ZK-Rollup

什么是 ZK-Rollup？

ZK-Rollup，也可写作 zkRollup 或 zero-knowledge rollup，是一种 Layer 2 区块链扩容解决方案，可在链下处理大量交易，并向底层区块链提交密码学有效性证明。

“ZK”代表零知识，“Rollup”则表示将大量交易打包、压缩并汇总为一次状态更新。

在加密货币领域，ZK-Rollup 主要用于降低交易手续费、提高吞吐量，并通过将交易结果锚定至结算层来维持强大的安全性。

ZK-Rollup 不会要求底层链重新执行批次中的每笔交易。

相反，它会发送一份表明批次已被正确处理的数学证明。

底层链通过智能合约验证该证明。

如果证明有效，新的 Rollup 状态将被接受。

如果证明无效，该更新将被拒绝。

这种设计正是 ZK-Rollup 常被称为有效性 Rollup 的原因。

Ethereum 官方零知识 Rollup 文档说明，ZK-Rollup 通过将计算和状态存储移至链下，同时将证明和选定数据发布至基础层来提高吞吐量。

对于加密用户而言，其简单含义是，ZK-Rollup 可帮助区块链处理更多活动，而无需让每个用户为每笔交易支付高昂的基础层成本。

ZK-Rollup 如何运作

ZK-Rollup 通常包括用户、排序器、链下执行环境、证明器、验证器合约、跨链桥和数据可用性系统。

用户将交易提交至 Rollup，而不是将每笔交易都直接发送至底层链。

排序器对这些交易进行排序，并将其分组为批次。

Rollup 执行环境处理批次，并更新余额、智能合约存储和账户状态。

交易处理完成后，证明器会创建有效性证明。

该证明表明新状态是依照 Rollup 规则产生的。

随后，证明会被提交至底层链上的验证器合约。

验证器合约会检查证明。

如果证明通过验证，Rollup 的新状态承诺即变为有效。

这使 Rollup 能够处理大量交易，而底层链只需验证一份紧凑证明，并存储重要数据或承诺。

主要优势在于，验证证明的成本远低于在底层链上重新执行每笔交易。

这就是 ZK-Rollup 成为加密扩容重要组成部分的原因。

ZK-Rollup 为何对加密领域重要

ZK-Rollup 很重要，因为区块链的区块空间有限。

当过多用户同时希望交易、铸造、出借、借入、跨链、玩游戏或发送支付时，基础层费用可能迅速上升。

高费用会使加密货币更难用于小额交易。

ZK-Rollup 通过将执行移出基础层，同时仍使用基础层进行最终验证和结算，帮助解决这一问题。

这可以使去中心化应用更便宜且更易使用。

例如，支付应用可以使用 ZK-Rollup 支持大量低成本转账。

区块链游戏可以使用 ZK-Rollup 处理频繁的游戏内资产转移。

去中心化金融应用可以使用 ZK-Rollup 降低兑换、充值、提现和仓位更新的成本。

NFT 应用可以使用 ZK-Rollup，使铸造和转移更易负担。

更大的目标是让加密应用在保留区块链结算保障的同时，更接近普通互联网应用的使用体验。

什么是有效性证明？

有效性证明是 ZK-Rollup 的核心安全功能。

它证明一批链下交易已被正确执行。

底层链无需仅因排序器提交了批次就信任排序器。

排序器或证明器必须提供证明该批次有效的密码学证明。

这不同于仅假定交易正确、除非之后有人提出挑战的系统。

使用有效性证明时，正确性会在状态更新被接受之前得到证明。

零知识基础设施中常用的证明系统包括 ZK-SNARK 和 ZK-STARK。

Ethereum 的零知识证明指南说明，这些证明系统能够在不揭示每个底层细节的情况下验证信息或计算。

对于 ZK-Rollup，最重要的点并不总是隐私。

最重要的是，证明确认了 Rollup 状态转换的正确性。

这就是 ZK-Rollup 即使交易数据并非完全私密，仍可支持扩容的原因。

