ZK技术重塑以太坊性能

以太坊在扩容方面的技术路线中，ZK（零知识证明）被视为最为复杂且关键的方向之一。尽管这个方案具有一定的挑战性，但也为解决以太坊网络的性能瓶颈提出最为清晰的解决路径。以太坊基金会和其创始人V神一直在大力推动ZK相关技术的研究和实施，期望在性能提升的同时，保证安全性和去中心化不被削弱。

提升性能的瓶颈，全员验证与GAS上限

以太坊网络的性能提升面临多个难题，最直观的解决方案便是通过增加每个区块的GAS上限。然而这样做的代价是不可忽视的——过大的区块会给节点带来沉重负担。

目前以太坊使用的是“全员全验”的验证模式，也就是说，网络中的每一个节点都需要验证每一个区块的所有交易。虽然这一机制保证了系统的安全性，但也带来了极高的冗余计算量。如果区块大小增加，每个节点所需处理的计算量也会随之暴增。考虑到以太坊的区块间隔仅有12秒，而实际的验证时间大约只有4至8秒，节点几乎没有足够的时间来应对更大的负载。

ZK化后的以太坊，从“全员全验”到“全员一验”

如果以太坊的L1网络全面ZK化，那么验证模式将从“全员全验”转变为“全员一验”。这一模式的基本原理是：区块组装完成后，首先生成一个ZK证明，节点只需要验证这个证明是否正确，而不再需要逐个验证区块中的每一笔交易。

ZK证明生成的速度较慢，但验证非常迅速。这表示即便区块的GAS上限被大幅提升，节点的负担也不会增加太多，因为节点只需要验证一次证明即可，避免了重复执行交易的高负载。

一个形象的类比是，过去你提交请假申请时，每一位领导都要逐一核实你是否还有假期（“全员全验”）。而在ZK化后，系统先行验证你确实有剩余假期，然后出具证明，领导只需快速信任并批准（“全员一验”）。这种方式大幅简化了验证过程，提高了效率。

密码学的挑战与技术进展

尽管ZK化可以带来巨大的性能提升，但实施这一技术的难度也非常高，尤其是密码学方面的挑战。以太坊基金会的研究员Justin提到，Brevis协议是当前在ZK-VM领域的领先案例之一。Brevis的最新技术Pico Prism，是当前在生成ZK证明方面速度最快的方案之一。

根据测试数据，Brevis能够在12秒内完成99.6%区块的证明，且其中96.8%的区块能在10秒内完成证明生成。值得一提的为了保持以太坊的去中心化特性，ZK证明的设备成本必须控制在10万美元以下。

虽然高端GPU（如H200或B200）能更快地生成证明，但这会导致硬件准入门槛的提高，而Brevis的设计正巧卡在了10万美元的限制之内。这对于保持去中心化和降低准入门槛至关重要。

更重要的是ZK证明生成的速度和区块间隔的同步问题。以太坊的MEV（最大可提取价值）区块通常在1至3秒内生成，而ZK证明的生成时间必须在10秒以内，这样才能确认区块在12秒内完成。

ZK化路径与未来展望

要提升以太坊的L1性能，首先需要增加GAS上限。而要在不牺牲安全性的情况下增加GAS上限，ZK化无疑是最佳的选择。然而，ZK化的实现并非易事，它不仅需要技术上的突破，还需要密码学领域的创新支持。以太坊的ZK化必须保证ZK证明能够在10秒内生成，并且硬件成本控制在10万美元以下，这对技术团队提出了极高的要求。

ZK无疑是以太坊扩容路径中最为复杂且最具前景的解决方案。它不仅能够提升性能，还能够在保持安全性和去中心化的基础上，为以太坊的未来发展铺平道路。

ZK技术的推广与普及，将成为以太坊在区块链生态中与其他平台竞争的关键因素之一。