ZK Rollups ：这些解决方案如何改变以太坊的可扩展性

为什么以太坊需要ZK Rollups

以太坊主导去中心化应用生态系统 (dApps)，但面临一个关键挑战：网络拥堵。随着越来越多的用户加入协议，交易费用飙升，执行时间延长。虽然以太坊2.0逐步推进，但Layer-2解决方案作为即时且更具说服力的应对方案逐渐崭露头角。在这些方案中，ZK Rollups被定位为一种颠覆性技术，能够通过卓越的性能和增强的安全性释放以太坊的真正潜力。

ZK Rollups的工作原理

基础机制

ZK Rollups是一类旨在大幅提升交易吞吐量的Layer-2扩容方案。它们将多笔交易合并为一笔操作，从而减轻主网负担。可以将其想象为高效的绕行路线，处理链下交易，同时保证其在以太坊上的有效性。

关键在于使用零知识证明 (zero-knowledge proofs)，这是一种强大的密码学工具，能够在不泄露任何具体细节的情况下证明一组交易的合法性。这些证明非常紧凑，大幅减少存储在主链上的数据量，并显著加快处理速度。每个证明具有三大关键属性：完备性、可靠性和零信任，确保验证的安全性和高效性。

技术架构

一个ZK Rollup依托于结合链上组件和链下基础设施的混合架构：

以太坊上的合约层： 智能合约定义了ZK Rollup内交易的所有规则，并保存关键数据。

链下环境： 交易在隔离的虚拟机中执行，大幅降低费用，提升速度。

密码学生成： 生成零知识证明，证明批次的整体有效性而不暴露单个细节。

验证与确认： 该证明提交到主网，由验证者确认其完整性，保障所有链下操作的安全。

这种双层架构极大提升了交易吞吐，缓解了主网拥堵，并大幅降低了Gas费。

ZK Rollups的独特优势

关键优势

透明扩展性： 通过压缩大量交易为单一证明，ZK Rollups大幅提升网络容量，同时通过链下批处理降低费用。

即时密码学安全： 数学证明保证安全，无需泄露实际数据，提供即时最终性，优于其他方案的争议期。

流畅的用户体验： 交易更快、更便宜，非常适合高吞吐应用，同时缓解主网拥堵。

数据完整性： 与某些Layer-2方案不同，ZK Rollups保持链上数据的完整可用性，增强透明度和可靠性。

与以太坊的兼容性： 大多数方案兼容现有智能合约和工具，便于开发者集成。

积极的环境影响： 提高交易效率显著降低能耗，一些方案还支持跨链互操作。

ZK Rollups与Optimistic Rollups：扩展性之争

ZK Rollups与Layer-2的竞争对手，尤其是Optimistic Rollups，有明显差异。后者默认交易有效，只有在争议时才进行验证。而ZK Rollups则通过严格的零知识证明验证每笔交易。

安全性增强： ZK Rollups提供即时最终性，而Optimistic Rollups存在争议期，潜在欺诈可被检测。

无需信任： ZK Rollups不依赖任何中间信任方，而Optimistic Rollups依赖验证者的诚信。

隐私更优： 交易细节在证明中隐藏，提供更高的隐私保护，优于Optimistic Rollups。

虽然技术上更复杂，ZK Rollups为以太坊提供了更稳健、更具未来保障的扩展方案。

主要ZK Rollup生态参与者

Manta Network (Manta Pacific)

市值： 3366万美元
上线时间： 2023年9月
原生代币： MANTA，用于治理、质押和DeFi手续费

Manta Network专注于隐私保护的DeFi交易。其Layer-2方案Manta Pacific采用zk-SNARKs确保绝对隐私。从上线以来，已超越Coinbase的Base，成为以太坊第四大Layer-2网络（按TVL）。

利用zk-SNARKs，Manta实现完全私密的交易。资产、金额、接收者等细节保持加密状态，但可验证。其核心优势在于在DeFi中强调隐私，这在当前市场中较为罕见。

Linea

市值： 1.0604亿美元
上线时间： 2023年8月
原生代币： LINEA (用途待定)

Linea通过使用ZK Rollups压缩操作，提升交易速度。链下处理，结合zk-SNARKs打包验证后提交以太坊。已宣布2024年1月空投，细节尚不明确。

Linea强调开发者友好，便于在以太坊上高效创建和部署。其优势在于比大多数竞争对手更高的扩展性和速度。

Polygon zkEVM

市值： 暂未更新
上线时间： 2023年3月 (主网测试版)
原生代币： MATIC，用于Gas费和治理

Polygon zkEVM在兼容EVM的环境中链下执行交易，然后用ZK证明其有效性，提交到主链。该架构确保与现有以太坊合约的完全兼容。

作为Polygon生态的一部分，zkEVM享有生态系统协同和跨产品集成的优势，形成多功能、稳健的Layer-2环境。最大优势在于与以太坊工具和智能合约的无缝兼容。

