La macchina virtuale di Ethereum (ETH), progettata nel 2015, è nata per eseguire smart contract — non per generare prove crittografiche. Le prove a conoscenza zero, invece, sono state sviluppate per verificare calcoli in modo economico e privato, senza alcun concetto di opcode.
Per anni i due mondi sono sembrati intrinsecamente incompatibili.
Poi gli ingegneri hanno capito come fonderli, dando vita a una delle infrastrutture tecniche più complesse dell’intero settore crypto.
La ZkEVM — acronimo di Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine — è il tentativo di eseguire smart contract compatibili con Ethereum e dimostrare poi, tramite prove ZK, che sono stati eseguiti correttamente, senza chiedere agli sviluppatori di riscrivere una sola riga di codice.
In teoria suona semplice. In pratica ha significato risolvere problemi che hanno bloccato l’industria per mezzo decennio.
TL;DR
- Una ZkEVM esegue smart contract compatibili con Ethereum e genera una prova a conoscenza zero che ne certifica l’esecuzione corretta, consentendo il regolamento rapido e poco costoso delle transazioni sul mainnet di Ethereum.
- Più una ZkEVM è difficile da costruire, maggiore è la sua compatibilità con gli strumenti Ethereum esistenti: questo trade-off è al centro di ogni decisione progettuale nel settore.
- Gli utenti beneficiano delle garanzie di sicurezza di Ethereum senza pagare il gas del mainnet, e gli sviluppatori possono distribuire i contratti Solidity esistenti con modifiche minime o nulle.
Che cosa fanno davvero le prove a conoscenza zero
Prima di toccare l’EVM, serve una visione chiara di cosa sia — e cosa non sia — una prova a conoscenza zero. Una prova ZK è un metodo crittografico che consente a una parte, il “prover”, di convincere un’altra parte, il “verifier”, che un’affermazione è vera, senza rivelare i dati sottostanti che la rendono tale.
L’esempio classico è dimostrare di conoscere una password senza trasmettere la password stessa. Nel contesto blockchain, l’enunciato da provare è quasi sempre computazionale: «Ho eseguito questo programma su questo input, ho ottenuto questo output, e l’ho fatto correttamente».
Il verificatore, in questo caso uno smart contract su Ethereum Layer 1, controlla la prova in pochi millisecondi, invece di rieseguire ogni transazione.
Le prove a conoscenza zero permettono a una rete Layer 2 di raggruppare migliaia di transazioni, generare una singola prova compatta che ne attesti la validità complessiva e pubblicare solo quella prova su Ethereum, riducendo drasticamente il costo per utente.
Oggi due famiglie di sistemi di prova dominano il panorama ZkEVM. I SNARK (Succinct Non-interactive ARguments of Knowledge) producono prove minuscole e veloci da verificare, ma richiedono una cerimonia di “trusted setup”. Gli STARK (Scalable Transparent ARguments of Knowledge) non hanno bisogno di trusted setup e sono più resistenti ai computer quantistici, ma generano prove più grandi. La maggior parte dei team ZkEVM, almeno per ora, converge su sistemi basati su SNARK, perché il costo di verifica sul mainnet Ethereum è un vincolo rigido.
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Perché è così difficile “provare” l’EVM
L’Ethereum Virtual Machine è un ambiente di esecuzione basato su stack, con oltre 140 opcode, un sistema di contabilizzazione del gas, una struttura di memoria complessa e una lunga serie di edge case accumulati in un decennio di utilizzo reale. Ogni opcode, dalla semplice ADD alle precompilate crittografiche come ECRECOVER, deve essere rappresentabile come vincolo aritmetico affinché un sistema di prove ZK possa ragionarci sopra.
Il problema è che i sistemi di prova ZK parlano un linguaggio matematico estremamente ristretto. Lavorano nativamente su campi finiti e polinomi. L’EVM è stata progettata senza tenere nulla di tutto ciò in considerazione. Opcode come KECCAK256 (la funzione di hashing di Ethereum) sono quasi il peggior caso possibile per i circuiti ZK, perché coinvolgono operazioni bitwise che si traducono in insiemi di vincoli enormi e costosi.
