ZK-Rollup

什麼是 ZK-Rollup？

ZK-Rollup，也可寫作 zkRollup 或零知識 Rollup（zero-knowledge rollup），是一種 Layer 2 區塊鏈擴充方案，可在鏈下處理大量交易，並向基礎區塊鏈提交加密有效性證明。

其中「ZK」代表零知識，而「rollup」則表示將多筆交易打包、壓縮並彙整為一次狀態更新。

在加密貨幣領域中，ZK-Rollup 主要用於降低交易手續費、提高吞吐量，並透過將交易結果錨定至結算層來維持強大的安全性。

ZK-Rollup 不會要求基礎鏈重新執行批次中的每筆交易。

相反地，它會提交一項數學證明，證明該批次已正確處理。

基礎鏈會透過智能合約驗證此證明。

若證明有效，新的 Rollup 狀態便會被接受。

若證明無效，該更新便會遭拒絕。

這種設計也是 ZK-Rollup 常被稱為有效性 Rollup（validity rollup）的原因。

Ethereum 官方的零知識 Rollup 文件指出，ZK-Rollup 會將運算與狀態儲存移至鏈下，並將證明及特定資料發布至基礎層，以此提高吞吐量。

對加密貨幣使用者而言，簡單來說，ZK-Rollup 可協助區塊鏈處理更多活動，而無須讓每位使用者為每筆交易都支付高昂的基礎層成本。

ZK-Rollup 如何運作

ZK-Rollup 通常包含使用者、排序器、鏈下執行環境、證明產生器、驗證器合約、跨鏈橋及資料可用性系統。

使用者會將交易提交至 Rollup，而非將每筆交易直接傳送至基礎鏈。

排序器會排列這些交易，並將其分組為批次。

Rollup 執行環境會處理該批次，並更新餘額、智能合約儲存資料及帳戶狀態。

交易處理完成後，證明產生器會建立有效性證明。

此證明顯示新狀態是依照 Rollup 規則產生。

接著，證明會提交至基礎鏈上的驗證器合約。

驗證器合約會檢查該證明。

若證明通過驗證，Rollup 的新狀態承諾便會生效。

這讓 Rollup 能處理大量交易，而基礎鏈只需驗證精簡的證明，並儲存重要資料或承諾。

主要優勢在於，驗證的成本遠低於在基礎鏈上重新執行每筆交易。

這也是 ZK-Rollup 成為加密貨幣擴容重要技術的原因。

ZK-Rollup 為何對加密貨幣很重要

ZK-Rollup 很重要，因為區塊鏈的區塊空間有限。

當過多使用者同時想要交易、鑄造、出借、借貸、跨鏈、玩遊戲或付款時，基礎層手續費可能迅速上升。

高額手續費會讓小額加密貨幣交易更難使用。

ZK-Rollup 透過將執行移出基礎層，同時仍使用基礎層進行最終驗證與結算，來協助解決這個問題。

這可讓去中心化應用程式更便宜且更易於使用。

例如，支付應用程式可使用 ZK-Rollup 支援大量低成本轉帳。

區塊鏈遊戲可使用 ZK-Rollup 處理頻繁的遊戲內資產移動。

去中心化金融應用程式可使用 ZK-Rollup 降低兌換、入金、提領及倉位更新的成本。

NFT 應用程式可使用 ZK-Rollup，讓鑄造與轉移更容易負擔。

更大的目標是讓加密貨幣應用程式在保有區塊鏈結算保障的同時，更接近一般網路應用程式的使用體驗。

什麼是有效性證明？

有效性證明是 ZK-Rollup 的核心安全功能。

它可證明一批鏈下交易已正確執行。

基礎鏈不需要僅因排序器提交了批次就信任排序器。

排序器或證明產生器必須提供加密證明，證明該批次有效。

這不同於僅假設交易正確，除非之後有人提出質疑的系統。

使用有效性證明時，狀態更新被接受前就已證明其正確性。

零知識基礎設施常用的證明系統包括 ZK-SNARKs 與 ZK-STARKs。

Ethereum 的零知識證明指南指出，這些證明系統可在不揭露所有底層細節的情況下驗證資訊或運算。

對 ZK-Rollup 而言，最重要的重點不一定是隱私。

最重要的是，該證明確認 Rollup 的狀態轉換正確無誤。

這也是即使交易資料並非完全私密，ZK-Rollup 仍可支援擴展性的原因。

ZK-Rollup 與 zkRollup

ZK-Rollup 與 zkRollup 通常指的是同一件事。

ZK-Rollup 是較正式的拼寫，通常更適合詞彙表標題、教育內容與 SEO 頁面。

zkRollup 則是開發者討論、搜尋查詢及技術社群中常見的較短拼寫。

Zero-knowledge rollup 是完整的描述性名稱。

這三個詞都指使用零知識證明技術的有效性證明 Rollup。

在內容規劃上，通常較適合為 ZK-Rollup 建立一個主要頁面，並在頁面中自然提及不同拼寫變體。