ZK-Rollup 与 zkRollup

ZK-Rollup 和 zkRollup 通常指同一事物。

ZK-Rollup 是更正式的拼写形式，通常更适合术语表标题、教育内容和 SEO 页面。

zkRollup 是开发者讨论、搜索查询和技术社区中常用的较短拼写。

zero-knowledge rollup 是完整的描述性术语。

这三个术语都指使用基于零知识证明技术的有效性证明的 Rollup。

对于内容规划而言，通常更适合将 ZK-Rollup 作为一个主页面，并在该页面中自然提及拼写变体。

这样可避免重复内容和关键词蚕食。

如果网站要求每个术语表词条都有单独 URL，独立的 zkRollup 页面可用作别名、重定向页或简短说明页。

ZK-Rollup 与 ZK-Rollup 即服务

ZK-Rollup 是扩容技术本身。

ZK-Rollup 即服务是一种基础设施服务模式，可帮助项目推出和运营 ZK-Rollup。

两者的区别类似于区块链与帮助团队部署区块链的平台之间的区别。

ZK-Rollup 包括实际的交易处理、批量处理、证明、验证、结算和数据可用性设计。

ZK-Rollup 即服务包括工具、托管基础设施、排序器、证明器、节点、仪表盘、跨链桥、监控和部署支持。

加密项目可使用 ZK-Rollup 即服务，比从零构建整个系统更快地推出自定义 Rollup。

不过，用户仍应评估实际 Rollup 的安全模型。

服务模式可以简化部署，但不会自动消除与跨链桥、排序器、证明器、升级或数据可用性相关的风险。

ZK-Rollup 与 Layer 2 扩容

ZK-Rollup 通常是 Layer 2 网络，因为它运行在底层区块链之上。

底层区块链通常被称为 Layer 1。

Layer 1 提供结算、安全性和最终验证。

Layer 2 提供更便宜、更快速的执行。

这种分工使区块链生态系统能够扩容，而无需让每个基础层节点直接处理每项用户操作。

Rollup 负责执行，而底层链负责检查证明并存储关键数据或承诺。

这一模式之所以重要，是因为它让基础层专注于安全和结算。

同时，它也为应用提供了更大的发展空间。

基于 Rollup 的扩容已成为希望支持更多用户、同时不牺牲信任最小化验证的区块链生态系统的重要路径。

ZK-Rollup 中的数据可用性

数据可用性是指重建或验证 Rollup 状态所需的数据可供用户和网络参与者访问。

这是 Rollup 设计中最重要的安全概念之一。

有效性证明可以表明状态转换正确。

但用户还需要访问了解余额、验证状态以及在出现问题时安全退出所需的数据。

Ethereum 官方数据可用性文档说明，为何用户需要确信验证区块链活动所需的数据确实可用。

真正的 Rollup 通常会向底层链或明确定义的数据可用性层发布足够的数据。

如果重要数据被隐藏或扣留，即使证明本身有效，用户也可能面临退出和验证问题。

这就是为何用户不应只问网络是否使用零知识证明。

用户还应询问数据发布在哪里、谁可以访问数据，以及运营方停止合作时会发生什么。

EIP-4844 如何改变 ZK-Rollup 成本

EIP-4844，也称为 proto-danksharding，通过 Dencun 升级为 Ethereum 引入了携带 Blob 的交易。

Blob 交易旨在为 Rollup 提供一种以更低成本发布大量临时可用数据的方式。

官方Ethereum Dencun FAQ说明，proto-danksharding 引入 Blob，以使 Ethereum 更适合 Rollup。

官方EIP-4844 规范将携带 Blob 的交易描述为一种携带大型数据对象的新交易格式，其承诺可供执行层访问。

这对 ZK-Rollup 很重要，因为数据发布通常是 Rollup 成本的重要组成部分。

