ZK-rollups 在以太坊上的应用：创新技术如何解决扩展性问题

为什么以太坊需要扩容

以太坊已成为去中心化应用的主要平台，但网络的快速增长带来了预期中的问题——拥堵。当用户数量增加时，交易手续费呈指数级上涨，交易确认时间变慢。虽然以太坊2.0承诺提供解决方案，但其分阶段实施且需要时间。在此背景下，第二层网络，尤其是ZK-滚存技术——一种可以根本改变区块链吞吐量的技术，而无需完全重写主网——开始登场。

什么是ZK-滚存及其工作原理

ZK-滚存(你知道吗？这是Zero-Knowledge rollups)的缩写——一种扩容方案，它在主网之外处理大量交易，然后只将压缩的加密证明发送到以太坊，验证其正确性。这类似于在交通繁忙的城市中绕行的逻辑——主流交通绕开中心，但每辆车仍在控制之下。

该机制依赖于一种名为零知识证明（ZKPs）(的加密工具)。这些证明可以在不泄露每笔操作细节的情况下验证整个批次操作的完整性。ZKPs的三个关键特性——完备性、正确性和隐私性——保证了过程的安全。

ZK-滚存架构

系统由两个部分组成：

1. 主网(Layer 1)——以太坊上的智能合约设定规则
2. 链外虚拟机(Layer 2)——这里进行大部分交易

流程：交易在链外执行，然后生成整个批次操作的加密证明，将其发送给验证者在主网进行验证。结果是：交易处理速度加快，手续费降低，网络更加畅通。

ZK-滚存相较于其他方案的优势

谈到第二层解决方案，常将ZK-滚存与Optimistic Rollups进行比较。关键区别在于：Optimistic Rollups默认认为交易是正确的，只有在争议发生时才进行验证(有申诉期)，而ZK-滚存则对每笔操作进行加密验证。这意味着：

• 即时确认——无需等待申诉期
• 无经济假设——没有“善意验证者”，只有数学
• 增强隐私——操作细节封装在证明中
• 环保——减少主网计算负担
• 普遍扩展性——适用于各种应用场景

此外，ZK-滚存显著减少主链上的数据量，减轻网络负担，这对于生态系统的长期可持续性至关重要。

生态系统中的顶尖项目：从领军者到创新者

ZK-滚存的格局快速演变。以下项目值得关注：

Manta Network (Manta Pacific)

MANTA市值：$33.82M | 上线时间：2023年9月(测试网) | 代币：MANTA(治理、质押、手续费)

Manta Network专注于DeFi中的隐私交易。采用zk-SNARKs加密操作细节，同时保持其可验证性。上线后不久，超越Coinbase的Base，成为以太坊第四大Layer 2解决方案，锁仓资产规模位列前列。Manta的特色是为所有DeFi应用创建隐私层，这是许多竞争对手所缺乏的功能。

Linea

LINEA市值：$107.32M | 上线时间：2023年8月 | 代币：LINEA(开发中)

Linea在链外处理操作，将其打包后通过zk-SNARKs验证后提交到以太坊。项目重点在于开发者体验——快速部署以太坊应用，无需重写代码。主要优势是扩展性和速度，确保高吞吐量。

Polygon zkEVM

Polygon生态系统的一部分，使用与EVM兼容的环境在链外执行交易，然后通过ZK证明在主网验证。最大优势是与以太坊工具和智能合约的完全兼容，使开发迁移几乎无痛。

Starknet

STRK市值：$396.53M | 上线时间：2022年2月 | 代币：STRK

基于STARKs(可扩展透明知识证明)——一种更先进的ZK证明类型。STARKs优于zk-SNARKs的主要优势在于无需信任设置，且抗量子攻击。Starknet支持通用计算，能运行任何智能合约。

zkSync Era

由Matter Labs开发，采用zkRollup技术，将链外操作打包成单一证明。专注于低手续费和高吞吐量。保持与EVM的兼容性，可直接部署以太坊合约，无需重写。

Scroll

上线时间：2023年10月(桥接部署) | 暂无代币

专注于高吞吐和低延迟，采用zk-SNARKs技术。面向DeFi应用和高频操作，强调效率。完全兼容以太坊虚拟机。

Aztec Protocol

上线时间：2017年 | 无原生代币

以其混合的公私执行模型而著称。隐私可选，支持私密交易和匿名投票。开发了Noir——专为零知识链设计的编程语言，简化私有dApp的创建。

ZKFair

ZKF市值：大约$163M (根据发布时间) | 上线时间：2023年12月

基于ZK-滚存的去中心化交易所，专注于公平交易执行。核心特色是防止前置交易（前跑），解决大部分去中心化交易所面临的问题。利用ZK证明处理操作，并将其合并后提交到以太坊。

DeGate V1

DG市值：$21.14M | 上线时间：2022年9月 | 代币：DG

基于ZK Rollup的去中心化交易所，优化以实现最低滑点和低成本，特别适合大额订单。利用ZK证明对链外操作进行批处理，然后提交到以太坊。

ZetaChain

ZETA市值：$80.78M | 上线时间：2021年2月

打造跨链桥的未来，通过ZK Rollups实现多链互操作。使用zk-SNARKs验证跨链交易，无需泄露数据。专注于跨链功能和互操作性。

Taiko

上线时间：2024年1月(测试网) | 融资：$37 千万级

采用ZK-EVM和ZK rollups，打造与以太坊完全兼容的Layer 2协议。创新点在于“based” sequencer架构，由Layer 1网络控制序列，避免单点故障和审查问题。

ZK-滚存面临的挑战

尽管前景广阔，但技术仍面临挑战：

• 加密复杂性——实现和维护需要深厚专业知识
• 交易类型限制——并非所有操作都高效
• 数据可用性——可靠的数据管理关系到完整性
• 证明生成成本——加密证明的计算需求高
• 治理与去中心化——决策应民主且安全
• 经济可行性——尽管目标是降低成本，但运营开销可能较高

ZK-滚存的未来：从试验到大规模应用

ZK-滚存的研发正朝着简化复杂性和深度集成以太坊的方向推进。研究团队积极优化证明技术，解决流动性碎片化和去中心化问题。在稳定的资金支持和团队合作下，ZK-滚存有望成为高速、经济、安全区块链应用的基础架构。

结论

ZK-滚存不仅是技术升级，更是关于扩展性思维的范式转变。通过在链外处理操作同时保持加密验证，这项技术为以太坊生态的下一代发展打开了大门——更高效、更安全、更普及。其突破现有限制的能力，为大规模应用创造了条件，让区块链技术真正释放出其为数十亿用户服务的潜力。