Questo disallineamento ha generato quello che i ricercatori hanno definito il “problema di incompatibilità con l’EVM”. Si poteva costruire un rollup ZK veloce ed economico, ma capace di eseguire solo programmi su misura per ambienti “ZK-friendly”. Oppure si poteva puntare a supportare la EVM completa, a costo però di rendere la generazione delle prove così lenta e costosa da vanificarne il vantaggio. La sfida ingegneristica della ZkEVM consiste proprio nel ridurre questo trade-off.
Generare una prova ZK per un singolo hash KECCAK256 può richiedere milioni di vincoli aritmetici. Un blocco tipico di Ethereum contiene migliaia di hash: ecco perché, nelle prime implementazioni, la generazione delle prove ZkEVM richiedeva ore e oggi necessita ancora di hardware specializzato.
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I quattro tipi di ZkEVM e cosa significano
Non tutte le ZkEVM sono uguali. Il ricercatore di Ethereum Vitalik Buterin ha proposto nel 2022 una tassonomia — oggi ampiamente adottata — che divide le implementazioni in quattro tipi, in base al grado di compatibilità con lo stack Ethereum esistente. Capire questi tipi è il modo più rapido per valutare qualsiasi progetto ZkEVM.
Tipo 1: piena equivalenza con Ethereum. Viene provata esattamente la stessa transizione di stato di Ethereum, con identica struttura di blocchi, funzioni hash, tutto, senza alcuna modifica. I client Ethereum esistenti possono sincronizzarsi nativamente e tutti gli strumenti funzionano “out of the box”. Il costo è che la generazione delle prove è estremamente lenta e costosa. Nessuna ZkEVM in produzione opera oggi a livello di Tipo 1, anche se alcuni team ci stanno lavorando.
Tipo 2: equivalenza EVM. Alcune strutture dati interne vengono modificate — per esempio sostituendo KECCAK con un hash più ZK-friendly nel trie di stato — ma viene preservata la piena compatibilità con il bytecode EVM. Gli smart contract si comportano in modo identico. Gli sviluppatori non notano differenze. La generazione delle prove è più rapida del Tipo 1, ma ancora pesante. Scroll e le prime versioni di Polygon zkEVM si collocano in questa fascia.
Tipo 3: introduce modifiche aggiuntive che rompono un piccolo sottoinsieme di funzionalità di nicchia, come alcune precompilate. La quasi totalità dei contratti esistenti continua a funzionare. Il costo di generazione delle prove cala in modo significativo. Molte ZkEVM commerciali lanciate tra il 2023 e il 2024 si sono posizionate tra il Tipo 2 e il Tipo 3 nelle prime fasi.
Tipo 4: invece di provare direttamente il bytecode EVM, compila il codice sorgente Solidity o Vyper in una macchina virtuale custom ottimizzata per ZK. È l’opzione più veloce ed economica, ma può introdurre differenze di comportamento sottili, e alcuni “trucchi” di basso livello specifici dell’EVM non funzionano. zkSync Era adotta questo approccio, con un compilatore custom basato su LLVM.
Questa classificazione è cruciale per i builder. Un progetto che vuole migrare un protocollo DeFi collaudato dal mainnet di Ethereum vorrà un Tipo 2 o 3, per garantire la piena equivalenza comportamentale. Un progetto nuovo, nato su Layer 2, può invece accettare un Tipo 4 in cambio di costi di prova più bassi e finalità più rapida.
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Come una ZkEVM elabora concretamente una transazione
Seguire un’unica transazione dall’inizio alla fine rende l’architettura più tangibile. Quando un utente invia una transazione a una rete ZkEVM, la sequenza è questa.
Primo: la transazione raggiunge un sequencer, il nodo incaricato di ordinare e raccogliere le transazioni in batch. Il sequencer esegue le transazioni, aggiorna lo stato del Layer 2 e fornisce all’utente una “soft confirmation” immediata. In questo momento, il wallet dell’utente mostra il nuovo saldo, ma la transazione non è ancora finalizzata crittograficamente su Ethereum.
