主流零知识虚拟机性能评估与比较报告

本次性能测试评估了几款主流开源零知识虚拟机（zkVM）的表现，它们在性能和安全性方面展现出不同特点。以下是对各个zkVM的简要概述：

SP1：作为一款高性能的开源zkVM，SP1具备验证任意Rust（或任何LLVM编译语言）程序执行的能力。采用Plonky3支持递归证明，兼容多种加密算法，特别是基于ECC的算法，如Groth16。

RISC0：基于RISC-V架构的zkVM，可证明任意Rust代码的正确性，提供98位的安全级别，采用STARK技术。与LLVM和WASM兼容，支持C和Rust等多种编程语言。

Nexus：这款模块化、可扩展的zkVM采用Rust编写，具有高度并行性和优化的验证者架构。Nexus强调性能和安全性，采用Nova折叠方案，特别适合递归证明，同时也支持C++。

ZkMIPS：基于Plonky2和MIPS微架构的可验证计算基础设施，旨在推动以太坊作为全球结算层，能够运行任意Rust代码。它是此列表中唯一使用MIPS操作码集的zkVM。

ZkWASM：遵循并支持标准未修改的WASM字节码规范，允许Rust代码编译为WASM字节码，因此在zkWASM机器上理论上能够运行任何Rust代码，具备广泛的语言支持。

Valida：基于STARK的虚拟机，采用RISC启发的指令集，旨在简化传统编程语言的目标。正在开发后端编译器，将LLVM IR编译为Valida ISA，以验证用Rust、Go、C++等语言编写的程序。

在测试项目及方法方面：

第一阶段：算术运算（Hept 100）评估zkVM在处理基本算术运算方面的能力，采用七边形数为基础的测试。第二阶段：内存消耗（Vec 10000）评估各zkVM在重负载情况下的内存管理能力，测试包括多种数据结构的操作。

在测试环境配置中，CPU采用AMD EPYC 7713 "Milan" 64核处理器，内存为600GiB DDR4 3200MHz ECC RAM，操作系统为Proxmox 8.3，虚拟化采用KVM，网络层为Open vSwitch，机器型号为Supermicro AS-2024US-TRT。

经过对各zkVM的测试与分析，RISC0被评为首选，其在证明生成时间、大小以及内存占用方面表现出色，具有强大的零知识证明能力和对多种编程语言的支持。Valida在证明生成速度和大小方面也表现不俗，但对Rust的支持有限，不建议与Rust代码一起使用。SP1在算术运算中表现优异，但实际应用价值受限。Nexus表现稳定，但在内存密集型任务中表现一般。zkMIPS提供可靠的证明时间，但内存问题影响整体性能。zkWASM在证明大小和生成时间上表现较差，内存消耗过高。