如果 Rollup 能以更低成本发布数据，用户可能受益于更低交易手续费。

但是，降低数据成本并不能消除所有 Rollup 成本。

ZK-Rollup 仍有执行成本、证明生成成本、验证成本、排序器成本、跨链桥成本和基础设施成本。

用户应了解，当网络需求上升时，Layer 2 交易仍可能变得更昂贵。

ZK-Rollup 与乐观 Rollup

ZK-Rollup 和乐观 Rollup 都是 Layer 2 扩容解决方案，但它们采用不同的方法验证状态更新。

ZK-Rollup 提交证明批次正确的有效性证明。

乐观 Rollup 通常假定批次正确，除非有人在争议窗口内提出挑战。

这种差异会影响提现、最终性和安全假设。

由于 ZK-Rollup 在接受之前证明正确性，因此在有效性证明验证后，它可以提供更强的基于证明的最终性。

由于乐观 Rollup 依赖挑战，用户在进行某些提现时可能需要等待挑战期结束。

这并不意味着 ZK-Rollup 在所有情况下都更好。

ZK-Rollup 的构建可能更复杂，尤其是在支持通用智能合约时。

生成有效性证明可能需要先进工程能力和大量计算资源。

最佳 Rollup 设计取决于应用、安全目标、开发者工具、成本目标和用户体验需求。

ZK-Rollup 与 Validium

ZK-Rollup 和 Validium 都可以使用有效性证明，但它们在数据可用性方面不同。

ZK-Rollup 通常会向底层链或强大的数据可用性层发布足够数据，以便用户重建 Rollup 状态。

Validium 使用有效性证明，但将交易数据保留在链下。

Ethereum 的Validium 文档说明，Validium 使用链下数据可用性，同时仍使用有效性证明验证交易。

这在成本和信任假设之间形成权衡。

Validium 可能提供更低费用和更高吞吐量，因为其向底层链发布的数据较少。

但如果链下数据提供商扣留数据，用户可能面临更多数据可用性风险。

ZK-Rollup 通常提供更强的信任最小化保障，因为其数据可用性模型更接近结算层。

这一区别很重要，因为一些项目使用相似术语，但安全模型不同。

ZK-Rollup 的优势

ZK-Rollup 的第一项主要优势是更低交易成本。

许多用户可以共同承担一次批次证明和一次数据发布事件的成本。

第二项优势是更高吞吐量。

ZK-Rollup 可在链下处理大量交易，而无需让底层链分别执行每笔交易。

第三项优势是强大的密码学验证。

由于验证器合约会检查有效性证明，无效批次应被拒绝。

第四项优势是相较依赖较长挑战窗口的系统，具备更快最终性。

一旦有效性证明得到验证，状态更新即可被接受。

第五项优势是更好的用户体验。

更低费用和更快交易可以使钱包、游戏、支付、NFT 应用和去中心化金融工具更易使用。

第六项优势是为开发者提供更好的可扩展性。

应用可以服务更多用户，而不只依赖昂贵的基础层执行。

第七项优势是兼容模块化区块链未来。

ZK-Rollup 可以在加密技术栈的不同层之间组合执行、结算、证明和数据可用性。

ZK-Rollup 的局限性

ZK-Rollup 的第一项局限性是技术复杂性。

构建证明器、验证器合约、电路、节点、跨链桥和 Rollup 执行系统需要高级工程能力。

第二项局限性是证明生成成本。

创建有效性证明可能需要专用软件、硬件和优化。

第三项局限性是排序器中心化。

许多 Rollup 为了性能和运营简便性，起初会采用中心化或半中心化排序器。

第四项局限性是跨链桥风险。

用户经常通过跨链桥合约在底层链与 Rollup 之间转移资产，而跨链桥设计可能带来严重安全风险。

第五项局限性是升级风险。

一些 Rollup 在系统成熟期间使用管理员密钥、安全委员会、紧急控制或升级权限。

第六项局限性是数据可用性风险。

