本次测试涉及几款主流的开源 zkVM（零知识虚拟机），它们在性能和安全性方面表现各异。以下是各zkVM的简要介绍：

1. SP1：作为一款高性能的开源 zkVM，SP1 能够验证任意 Rust（或任何 LLVM 编译语言）程序的执行。其利用 Plonky3 支持递归证明，并且兼容多种加密算法，尤其是基于 ECC 的算法，如 Groth16。

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

3. 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，同时还支持 C++。

4. 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。

5. ZkWASM：遵循并支持标准的未修改WASM字节码规范，允许 Rust 代码编译为 WASM 字节码，因此理论上能够在 zkWASM 机器上运行任何 Rust 代码，具备广泛的语言支持。

6. 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。

测试项目及方法

第一阶段：算术运算（Hept 100）

该阶段测试 zkVM 在处理基本算术运算（如加法、减法、乘法等）方面的能力。我们设计了以七边形数为基础的测试，以评估 zkVM 同时处理多个运算的能力。

第二阶段：内存消耗（Vec 10000）

在此阶段，我们评估各 zkVM 在重负载情况下的内存管理能力，以识别内存瓶颈。测试涉及多种数据结构，包括列表、哈希映射和双端队列等。每个 zkVM 需接受以下操作的测试：

• 插入：添加数据的速度。
• 删除：内存释放的效率。
• 追加：数据结构扩展的有效性。
• 查询：存储数据的检索速度和效率。

测试环境配置

• CPU：AMD EPYC 7713 "Milan" 64核处理器（共128线程）
• 内存：600GiB DDR4 3200MHz ECC RAM，分布在16个DIMM上
• 操作系统：Proxmox 8.3
• 虚拟化：KVM
• 网络层：Open vSwitch
• 机器型号：Supermicro AS-2024US-TRT

测试结果概览

算术运算（Hept 100）结果： 

内存消耗（Vec10000）结果： 

总结与展望

经过对各 zkVM 的测试与分析，RISC0 被评为首选，它在证明生成时间、大小以及内存占用方面表现出色。RISC0 强大的零知识证明能力和对多种编程语言的支持，使其在隐私、性能和灵活性方面均有良好表现。

Valida 在证明生成速度和大小方面也表现不俗，证明大小为 280 KB，生成时间小于1秒。然而，由于 Valida 对 Rust 的支持有限，其在复杂内存交互测试中存在困难，目前不建议与 Rust 代码一起使用。

SP1 尽管在算术运算中表现优异，但由于缺乏必要的 ZK 功能，其实际应用价值受限。

Nexus 显示了稳定的证明大小和可管理的内存使用情况，但在内存密集型任务中的表现不佳，导致其失去成为顶级竞争者的资格。

zkMIPS 提供了可靠的证明时间，但其内存问题严重影响了整体性能。

zkWASM 在证明大小和生成时间上表现最差，虽然支持 WASM 字节码，但其高达57 GB的内存消耗不可接受。