EVM-Äquivalenz erklärt

Was ist EVM-Äquivalenz?

Die EVM-Äquivalenz stellt sicher, dass ein Layer-2-Netzwerk (L2) die virtuelle Maschine von Ethereum (EVM), wie sie im Ethereum-Gelbbuch beschrieben ist, vollständig widerspiegelt. Diese Einhaltung bedeutet, dass das Netzwerk die Ausführungsumgebung von Ethereum nachbildet, ohne eigene Änderungen vorzunehmen.

EVM-äquivalente L2s lassen sich nahtlos in die Tools und die Infrastruktur von Ethereum integrieren und unterstützen Entwickler-Tools wie Solidity und Hardhat sowie Ausführungsclients wie Geth und Besu. Diese Kompatibilität erstreckt sich auch auf Ethereum Improvement Proposals (EIPs) in Live-Umgebungen und gewährleistet eine einheitliche Entwicklungserfahrung.

Durch die Einhaltung der Ethereum-Architektur erben EVM-äquivalente Chains die Sicherheit, Skalierbarkeit und Netzwerkeffekte von Ethereum und funktionieren ununterscheidbar vom Mainnet, während sie dessen Kapazität für Innovation und Akzeptanz erweitern.

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Arten der EVM-Äquivalenz

Die EVM-Äquivalenz wird anhand des Ausmaßes kategorisiert, in dem ein L2-Netzwerk die Ausführungsumgebung von Ethereum repliziert, wobei Kompatibilität mit Leistungsoptimierungen ausgeglichen wird.

1. Typ 1: Ethereum-Äquivalent
   Die Opcodes, Datenstrukturen und kryptografischen Primitive von Ethereum werden vollständig nachgebildet und ermöglichen eine nahtlose Integration mit Ethereum-Tools und -Anwendungen ohne Änderungen.
2. Typ 2: EVM-Äquivalent
   Behält die EVM-Kernfunktionalität bei, führt aber kleinere Änderungen ein, wie z. B. das Ersetzen von Hash-Funktionen oder Zustandsbäumen, um die Prooferzeugung zu optimieren. Diese Anpassungen können sich auf die Kompatibilität mit historischen Daten und erweiterten Werkzeugen auswirken.
3. Typ 3: EVM-kompatibel mit Gasanpassungen
   Ändert die Gaskosten für bestimmte Operationen, um die Prooferstellung zu vereinfachen und die Effizienz zu verbessern. Dies kann Anwendungen stören, die auf das Gaspreis-Modell von Ethereum angewiesen sind.
4. Typ 4: Teilweise EVM-äquivalent
   Erhebliche Änderungen, wie z. B. das Entfernen von Vorkompilierungen oder das Ändern der Ausführungslogik, so dass Anwendungen neu geschrieben werden müssen und die Kompatibilität mit nativen Ethereum-Tools eingeschränkt wird.

Diese Kategorien veranschaulichen die Kompromisse zwischen der Treue zur Ethereum-Architektur und der Leistungsoptimierung für die Skalierung.

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EVM-Äquivalenzkette Beispiele

Hier sind einige der führenden Layer-2-Ketten, die zu den bedeutendsten EVM-äquivalenten Rollups auf Ethereum zählen:

• Optimismus: Optimism baut auf dem OP-Stack auf und implementiert die Opcode-Semantik, die Gasmessung und die Datenstrukturen von Ethereum vollständig, wodurch die Kompatibilität mit Ethereum-Tools und die unveränderte Bereitstellung von Smart Contracts gewährleistet wird.
• Arbitrum Umlaufbahn: Arbitrum Orbit verwendet Geth als Ausführungsclient, der das Opcode-Verhalten und die Transaktionsverarbeitung von Ethereum beibehält. Sein fälschungssicheres System validiert Off-Chain-Transaktionen und bewahrt gleichzeitig die Kompatibilität mit Ethereum-nativen Tools.
• Linea: Linea spiegelt die gelben Papierspezifikationen von Ethereum wider, indem es die Opcode-Semantik und kryptografische Primitive wie Keccak nachbildet und den direkten Einsatz von Ethereum-Smart Contracts ohne Änderungen ermöglicht.
• Taiko: Taiko ist ein zkEVM-Rollup, das Ethereum-Bytecode in zk-proofs ausführt und dabei Ethereum-eigene Datenstrukturen und Hashings beibehält, was eine vollständige Anpassung an die Laufzeitumgebung von Ethereum gewährleistet.
• Blättern Sie: Scroll implementiert zkEVM, indem es unveränderten Ethereum-Bytecode mit nativen kryptographischen Primitiven ausführt und so eine nahtlose Bereitstellung mit Ethereum-Tools wie Hardhat und Truffle ermöglicht.

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Die Nachteile der EVM-Äquivalenz

Die EVM-Äquivalenz schränkt die Flexibilität bei der Optimierung der Leistung oder Skalierbarkeit ein, indem sie sich streng an die Ethereum-Architektur hält. 

Komponenten wie Keccak Hashing und Merkle Patricia Tries sind zwar integraler Bestandteil von Ethereum, aber nicht optimal für Zero-Knowledge-Proofs, was zu einer langsameren Prooferzeugung und einem höheren Rechenaufwand führt, insbesondere in zkEVM-Implementierungen.

Die Aufrechterhaltung der Gleichwertigkeit erschwert auch Upgrades. Die Implementierung von betrugssicheren Systemen oder die Integration neuer Ethereum Improvement Proposals (EIPs) erfordert zusätzlichen Aufwand, um vollständige Kompatibilität zu gewährleisten. Diese zusätzliche Komplexität kann die Entwicklung verlangsamen und den Ressourcenbedarf im Vergleich zu Architekturen, die für bestimmte Anwendungsfälle optimiert sind, erhöhen.

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Die Zukunft der EVM-äquivalenten Skalierung

EVM-Äquivalenz ist ein zentraler Punkt in Ethereums Rollup-Roadmap, wobei zkEVMs die Skalierungsbemühungen anführen. Typ 1 zkEVMs replizieren Ethereum vollständig, sind aber aufgrund von ZK-unfreundlichen Komponenten wie Keccak-Hashing ineffizient bei der Prooferzeugung. Fortschritte bei der Parallelisierung und ZK-spezifische Hardware werden entscheidend sein, um diese Herausforderungen zu meistern.

In naher Zukunft bieten die zkEVMs vom Typ 2 und 2.5 ein praktisches Gleichgewicht zwischen Leistung und Kompatibilität. Projekte wie Scroll zeigen, wie diese Ansätze schnellere Proofs bei gleichzeitiger Integration in die bestehende Infrastruktur ermöglichen und den Weg für eine breitere Akzeptanz und langfristige Skalierungslösungen ebnen.

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Unterm Strich

Bei der EVM-Äquivalenz geht es darum, einen Ausgleich zwischen der Kompatibilität mit Ethereum und dem Bedarf an Skalierbarkeit zu schaffen. 

Lösungen des Typs 1 bieten perfekte Genauigkeit, kämpfen aber mit Ineffizienzen bei der Prooferzeugung, während Lösungen des Typs 2 und darüber hinaus pragmatische Änderungen zur Leistungsoptimierung vornehmen. 

Jede Stufe spiegelt Kompromisse in Bezug auf Geschwindigkeit, Kompatibilität und Anpassung an das Ökosystem wider. Mit der Reifung des Raums werden diese Innovationen die Zukunft der Skalierung von Ethereum gestalten und neu definieren, was für dezentrale Netzwerke möglich ist.