如果用户无法访问所需数据，可能难以验证 Rollup 状态或安全退出。

第七项局限性是用户混淆。

一些用户认为“ZK”意味着完全隐私，但许多 ZK-Rollup 主要将零知识证明用于扩容和有效性，而非隐藏每项交易细节。

使用 ZK-Rollup 前应询问的安全问题

用户应询问有效性证明是否已经启用，并且是否为状态更新所必需。

用户应询问交易数据是发布到基础层、Blob 还是其他数据可用性层。

用户应询问谁控制排序器。

用户应询问如果排序器离线，用户是否可以强制提交交易或提现。

用户应询问跨链桥合约是否经过审计。

用户应询问升级是否存在给予用户退出时间的延迟。

用户应询问紧急委员会或管理员密钥是否可以暂停系统。

用户应询问证明生成是中心化还是分布式。

用户应询问 Rollup 是否公开了清晰的风险文档。

L2BEAT 的Rollup 风险框架说明，Rollup 会发布状态承诺，并通过有效性证明或基于挑战的机制进行验证。

L2BEAT 的Stages 框架还可根据去中心化和信任最小化里程碑，帮助用户了解 Rollup 的成熟度。

这些检查很重要，因为 ZK-Rollup 可以使用强大的密码学，但仍可能存在运营、治理或跨链桥风险。

ZK-Rollup 与智能合约

早期 ZK-Rollup 对于代币转账和基础兑换等简单操作更容易构建。

通用智能合约更难，因为复杂执行必须在证明系统中表示。

这正是 zkEVM 技术变得重要的领域。

zkEVM 是一种零知识 Ethereum 虚拟机，旨在证明 Ethereum 风格的智能合约执行。

这可以帮助开发者使用熟悉的智能合约模式，同时通过 ZK-Rollup 获得更低成本的执行。

但 zkEVM 设计很困难，因为系统必须证明账户变更、存储更新、合约调用、内存操作和许多执行规则。

对于用户而言，基于 zkEVM 的 Rollup 可能更像普通智能合约网络。

对于开发者而言，它们可减少迁移阻力，并支持更熟悉的工具。

对于更广泛的加密市场而言，zkEVM 的发展有助于使 ZK-Rollup 在简单支付之外变得更实用。

ZK-Rollup 与隐私

ZK-Rollup 使用零知识证明技术，但不会自动实现隐私。

许多 ZK-Rollup 使用证明来证明交易正确性，而非隐藏交易详情。

根据设计，ZK-Rollup 上的交易仍可能显示发送方地址、接收方地址、金额、合约调用或其他元数据。

隐私需要在使用有效性证明之外作出额外设计选择。

注重隐私的系统可能使用零知识证明，在证明交易遵守规则的同时隐藏选定详情。

注重扩容的 ZK-Rollup 可能公开发布交易数据，同时仅使用证明降低验证成本。

用户应始终检查哪些信息公开，哪些信息被隐藏。

不应将“ZK”一词视为匿名性的承诺。

ZK-Rollup 的常见用例

支付是 ZK-Rollup 的主要用例，因为用户需要快速且低成本的转账。

去中心化金融是另一主要用例，因为在繁忙的基础层上，兑换、充值、提现、强制平仓和仓位更新可能变得昂贵。

区块链游戏可从 ZK-Rollup 中受益，因为游戏可能需要大量小额资产移动和频繁状态变更。

NFT 平台可以使用 ZK-Rollup 降低铸造、转移和市场交互成本。

社交应用可以将 ZK-Rollup 用于帖子、关注、徽章和声誉更新等高交易量操作。

代币化资产平台可以使用 ZK-Rollup，将更低成本与可验证结算相结合。

身份应用可使用零知识证明支持选择性披露和保护隐私的验证。

企业区块链系统可使用 ZK-Rollup 支持可审计性、效率和自定义业务逻辑。

用简单的话解释 ZK-Rollup

ZK-Rollup 就像一名收银员在主账本之外处理数百张收据，然后向会计提供一份可信证明，证明所有收据都已被正确处理。

会计无需逐一检查每张收据。

会计只需验证该证明。