如此可避免重複內容及關鍵字蠶食。

若網站要求每個詞彙表術語都要有自己的 URL，則可將獨立的 zkRollup 頁面作為別名、重新導向頁面或簡短說明頁面。

ZK-Rollup 與 ZK-Rollup-as-a-Service

ZK-Rollup 是擴容技術本身。

ZK-Rollup-as-a-Service 則是一種基礎設施服務模式，可協助專案推出及營運 ZK-Rollup。

兩者的差異類似於區塊鏈與協助團隊部署區塊鏈的平台之間的差異。

ZK-Rollup 包含實際的交易處理、批次處理、證明產生、驗證、結算及資料可用性設計。

ZK-Rollup-as-a-Service 則包含工具、代管基礎設施、排序器、證明產生器、節點、儀表板、跨鏈橋、監控及部署支援。

加密貨幣專案可使用 ZK-Rollup-as-a-Service，比從零建立整個系統更快推出自訂 Rollup。

不過，使用者仍應評估實際 Rollup 的安全模型。

此服務模式可簡化部署，但不會自動消除與跨鏈橋、排序器、證明產生器、升級或資料可用性相關的風險。

ZK-Rollup 與 Layer 2 擴容

ZK-Rollup 通常屬於 Layer 2 網路，因為它運行於基礎區塊鏈之上。

基礎區塊鏈通常稱為 Layer 1。

Layer 1 提供結算、安全性與最終驗證。

Layer 2 提供更低成本且更快速的執行。

這種分工讓區塊鏈生態系統得以擴展，而不必要求每個基礎層節點直接處理每項使用者操作。

Rollup 負責執行，基礎鏈則檢查證明並儲存關鍵資料或承諾。

此模型很重要，因為它讓基礎層能專注於安全性與結算。

同時，也為應用程式提供更多成長空間。

對希望在不犧牲最小信任驗證的情況下支援更多使用者的區塊鏈生態系統而言，以 Rollup 為基礎的擴容已成為主要途徑。

ZK-Rollup 中的資料可用性

資料可用性是指重建或驗證 Rollup 狀態所需的資料，可供使用者及網路參與者取得。

這是 Rollup 設計中最重要的安全概念之一。

有效性證明可顯示狀態轉換正確。

不過，使用者也必須能取得了解餘額、驗證狀態，以及在發生問題時安全退出所需的資料。

Ethereum 官方的資料可用性文件說明，使用者為何需要確信驗證區塊鏈活動所需的資料確實可用。

真正的 Rollup 通常會向基礎鏈或明確定義的資料可用性層發布足夠資料。

若重要資料被隱藏或扣留，即使證明本身有效，使用者仍可能面臨退出及驗證問題。

因此，使用者不應只詢問網路是否使用零知識證明。

也應詢問資料發布於何處、誰能存取資料，以及營運方停止合作時會發生什麼事。

EIP-4844 如何改變 ZK-Rollup 成本

EIP-4844 也稱為 proto-danksharding，透過 Dencun 升級為 Ethereum 引入攜帶 Blob 的交易。

Blob 交易旨在為 Rollup 提供一種更低成本的方式，用於發布大量可暫時取得的資料。

官方Ethereum Dencun FAQ指出，proto-danksharding 引入 Blob，讓 Ethereum 更適合 Rollup。

官方EIP-4844 規格將攜帶 Blob 的交易描述為一種新交易格式，可攜帶大型資料物件，而其承諾可由執行層存取。

這對 ZK-Rollup 很重要，因為資料發布通常是 Rollup 成本的主要部分。

若 Rollup 可更低成本地發布資料，使用者可能受惠於更低的交易手續費。

不過，較低的資料成本不會消除所有 Rollup 成本。

ZK-Rollup 仍有執行成本、證明產生成本、驗證成本、排序器成本、跨鏈橋成本及基礎設施成本。

使用者應了解，當網路需求上升時，Layer 2 交易仍可能變得更昂貴。

ZK-Rollup 與 Optimistic Rollup

ZK-Rollup 與 Optimistic Rollup 都是 Layer 2 擴容方案，但兩者使用不同方法驗證狀態更新。

ZK-Rollup 會提交證明批次正確的有效性證明。

Optimistic Rollup 一般會假設批次正確，除非有人在爭議期間提出挑戰。

此差異會影響提領、最終性及安全假設。

由於 ZK-Rollup 在接受前便證明正確性，因此在有效性證明完成驗證後，可提供更強的、以證明為基礎的最終性。

由於 Optimistic Rollup 仰賴挑戰，使用者針對某些提領可能需要等待挑戰期結束。

這不代表 ZK-Rollup 在所有情況下都一定更好。

ZK-Rollup 的建構可能更複雜，尤其是在支援通用智能合約時。