Secondo: il batch di transazioni viene passato a un prover, un software (o hardware) specializzato che esegue l’algoritmo di prova ZK. Il prover prende lo stato pre-esecuzione, tutte le transazioni e lo stato post-esecuzione, e genera una prova di validità che certifica la correttezza della transizione di stato. È la fase più intensiva dal punto di vista computazionale e può richiedere da pochi secondi a diversi minuti, a seconda del sistema.
Terzo: la prova e una piccola quantità di dati di transazione compressi vengono inviati a uno smart contract su Ethereum, il cosiddetto verifier contract.
Questo contratto controlla la prova in un’unica chiamata on-chain, con un costo di gas sostanzialmente fisso, indipendente dal numero di transazioni nel batch. Una volta verificata, la radice di stato del Layer 2 è finalizzata su Ethereum ed è considerata sicura quanto qualsiasi transazione sul mainnet.
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ZkEVM modulare e interoperabilità cross-chain
Il design originario della ZkEVM presupponeva un unico livello di settlement: Ethereum. Tutto viene provato e regolato sul mainnet di Ethereum. Una nuova architettura, la ZkEVM modulare, separa invece livello di esecuzione, livello di prova e livello di settlement, in modo che possano essere combinati in modo indipendente.
È in questo spazio che si collocano progetti come Prom.
Prom si presenta come una ZkEVM modulare di Layer 2 che abilita l’interoperabilità tra chain EVM e non-EVM. Invece di provare l’esecuzione e regolare esclusivamente su Ethereum, invia le prove in parallelo a più chain, creando un ponte matematico tra ecosistemi che finora non avevano alcuna connessione trustless.
L’approccio modulare è importante perché supera l’assunto implicito che Ethereum sia l’unica superficie di settlement valida.
Una prova ZkEVM, in ultima analisi, è solo matematica. Se la Chain A e la Chain B dispongono entrambe di un verifier contract in grado di verificare quella matematica, una singola prova può finalizzare la stessa transizione di stato su entrambe le chain in contemporanea. È così che le prove ZK si trasformano in un primitivo universale di interoperabilità, non soltanto in una tecnologia di scalabilità.
Le architetture ZkEVM modulari disaccoppiano esecuzione e settlement, consentendo alla stessa prova di validità di essere verificata su Ethereum, su una chain non-EVM o su entrambe, creando una fonte condivisa di verità crittografica tra ecosistemi altrimenti incompatibili.
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ZkEVM contro Optimistic Rollup, confronto diretto
Il confronto tra ZkEVM e optimistic rollup torna continuamente sul tavolo, e a ragione: affrontano lo stesso problema partendo da filosofie quasi opposte.
Gli optimistic rollup assumono che le transazioni siano valide per default e le verificano solo se qualcuno presenta una “fraud proof” entro una finestra di contestazione (in genere sette giorni). Il modello è più economico da gestire e più semplice da implementare, ma implica che i prelievi verso la mainnet Ethereum richiedano circa una settimana, a meno di usare un bridge di liquidità. Arbitrum e Optimism sono oggi le reti optimistic rollup dominanti.
Gli ZkEVM rollup, al contrario, non assumono nulla: ogni batch è considerato invalido finché una prova crittografica non dimostra il contrario. Questo aumenta il carico computazionale lato prover, ma consente di finalizzare i prelievi su Ethereum in poche ore invece che in giorni, senza dipendere da “watcher” onesti che segnalino comportamenti fraudolenti.
Per l’utente finale, le differenze pratiche si possono sintetizzare così:
- Velocità di prelievo: netto vantaggio per ZkEVM: la finalità basata su prove richiede ore, contro i sette giorni dei prelievi nativi su optimistic rollup.
- Costo delle transazioni: oggi gli optimistic rollup risultano spesso più economici, perché la generazione delle prove ZK ha un costo aggiuntivo. Il divario però si sta riducendo grazie ai progressi in hardware e algoritmi di proving.