以区块链术语来说，Rollup 会在链下处理大量交易。

随后，它会向底层链提交有效性证明。

底层链会检查证明，并在证明有效时接受结果。

这使区块链活动更快、更便宜，同时仍保持与基础层安全性的联系。

这就是 ZK-Rollup 被视为加密领域最重要扩容技术之一的原因。

FAQ

ZK-Rollup 是什么意思？

ZK-Rollup 是一种 Layer 2 扩容解决方案，将大量链下交易打包，并向底层区块链提交零知识有效性证明。

ZK-Rollup 与 zkRollup 相同吗？

是的，ZK-Rollup 和 zkRollup 通常含义相同，但 ZK-Rollup 是更正式的拼写。

ZK-Rollup 与 zero-knowledge rollup 有何区别？

没有重大区别，因为 zero-knowledge rollup 是完整术语，而 ZK-Rollup 是缩写形式。

ZK-Rollup 与 ZK-Rollup 即服务有何区别？

ZK-Rollup 是扩容技术，而 ZK-Rollup 即服务是用于推出和运营 ZK-Rollup 的托管基础设施模式。

ZK-Rollup 是私密的吗？

不一定，因为许多 ZK-Rollup 使用零知识证明来实现有效性和扩容，而不是完整交易隐私。

为什么 ZK-Rollup 更便宜？

ZK-Rollup 更便宜，是因为许多交易共同分担批量处理、证明验证和数据发布的成本。

什么是有效性证明？

有效性证明是一种密码学证明，表明一批交易或一次状态更新已被正确处理。

ZK-Rollup 最大的优势是什么？

最大的优势是 ZK-Rollup 可以在保持强大基于证明验证的同时提升区块链可扩展性。

ZK-Rollup 最大的风险是什么？

最大风险包括跨链桥漏洞、中心化排序器、升级控制、证明器依赖和数据可用性问题。

ZK-Rollup 与乐观 Rollup 有何不同？

ZK-Rollup 通过有效性证明来证明正确性，而乐观 Rollup 通常假定正确性，除非批次受到挑战。

ZK-Rollup 与 Validium 有何不同？

ZK-Rollup 通常通过底层链或定义的可用性层提供更强的数据可用性，而 Validium 将交易数据保留在链下。

ZK-Rollup 可以支持智能合约吗？

可以。许多现代 ZK-Rollup 支持智能合约，尤其是通过旨在证明 Ethereum 风格执行的 zkEVM 设计。

ZK-Rollup 能消除 Gas 费吗？

不能。ZK-Rollup 不会消除 Gas 费，但可以通过将成本分摊到大量交易中来降低费用。

为什么 ZK-Rollup 对加密货币采用很重要？

ZK-Rollup 很重要，因为它们可以使区块链应用更快、更便宜，并且对日常用户更实用。

结论

ZK-Rollup 是一种 Layer 2 扩容解决方案，可在链下处理交易，并通过零知识有效性证明证明其正确性。

它也常被写作 zkRollup 或 zero-knowledge rollup。

其核心理念很简单：在底层链之外处理大量交易，然后向底层链证明结果有效。

这有助于区块链提高吞吐量、降低费用，并支持更先进的应用，同时不放弃强大的验证能力。

ZK-Rollup 适用于支付、去中心化金融、游戏、NFT、社交应用、身份系统和代币化资产。

不过，用户不应假设每个 ZK-Rollup 都完全去中心化、完全私密或没有风险。

ZK-Rollup 的实际安全性取决于证明验证、数据可用性、跨链桥设计、排序器控制、证明器可靠性、升级权限和退出权利。

在 SEO 和术语表结构中，ZK-Rollup 是最佳主术语，而 zkRollup 和 zero-knowledge rollup 可被视为自然拼写变体。

随着加密领域持续扩容，ZK-Rollup 可能仍将是使区块链网络更快、更便宜、更适合主流采用的最重要技术之一。