ZK Rollups：這些解決方案如何改變以太坊的擴展性

為何以太坊需要 ZK Rollups

以太坊在去中心化應用程式 (dApps) 生態系統中占據主導地位，但面臨一個關鍵挑戰：網路擁堵。隨著越來越多的用戶加入協議，交易費用飆升，執行時間延長。儘管以太坊 2.0 正逐步推進，Layer-2 解決方案如雨後春筍般出現，成為立即且最具說服力的解答。在這些方案中，ZK Rollups 被定位為一項具有破壞性的技術，能夠釋放以太坊的真正潛力，憑藉其卓越的性能和增強的安全性。

ZK Rollups 如何運作？

基本機制

ZK Rollups 是一類設計用來大幅提升擴展性的 Layer-2 解決方案，它們將多筆交易合併成一個操作，從而減輕主網負擔。可以想像成高效的繞行路徑，將交易在鏈外處理，同時保證其在以太坊上的有效性。

關鍵在於使用零知識證明 (zero-knowledge proofs)，這是一種強大的加密工具，能在不透露任何細節的情況下證明一整組交易的合法性。這些證明非常緊湊，大幅減少存儲在主鏈上的資料量，加快處理速度。每個證明具有三個關鍵屬性：完整性、可靠性與零信任，確保驗證的安全與高效。

技術架構

一個 ZK Rollup 依賴於結合鏈上元件與鏈下基礎設施的混合架構：

以太坊合約層： 智能合約定義 ZK Rollup 內交易的所有規則，並保存關鍵資料。

鏈外環境： 交易在隔離的虛擬機中執行，大幅降低費用，並提供驚人的速度提升。

加密證明產生： 生成零知識證明，證明整個批次的有效性，無需揭露個別細節。

驗證與完成： 證明提交至主網，驗證者確認其完整性，保障所有鏈外操作的安全。

此雙層架構大幅提升交易吞吐量，緩解主網擁堵，並顯著降低 Gas 費用。

ZK Rollups 的獨特優勢

主要優點

透明擴展性： 通過將多筆交易壓縮成一個證明，ZK Rollups 大幅提升網路容量，同時利用鏈外批次處理降低費用。

即時加密安全： 數學證明確保安全性，無需揭露實際資料，與其他方案的爭議期相比，提供即時最終性。

流暢用戶體驗： 交易速度更快、成本更低，對高頻應用尤為重要，同時緩解主網擁堵。

資料完整性： 與某些 Layer-2 替代方案不同，ZK Rollups 保留完整的鏈上資料可用性，增強透明度與可靠性。

與以太坊的相容性： 多數方案與現有智能合約和工具相容，方便開發者整合。

正向環境影響： 提升交易效率，顯著降低能源消耗，部分方案還支持跨鏈互操作。

ZK Rollups 與 Optimistic Rollups：擴展性之爭

ZK Rollups 與 Layer-2 競爭對手，尤其是 Optimistic Rollups，有明顯差異。後者假設交易默認有效，只有在爭議時才進行驗證。而 ZK Rollups 則用嚴格的零知識證明來驗證每筆交易。

安全性更強： ZK Rollups 提供即時最終性，Optimistic Rollups 則有爭議期，期間可能偵測到潛在欺詐。

無需信任： ZK Rollups 不依賴任何中介信任，Optimistic Rollups 則依賴驗證者的誠信。

隱私更佳： 個別交易細節隱藏在證明中，較 Optimistic Rollups 提供更高的私密性。

雖然技術較為複雜，ZK Rollups 被視為一個更堅固且具未來適應性的擴展方案，適用於以太坊。

主要 ZK Rollup 生態系統參與者

Manta Network (Manta Pacific)

市值： $33.66M
啟動時間： 2023年9月
原生代幣： MANTA，用於治理、質押與DeFi手續費

Manta Network 專注於私密的 DeFi 交易。其 Layer-2 解決方案 Manta Pacific 使用 zk-SNARKs 來確保絕對隱私。自推出以來，已超越 Coinbase 的 Base，成為以太坊第四大 Layer-2 網路（按 TVL 計算）。

利用 zk-SNARKs，Manta 支援完全私密的交易。交易細節—資產、金額、收款人—皆經加密但可驗證。其最大優勢在於專注於 DeFi 領域的隱私，這在當前市場中較為罕見。

Linea

市值： $106.04M
啟動時間： 2023年8月
原生代幣： LINEA (用途待定)

Linea 利用 ZK Rollups 壓縮交易，提升速度。交易在鏈外處理，結合 zk-SNARKs 打包，並將證明提交至以太坊。已宣布 2024 年 1 月空投活動，但代幣經濟細節尚不明朗。

Linea 著重於開發者友善的整合，讓在以太坊上創建與部署更為高效。其優勢在於擴展性與速度，超越大多數競爭對手。

Polygon zkEVM

市值： 資料未更新
啟動時間： 2023年3月 (主網測試版)
原生代幣： MATIC，用於Gas費與治理

Polygon zkEVM 在兼容 EVM 的環境中執行鏈外交易，並用 ZK 證明其有效性，提交至主鏈。此架構確保與現有以太坊合約完全相容。

作為 Polygon 生態系的一部分，zkEVM 享有生態系協同與跨產品整合的優勢，形成一個多功能且堅固的 Layer-2 環境。最大優點是與以太坊工具與智能合約的無縫相容。