Starknet

市值： 3.9211亿美元
上线时间： 2022年2月
原生代币： STRK，用于费用、治理和质押

StarkNet基于STARKs (Scalable Transparent Arguments of Knowledge)，这是一项革命性的零知识技术。它在链下处理和验证交易，之后将证明发布到以太坊。

支持通用计算，能执行任何智能合约。其核心优势：STARKs提供极高的扩展性和无信任安全，且抗量子攻击，确保长期安全。

zkSync Era

市值： TVL $555M
上线时间： 2023年3月 (完整主网)
原生代币： ZKS，用于费用、治理和质押

由Matter Labs开发，zkSync Era采用zkRollup技术，提升扩展性，同时保持用户体验和以太坊兼容性。交易链下压缩后合并成单一零知识证明，提交到以太坊。

目标解决以太坊的两个关键问题：高昂的费用和有限的吞吐。主要优势：完全EVM兼容，允许无需修改地运行以太坊智能合约，极大简化迁移。

Scroll

市值： 63.46百万美元
上线时间： 2023年10月
原生代币： 暂无

Scroll追求最大吞吐和最低延迟，利用zk-SNARKs进行交易压缩。链下执行、链上聚合和验证形成高效闭环。

强调与以太坊的兼容性，便于迁移现有合约。最大优势：交易效率高，成本极低，适合DeFi应用和大规模用例。

Aztec Protocol

上线时间： 2017年
原生代币： 待发布

Aztec的混合公私模型在公开和私密环境中执行合约逻辑，保障以太坊安全。隐私可选，支持私密交易和匿名投票等场景。

其专用的零知识电路编程语言Noir，大幅简化ZK应用开发。Aztec在主网发布前追求完全去中心化，符合以太坊的核心价值。

ZKFair

上线时间： 2023年12月
原生代币： ZKF，用于费用、治理和奖励分成
市值： $163M

ZKFair作为专注于公平执行和防止抢跑的ZK Rollup去中心化交易所（DEX），链下处理零知识证明，然后在以太坊上聚合。

最大优势：对订单操控具有绝对抗性，确保真正公平的交易环境，直面合法交易者的担忧。

DeGate V1

上线时间： 2022年9月
原生代币： DG，用于治理、质押和手续费
市值： 2114万美元

DeGate V1基于ZK Rollup实现以太坊Layer-2扩容。链下批量交易后提交到以太坊，显著降低费用，提高吞吐。

特色在于优化低滑点和低成本的去中心化交易，特别面向高交易量场景。

ZetaChain

上线时间： 2021年2月
原生代币： ZETA，用于费用、治理和跨链通信
市值： 7953万美元

ZetaChain创新性地推出“跨链通用桥”，利用ZK Rollups实现安全的跨链通信。zk-SNARKs验证跨链交易的有效性，无需泄露敏感数据。

核心优势：强大的互操作性，支持dApp高效调动多链资产和数据。ZetaML是其自主技术，能链下执行智能合约，确保可靠性。

Taiko

上线时间： 2024年1月 (Testnet)

Taiko在以太坊生态中率先推出Zero Knowledge Ethereum Virtual Machine (ZK-EVM)和ZK Rollups，打造完全去中心化的Layer-2协议。与以太坊100%兼容，可直接部署以太坊dApp，无需修改代码。

通过两轮融资，Taiko已筹集资金用于开发和扩展。测试网Alpha阶段已取得显著进展，吸引大量开发者和验证者。

其核心创新：基于排序 $37M based sequencing(。不同于传统架构中的中心化排序器，Taiko将排序功能委托给Layer-1本身。这一设计消除了单点故障或审查风险，简化了Layer-2价值链，降低了开发者的采用门槛。

ZK Rollup技术的持续挑战

尽管前景光明，ZK Rollups仍面临多重难题：

技术复杂性： 高级密码学技术使得实现和维护难度大。

灵活性有限： 某些交易类型存在限制，限制潜在应用场景。

数据管理： 需要强大且安全的数据基础设施保障数据完整性。

证明资源： 生成密码学证明耗费巨大，成为瓶颈。

用户采纳： 大规模应用需用户信任和基础设施支持。

治理模型： 需要去中心化、透明且安全的决策框架。

经济可行性： 降低用户成本的同时，运营成本仍不容忽视。

ZK Rollups的光明未来

ZK Rollups的前景逐步明朗。持续的研发简化技术复杂性，创新方案应对流动性碎片化问题。伴随生态合作与增长，ZK Rollups有望彻底变革以太坊，开启快速、经济、安全的应用新时代。

结语

ZK Rollups代表着一场技术革命，重新定义了以太坊的扩展性。通过高效链下处理交易，保障安全和数据完整性，这些方案有望打造更高性能、更可持续、更稳健的以太坊生态。它们突破现有限制的能力，将推动区块链的广泛应用，充分释放其潜能，改变人类交互方式，重塑我们对去中心化技术的认知。