年如何從一個新興技術，逐漸演變成為華爾街及全球金融機構日益青睞的數位金融基礎設施，穩定幣與代幣化資產的應用正加速其主流化進程。

儘管以太坊虛擬機器（EVM）的未來，可能如維塔利克·布特林所設想的那樣，會迎來基於精簡指令集架構五（RISC-V）的根本性變革，但目前零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）的發展已超越預期。它雖然仍面臨技術新穎性、去中心化實踐以及專用硬體等挑戰，但其潛力無可限量。以太坊正穩步鞏固其作為領先智能合約平台的地位，並可能成為未來全球數位金融不可或缺的「基礎設施」。這場技術革命的最終結果，不僅將決定零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）的成敗，更將深刻影響整個區塊鏈和數位經濟的走向，為我們帶來一個更高效、更透明的金融未來。

【免責聲明】 本文僅為教育與知識性說明，內容不構成任何投資建議。加密貨幣市場波動性高，投資前請務必進行充分研究，並諮詢專業財務顧問意見。您應自行承擔所有投資決策帶來的風險。

常見問題（FAQ）

Q：什麼是零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）？

A：零知識以太坊虛擬機器（zkEVMs）是一種第二層（L2）擴展解決方案，它結合了零知識證明（Zero-Knowledge Proofs）技術與以太坊虛擬機器（EVM）的兼容性。它的目標是在不犧牲以太坊主網安全性的前提下，大幅提升交易處理速度並降低成本。

Q：zkEVMs 如何解決以太坊的擴展性問題？

A：zkEVMs 透過將大量的交易在鏈下進行批次處理，然後使用零知識證明生成一個簡潔的「有效性證明」。這個證明會被提交到以太坊主網進行驗證，以證明所有鏈下交易的正確性，而無需主網重新執行所有交易。這大大減少了主網的負擔，從而提高了吞吐量和效率。

Q：華爾街為何對以太坊感興趣？

A：華爾街和主流金融機構對以太坊的興趣日益增長，主要因為其作為發行穩定幣和代幣化資產的強大平台。以太坊的智能合約功能提供了靈活性，可用於建立新的金融產品，而其去中心化和安全性則為數位資產提供了可靠的基礎設施。機構將以太坊視為未來數位金融的重要基石。