論文の概要: Constraint-Level Design of zkEVMs: Architectures, Trade-offs, and Evolution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.05376v1
- Date: Mon, 06 Oct 2025 21:10:11 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-08 17:57:07.983172
- Title: Constraint-Level Design of zkEVMs: Architectures, Trade-offs, and Evolution
- Title(参考訳): zkEVMの制約レベル設計:アーキテクチャ、トレードオフ、進化
- Authors: Yahya Hassanzadeh-Nazarabadi, Sanaz Taheri-Boshrooyeh,
- Abstract要約: Zero-knowledge Virtual Machines (zkEVMs) は、透過的なシーケンシャルな実行のために設計された仮想マシンであり、ゼロ知識証明は回路表現を必要とする。
この調査は、既存の主要製品であるzkEVMの実装が、異なる制約エンジニアリング戦略を通じて、この緊張を解決する方法について、最初の体系的な分析を提供する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 3.724127405825709
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Zero-knowledge Ethereum Virtual Machines (zkEVMs) must reconcile a fundamental contradiction: the Ethereum Virtual Machine was designed for transparent sequential execution, while zero-knowledge proofs require algebraic circuit representations. This survey provides the first systematic analysis of how existing major production zkEVM implementations resolve this tension through distinct constraint engineering strategies. We develop a comparative framework that maps the design space across three architectural dimensions. First, arithmetization schemes reveal stark trade-offs: R1CS requires compositional gadget libraries, PLONKish achieves elegance through custom gates that capture complex EVM opcodes in single constraints, while the homogeneous structure of AIR fundamentally mismatches the irregular instruction set of EVM. Second, dispatch mechanisms determine constraint activation patterns: selector-based systems waste trace width on inactive constraints, while ROM-based approaches trade memory lookups for execution flexibility. Third, the Type 1-4 spectrum quantifies an inescapable trade-off: the bit-level EVM compatibility of Type 1 demands significantly higher constraint complexity than the custom instruction sets of Type 4. Beyond cataloging implementations, we identify critical open problems across multiple domains: performance barriers preventing sub-second proving, absence of formal verification for constraint-to-EVM semantic equivalence, lack of standardized benchmarking frameworks, and architectural gaps in hybrid zkEVM/zkVM designs, decentralized prover coordination, privacy preservation, and interoperability.
- Abstract(参考訳): Ethereum仮想マシンは透過的なシーケンシャルな実行のために設計され、ゼロ知識証明は代数回路表現を必要とする。
この調査は、既存の主要製品であるzkEVMの実装が、異なる制約エンジニアリング戦略を通じて、この緊張を解決する方法について、最初の体系的な分析を提供する。
設計空間を3つのアーキテクチャ次元にわたってマッピングする比較フレームワークを開発する。
R1CSはコンポジションガジェットライブラリを必要とし、PLONKishは単一制約で複雑なEVMオペコードを取得するカスタムゲートを通じてエレガンスを達成する一方、AIRの同質構造は基本的に不規則なEVM命令セットと一致しない。
第2に、ディスパッチ機構は制約活性化パターンを決定する:セレクタベースのシステムでは、不活性な制約にトレース幅を浪費する。
第3に、Type 1-4スペクトルは、避けられないトレードオフを定量化する: Type 1のビットレベルのEVM互換は、Type 4のカスタム命令セットよりもはるかに高い制約複雑性を要求する。
パフォーマンスバリアは、サブ秒の証明を防止すること、制約からEVMへのセマンティックな等価性の正式な検証がないこと、標準化されたベンチマークフレームワークがないこと、ハイブリッドなzkEVM/zkVM設計におけるアーキテクチャギャップ、分散された証明調整、プライバシー保護、相互運用性である。
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