- Modello di sicurezza: ZkEVM offre garanzie di validità crittografica. Gli optimistic rollup forniscono sicurezza economica tramite fraud proof: robusta, ma non equivalente a una dimostrazione matematica.
- Compatibilità EVM: gli ZkEVM moderni (Type 2/3) hanno chiuso il gap e ora supportano quasi tutto l’ecosistema tooling di Ethereum, eliminando quello che era uno dei principali vantaggi competitivi degli optimistic rollup.
- Rischio di liveness: un sistema ZkEVM può bloccarsi se il prover smette di funzionare. Gli optimistic rollup continuano a elaborare transazioni finché il sequencer rimane online.
Nessun approccio è “migliore” in senso assoluto. Applicazioni ad altissimo volume che puntano al costo minimo e possono convivere con una finestra di prelievo lunga tendono a preferire gli optimistic rollup. Progetti che invece richiedono finalità rapida, settlement cross-chain o una prova matematica di correttezza propendono per ZkEVM.
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Chi sta davvero beneficiando di ZkEVM oggi
ZkEVM non è una tecnologia futuribile ancora sulla carta. Diverse reti sono operative, con valore reale in lock e utenti che pagano fee reali. Ma vale la pena capire chi trae oggi i maggiori vantaggi, livello per livello.
I protocollo DeFi che migrano dalla mainnet Ethereum beneficiano di una semantica di esecuzione quasi identica (Type 2/3) e di costi gas drasticamente inferiori. Un protocollo che su mainnet escludeva di fatto il retail con fee da 30 dollari a swap può scendere a transazioni da frazioni di centesimo su una ZkEVM, senza riscrivere gli smart contract.
I bridge e le applicazioni cross-chain sfruttano architetture ZkEVM modulari che pubblicano prove su più chain. Invece di affidarsi a un bridge controllato da multisig – storicamente la categoria più colpita dagli hack nel crypto – gli utenti possono contare su una prova matematica verificata on-chain.
Le imprese e le istituzioni che sviluppano applicazioni permissioned o semi-permissioned ottengono un ambiente di esecuzione collaudato, con auditabilità crittografica. Ogni transizione di stato è dimostrabilmente corretta, un elemento chiave per compliance, controllo interno e rendicontazione.
Gli sviluppatori che avviano oggi nuovi progetti dovrebbero comprendere bene il trade-off tra Type 4 e Type 2 prima di scegliere una rete. Se si scrive nuovo codice in Solidity e si punta al massimo della velocità di proving e alle fee più basse, una rete Type 4 può essere la soluzione giusta. Se invece si migra un protocollo esistente e non ci si può permettere differenze di comportamento, un ambiente Type 2 o Type 3 è la scelta più prudente.
Per l’utente comune, ZkEVM si presenta soprattutto come una chain economica, rapida e compatibile con Ethereum, dove il wallet che già usa funziona senza modifiche e i token esistenti possono essere bridgati. Tutta la complessità crittografica sottostante resta invisibile, esattamente come dovrebbe essere per un’infrastruttura matura.
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Conclusioni
ZkEVM è probabilmente il problema di convergenza più complesso nell’intera crittografia applicata: prendere una virtual machine nata senza struttura matematica e costringerla a parlare il linguaggio delle zero-knowledge proof.
I team che ci sono riusciti hanno passato anni a fare i conti con incompatibilità nelle funzioni di hash, esplosione dei vincoli nei circuiti e hardware per il proving che, quando venivano scritti i paper accademici di riferimento, semplicemente non esisteva ancora.
Il settore è tuttora in piena evoluzione. I tempi di generazione delle prove continuano a ridursi. Reti di prover decentralizzati stanno entrando in produzione. L’obiettivo di una piena equivalenza Type 1 con Ethereum rimane sul tavolo e diversi team stanno stringendo il cerchio.
Per chiunque costruisca o investa nell’ecosistema Ethereum, capire davvero come funziona ZkEVM – al di là degli slogan di marketing – è la base su cui poggiare ogni scelta strategica successiva.
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