ZK-rollups 在以太坊：創新技術如何解決擴展性問題

為何以太坊需要擴展

以太坊已成為去中心化應用的主要平台，但網路的快速成長帶來了可預測的問題——擁擠。當用戶數增加時，手續費呈指數級上升，交易確認時間也變慢。儘管以太坊2.0承諾提供解決方案，但其分階段推行且需時較長。此時，第二層網路（Layer 2）登場，尤其是ZK-rollups——一項能夠根本改變區塊鏈吞吐量的技術，且不需完全重寫主網。

什麼是ZK-rollups及其運作原理

ZK-rollups (你知道嗎？這是Zero-Knowledge rollups)的縮寫——一種擴展解決方案，將大量交易在主網外處理，然後只將壓縮的加密證明傳送到以太坊，證明其正確性。這類似於繁忙城市中的繞城道路——主要交通繞過中心，但每輛車仍在控制之下。

其運作依賴一種名為零知識證明（ZKPs）(的加密工具)。這些證明能在不揭露交易細節的情況下驗證整批操作的完整性。ZKPs的三個核心特性是：完整性、正確性與保密性，確保過程安全。

ZK-rollups架構

系統由兩個部分組成：

1. 主網（Layer 1）——以太坊上的智能合約設定規則
2. 鏈外虛擬機（Layer 2）——進行大部分交易處理

流程：交易在鏈外執行，生成整批交易的加密證明，該證明傳送給驗證者在主網上驗證。結果是：交易處理速度提升，手續費降低，網路運作更為順暢。

ZK-rollups相較於其他方案的優勢

談到第二層解決方案，常將ZK-rollups與Optimistic Rollups比較。主要差異在於：Optimistic Rollups預設交易為正確，僅在爭議時進行驗證(有上訴期)，而ZK-rollups則對每筆交易進行密碼學驗證。這代表：

• 即時最終確定——無需等待上訴期
• 無需經濟假設——只靠數學
• 更高的隱私性——交易細節封裝在證明內
• 環保——減少主網計算負擔
• 普遍擴展性——適用於各類應用

此外，ZK-rollups大幅降低主鏈資料量，減輕網路負擔，對於長期生態系統的穩定性至關重要。

領先的生態系統專案：從領導者到創新者

ZK-rollups的格局快速演變。值得關注的專案包括：

( Manta Network )Manta Pacific(

MANTA市值：$33.82M | 發布時間：2023年9月 )測試網### | 代幣：MANTA (治理、質押、手續費)

Manta Network專注於DeFi中的私密交易。利用zk-SNARKs來加密交易細節，同時保持可驗證性。短時間內，超越Coinbase的Base，成為以太坊第四大Layer 2解決方案，鎖倉資產量居前。Manta的特色是為所有DeFi應用建立私密層，這是許多競爭對手所缺乏的功能。

( Linea

LINEA市值：$107.32M | 發布時間：2023年8月 | 代幣：LINEA )開發中(

Linea在鏈外處理交易，將交易分組並用zk-SNARKs驗證後傳送到以太坊。專注於開發者體驗——快速部署以太坊應用，無需重寫代碼。主要優點是擴展性與速度，提供高吞吐量。

) Polygon zkEVM

Polygon生態系的一部分，使用與EVM相容的環境進行鏈外交易，然後用ZK證明在主網驗證。最大優點是與以太坊工具和智能合約完全兼容，讓開發者遷移幾乎無痛。

Starknet

市值：$396.53M | 發布時間：2022年2月 | 代幣：STRK

基於STARKs (Scalable Transparent Arguments of Knowledge)，一種更先進的ZK證明技術。STARKs相較zk-SNARKs的主要優勢是無需信任設定，且抗量子攻擊。Starknet支持通用計算，能運行任何智能合約。

zkSync Era

由Matter Labs開發，採用zkRollup技術，將鏈外操作打包成一個證明。專注於低手續費與高吞吐量。保持與EVM的兼容性，可直接運行以太坊合約，無需重寫。

Scroll

發布時間：2023年10月 (橋接部署) | 代幣：尚未推出

專注於高吞吐與低延遲，利用zk-SNARKs。針對DeFi應用與高頻交易，追求效率。完全兼容以太坊虛擬機。

Aztec Protocol

發布時間：2017年 | 無原生代幣

獨特的混合公開與私密執行模型。私密性可選，適用於私密交易與匿名投票。開發了Noir——專為零知識鏈設計的程式語言，簡化私密dApps的創建。

ZKFair

ZKF市值：約()根據發布時匯率### | 發布時間：2023年12月

基於ZK-rollups的去中心化交易所，專注於公平交易。特色是防止前置交易（front-running），這是大多數去中心化交易所的常見問題。利用ZK證明來處理交易，並將多筆交易合併傳送到以太坊。

DeGate V1

市值：$21.14M | 發布時間：2022年9月 | 代幣：DG

基於ZK Rollup的去中心化交易所，優化以最低滑點與低成本，特別適合大額訂單。用ZK證明將交易鏈外打包，然後傳送到以太坊。

$163M ZetaChain

市值：$80.78M | 發布時間：2021年2月

打造跨鏈橋樑，利用ZK Rollups實現多鏈間的互操作性。用zk-SNARKs驗證交易，無需揭露數據，專注於跨鏈功能。

( Taiko

發布時間：2024年1月 )測試網### | 融資：###百萬

採用ZK-EVM與ZK rollups，建立與以太坊完全相容的Layer 2協議。Taiko的創新在於“based” sequencer架構，由Layer 1網路控制交易序列，避免中心化單點故障與審查問題。

ZK-rollups面臨的挑戰

儘管前景看好，技術仍面臨挑戰：

• 密碼學複雜性——實作與維護需深厚專業
• 交易類型限制——並非所有操作都高效
• 資料可用性——可靠管理資料以確保完整性
• 證明生成成本高——需大量計算資源
• 治理與去中心化——決策需民主且安全
• 經濟可行性——運營成本可能仍較高

ZK-rollups的未來：從實驗到大規模應用

ZK-rollups的研發正朝著簡化複雜度與深度整合Ethereum的方向推進。研究團隊積極優化證明技術，解決流動性碎片化與去中心化問題。在穩定資金與合作的前提下，ZK-rollups有望成為高速、經濟且安全的區塊鏈應用的核心基礎設施。

總結

ZK-rollups不僅是技術進步，更是擴展思維的轉變。透過鏈外操作並保持密碼學驗證，這項技術為Ethereum生態系帶來新一代的高效、安全與普及。其突破現有限制的能力，為大規模應用鋪平道路，讓區塊鏈技術能為全球數十億用戶實現真正潛能。