Was ist zkEVM und wie verbessert es Ethereum mit ZKP, L2-Rollups und niedrigen Gebühren

Entwickler von Ethereum die Integration der Ausführungsumgebung zkEVM abgeschlossen, die Zero-Knowledge-Proofs (ZKP) unterstützt und vollständig mit der bestehenden Ethereum-Infrastruktur kompatibel ist. Diese Technologie ermöglicht die Skalierung des Netzwerks durch ZK-Rollups, erhöht die Transaktionskapazität und senkt die Gebühren. zkEVM verarbeitet den Ausgangszustand der Blockchain, erstellt ZK-Beweise und aktualisiert die Netzwerkdaten, ohne dass jeder einzelne Block von L1-Knoten erneut überprüft werden muss. Dies berichtet die Redaktion von Nume.ch.

Grundprinzipien von zkEVM

zkEVM ist eine virtuelle Maschine, die die Ethereum-Umgebung nachbildet, jedoch mit kryptografischer Transaktionsprüfung erweitert wird. Das System nimmt den Ausgangszustand des Netzwerks, führt Transaktionen aus und erzeugt den aktualisierten Zustand zusammen mit einem ZKP, der anschließend vom Verifikator-Smart-Contract auf Ethereum überprüft wird. Dadurch wird die Belastung des Hauptnetzwerks reduziert, Transaktionen werden schneller finalisiert und Gasgebühren für Nutzer gesenkt.

Mechanismus der ZKP-Erzeugung

Zero-Knowledge-Proofs ermöglichen die kryptografische Bestätigung der Richtigkeit von Transaktionen, ohne die zugrunde liegenden Daten offenzulegen. In zkEVM erstellt jede Transaktionsgruppe einen einzigen Beweis, der in das Hauptnetz gesendet wird. Der Verifikator-Smart-Contract überprüft den Endzustand des Pakets mit dem Ausgangszustand und bestätigt die korrekte Aktualisierung des Netzwerks.

Einsatz für Smart Contracts und DApps

Dank der vollständigen EVM-Kompatibilität können Entwickler bestehende Smart Contracts und Token ohne Änderungen migrieren. Dies erleichtert die Integration von DeFi-Anwendungen und NFT-Plattformen, beschleunigt die Einführung von Layer-2-Lösungen und entlastet die Ethereum-Blockchain.

Vorteile von zkEVM

Netzwerk-Skalierung

Im Gegensatz zu klassischen L1-Blockchains ist die virtuelle Maschine von zkEVM nicht durch die begrenzte Kapazität der Hauptkette eingeschränkt, übernimmt jedoch deren Sicherheitsniveau. Transaktionen auf L2 werden über Validitätsbeweise (validity proofs) in L1 verifiziert, was Geschwindigkeit und Durchsatz optimiert, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.

Niedrige Transaktionsgebühren

Im Unterschied zu Optimistic Rollups müssen Optimistic-Lösungen alle Transaktionsdaten in L1 veröffentlichen. zkEVM speichert lediglich Änderungen des finalen Zustands, da die Operationen bereits kryptografisch verifiziert wurden. Dies reduziert direkt die Gasgebühren für Nutzer.

Sofortige Finalisierung

Optimistic Rollups haben eine Challenge-Periode von ein bis zwei Wochen. In ZK-Netzwerken werden Transaktionen direkt nach der Veröffentlichung des Beweises finalisiert. Dies ist besonders relevant für DeFi, da Liquidität sofort bewegt werden kann.

Ökosystemeffekte

Die volle EVM-Kompatibilität ermöglicht den Zugriff auf das Ethereum-Ökosystem, einschließlich Bibliotheken, Tools und Dokumentation. Da auch Netzwerke wie Polygon oder Avalanche zkEVM nutzen, entwickelt sich die Technologie zum Web3-Standard.

Technische Herausforderungen von zkEVM

Architekturkonflikte

EVM basiert auf Stack-Architektur (LIFO), während ZKP-registerbasierte Architekturen bevorzugen. Die Anpassung von EVM-Opcode wie CALL, DELEGATECALL oder REVERT an ZK-Logik ist komplex.

Speicheraufwand

EVM nutzt Merkle-Patricia-Bäume und Keccak-Hashes, die für ZK-Optimierungen nicht ideal sind. Die Verifikation erfordert hohe Rechenleistung.

Ressourcenschwere Beweise

Die Erzeugung von ZKP ist rechenintensiv und benötigt oft spezialisierte Hardware für stabile Netzwerkleistung.

Varianten von zkEVM

Vitalik Buterin schlägt eine Klassifizierung vor, die den Kompromiss zwischen Ethereum-Kompatibilität und Beweisgeschwindigkeit zeigt:

• Typ 1: Volle Ethereum-Äquivalenz, maximale Kompatibilität, langsame ZKP-Erzeugung (z. B. Taiko).
• Typ 2: Volle Anwendungs-Kompatibilität, optimierte interne Architektur, schnellere Beweise (z. B. Scroll, Polygon zkEVM).
• Typ 2,5: Optimierung gegen höhere Gas-Kosten für schnellere Beweise, teilweise Codeanpassung nötig.
• Typ 3: Nahezu volle Kompatibilität, einige opcodes werden zugunsten Geschwindigkeit ausgeschlossen.
• Typ 4: Sprachebene-Kompatibilität, Solidity/Vyper wird in ZK-optimiertes Format kompiliert, maximale Leistung, begrenzte Tool-Kompatibilität (z. B. zkSync Era, Starknet via Warp).

Perspektiven und Weiterentwicklung

Oktober 2025 stellte Brevis die Technologie Pico Prism vor, die ZKP nahezu in Echtzeit auf handelsüblichen Grafikkarten generiert. Durchschnittliche Blockverarbeitungszeit: 6,9 Sekunden, 96,8 % der Operationen innerhalb des 10-Sekunden-Standards der Ethereum Foundation.

Zukünftig sollen Validatoren drei unabhängige ZKP prüfen, statt Transaktionen erneut auszuführen. Dies fördert Dezentralisierung und Zensurresistenz und ermöglicht Solo-Staking auf mobilen Geräten.

Bankless-Mitgründer Ryan Sean Adams bezeichnet Ethereum als vollständige ZK-Blockchain mit Layer-2-Optimierung für Mainstream-DeFi. Bitcoin verfolgt dagegen konservative Ansätze mit ZKP der ersten Generation.

Tabelle: Vergleich L1 Ethereum vs. zkEVM Layer-2

Schritt-für-Schritt für Nutzer

1. Wallet auf Layer-2-Netzwerk verbinden (z. B. zkSync, Polygon zkEVM).
2. Token von L1 transferieren über Bridge.
3. Transaktionen auf L2 durchführen.
4. Überprüfen des ZKP auf Ethereum L1 via Explorer (etherscan.io, zkSync Explorer).
5. Bei Problemen Support der L2-Plattform kontaktieren.

Aktuell ermöglicht zkEVM den Nutzern, Ethereum-Lösungen schneller und günstiger zu verwenden, ohne auf die Sicherheit des Mainnets zu verzichten. Für Entwickler bedeutet es vereinfachte Migration bestehender Anwendungen und erleichterten Zugang zu DeFi-Ökosystemen.

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