Starknet

市值： $392.11M
啟動時間： 2022年2月
原生代幣： STRK，用於手續費、治理與質押

StarkNet 基於 STARKs (Scalable Transparent Arguments of Knowledge)，這是一項革命性的零知識技術。它在鏈外處理並驗證交易，然後將結果發布到以太坊。

支持通用計算，能執行任何智能合約。其最大優勢在於 STARKs 提供極高的擴展性與堅不可摧的安全性，且不需信任設置。額外好處是抗量子攻擊，確保長期安全。

zkSync Era

市值： TVL $555M
啟動時間： 2023年3月 (完整主網)
原生代幣： ZKS，用於手續費、治理與質押

由 Matter Labs 開發，zkSync Era 利用 zkRollup 技術提升擴展性，同時保持良好的用戶體驗與以太坊相容性。交易在鏈外壓縮，然後合併成一個零知識證明，提交至以太坊。

專注解決以太坊的兩大核心問題：高昂費用與有限吞吐。其主要優勢是完全 EVM 兼容，讓以太坊智能合約可無需修改直接運行，極大簡化遷移。

Scroll

市值： TVL $63.46M
啟動時間： 2023年10月
原生代幣： 暫無

Scroll 追求最大吞吐量與最低延遲，利用 zk-SNARKs 進行交易壓縮。鏈外執行、鏈上聚合與驗證形成高效循環。

強調與 EVM 的相容性，方便現有以太坊合約的適配。其優點在於交易效率高、成本低，適用於 DeFi 和大量應用場景。

Aztec Protocol

啟動時間： 2017年
原生代幣： 待推出

Aztec 的混合公開-私有模型能在公開與私密環境中執行合約邏輯，保障以太坊安全。隱私功能可選，適用於私密交易與匿名投票等場景。

專為零知識電路設計的語言 Noir，大幅簡化 ZK 應用開發。Aztec 在主網推出前追求完全去中心化，與以太坊的價值觀保持一致。

ZKFair

啟動時間： 2023年12月
原生代幣： ZKF，用於手續費、治理與獎勵 fee-sharing
市值： $163M

ZKFair 作為專注於公平執行與防止前置交易的 ZK Rollup DEX，利用零知識證明在鏈外處理，並在以太坊上聚合。

最大優勢：絕對抗操控的交易環境，確保交易的公平性，直接回應用戶的擔憂。

DeGate V1

啟動時間： 2022年9月
原生代幣： DG，用於治理、質押與手續費
市值： $21.14M

DeGate V1 基於 ZK Rollup，提升以太坊 Layer-2 擴展性。鏈外交易經由零知識證明打包，提交至以太坊，降低費用並提升吞吐。

特色在於專為低滑點與低成本交易優化，特別針對高交易量的場景。

ZetaChain

啟動時間： 2021年2月
原生代幣： ZETA，用於手續費、治理與跨鏈通信
市值： $79.53M

ZetaChain 創新推出跨鏈「通用橋樑」，利用 ZK Rollups 實現安全的跨鏈通信。zk-SNARKs 證明跨鏈交易的有效性，無需揭露敏感資料。

核心優勢在於互操作性，讓 dApps 能靈活調動多鏈資產與資料。ZetaML 為其專屬技術，能在鏈外可靠執行智能合約。

Taiko

啟動時間： 2024年1月 (Testnet)

Taiko 在以太坊生態中率先推出 Zero Knowledge Ethereum Virtual Machine (ZK-EVM) 及 ZK Rollups，打造完全去中心化的 Layer-2 協議。與以太坊 100% 相容，可直接部署現有 dApps。

已經經過兩個測試週期籌資，用於開發與擴展。Alpha 測試展現顯著進展，吸引大量開發者與驗證者。

其關鍵創新在於「基於排程」$37M based sequencing(。不同於傳統架構由中心化排程器控制流量，Taiko 將此功能委託給 Layer-1，消除單點故障或審查風險，簡化 Layer-2 鏈的價值鏈，降低開發者採用門檻。

ZK Rollup 技術的持續挑戰

儘管前景光明，ZK Rollups 仍面臨多重障礙：

技術複雜性： 高階密碼學技術使實作與維護困難。

彈性有限： 某些交易類型受限，限制應用範圍。

資料管理： 確保資料完整性需強大且安全的基礎設施。

證明資源： 生成證明耗費大量資源，成為瓶頸。

用戶採用： 大規模應用需用戶信任與基礎設施支持。

治理模型： 協議決策需透明且去中心化的框架。

經濟可行性： 雖降低用戶費用，但運營成本仍高。

ZK Rollups 的未來展望

ZK Rollups 的前景逐漸明朗。持續的研發正使技術更為簡單，並有新方案應對流動性碎片化問題。在生態系合作與持續成長下，ZK Rollups 有望徹底改變以太坊，迎來快速、經濟且安全的應用時代。

總結

ZK Rollups 代表一場技術革命，重新定義以太坊的擴展性。透過高效處理鏈外交易並確保安全與資料完整，這些方案有望打造更高效、更可持續、更堅固的以太坊生態系。它們克服現有限制的能力，將推動區塊鏈的廣泛應用，充分釋放其潛能，改變人類交互與去中心化技術的未來。