產生有效性證明可能需要進階工程技術及大量運算資源。

最佳 Rollup 設計取決於應用程式、安全目標、開發者工具、成本目標及使用者體驗需求。

ZK-Rollup 與 Validium

ZK-Rollup 與 Validium 都可使用有效性證明，但兩者的資料可用性不同。

ZK-Rollup 通常會向基礎鏈或強大的資料可用性層發布足夠資料，使使用者能重建 Rollup 狀態。

Validium 使用有效性證明，但會將交易資料保留在鏈下。

Ethereum 的Validium 文件指出，Validium 使用鏈下資料可用性，同時仍透過有效性證明驗證交易。

這形成成本與信任假設之間的取捨。

Validium 可能因為向基礎鏈發布較少資料，而提供更低手續費與更高吞吐量。

不過，若鏈下資料提供者扣留資料，使用者可能面臨更高的資料可用性風險。

ZK-Rollup 通常可提供更強的最小信任保障，因為其資料可用性模型更接近結算層。

這項區別很重要，因為部分專案使用相似用語，實際上卻具有不同安全模型。

ZK-Rollup 的優勢

ZK-Rollup 的第一項主要優勢是較低的交易成本。

許多使用者可共同分攤一項批次證明及一次資料發布的成本。

第二項優勢是更高吞吐量。

ZK-Rollup 可在鏈下處理大量交易，而非要求基礎鏈分別執行每筆交易。

第三項優勢是強大的加密驗證。

由於驗證器合約會檢查有效性證明，無效批次應會遭到拒絕。

第四項優勢是，相較於仰賴長挑戰期的系統，它能提供更快的最終性。

有效性證明一旦完成驗證，狀態更新即可被接受。

第五項優勢是更佳的使用者體驗。

較低手續費及更快交易可讓錢包、遊戲、支付、NFT 應用程式及去中心化金融工具更容易使用。

第六項優勢是為開發者帶來更好的擴展性。

應用程式可服務更多使用者，而不僅依賴昂貴的基礎層執行。

第七項優勢是可相容於模組化區塊鏈的未來。

ZK-Rollup 可在加密貨幣技術堆疊的不同層中，結合執行、結算、證明及資料可用性。

ZK-Rollup 的限制

ZK-Rollup 的第一項限制是技術複雜性。

建立證明產生器、驗證器合約、電路、節點、跨鏈橋及 Rollup 執行系統，需要進階工程技術。

第二項限制是證明產生成本。

建立有效性證明可能需要專用軟體、硬體及最佳化。

第三項限制是排序器中心化。

許多 Rollup 為了效能及營運簡便，起初會採用中心化或半中心化排序器。

第四項限制是跨鏈橋風險。

使用者通常透過跨鏈橋合約在基礎鏈與 Rollup 間移動資產，而跨鏈橋設計可能造成嚴重的安全曝險。

第五項限制是升級風險。

部分 Rollup 在系統成熟前，會使用管理員金鑰、安全委員會、緊急控制或升級權限。

第六項限制是資料可用性風險。

若使用者無法存取所需資料，可能難以驗證 Rollup 狀態或安全退出。

第七項限制是使用者混淆。

部分使用者以為「ZK」代表完整隱私，但許多 ZK-Rollup 主要將零知識證明用於擴展性及有效性，而非隱藏所有交易細節。

使用 ZK-Rollup 前應詢問的安全問題

使用者應詢問有效性證明是否已正式啟用，且是否為狀態更新所必需。

使用者應詢問交易資料是否發布至基礎鏈、Blob 或其他資料可用性層。

使用者應詢問由誰控制排序器。

使用者應詢問若排序器離線，是否能強制提交交易或提領。

使用者應詢問跨鏈橋合約是否已接受稽核。

使用者應詢問升級是否設有延遲機制，使使用者有時間退出。

使用者應詢問緊急委員會或管理員金鑰是否能暫停系統。

使用者應詢問證明產生是中心化還是分散式進行。

使用者應詢問該 Rollup 是否提供清楚的公開風險文件。

L2BEAT 的Rollup 風險框架說明，Rollup 會發布狀態承諾，並透過有效性證明或基於挑戰的機制驗證。

L2BEAT 的Stages 框架也能依去中心化及最小信任里程碑，協助使用者了解 Rollup 的成熟程度。

這些檢查很重要，因為 ZK-Rollup 雖可使用強大的密碼學技術，但仍可能存在營運、治理或跨鏈橋風險。

ZK-Rollup 與智能合約

早期 ZK-Rollup 較容易針對代幣轉帳及基本兌換等簡單操作建立。

通用智能合約較困難，因為複雜執行必須在證明系統內呈現。

這正是 zkEVM 技術變得重要之處。

zkEVM 是零知識 Ethereum 虛擬機器，旨在證明 Ethereum 式智能合約執行。

這可協助開發者使用熟悉的智能合約模式，同時透過 ZK-Rollup 獲得較低成本的執行。

不過，zkEVM 設計很困難，因為系統必須證明帳戶變更、儲存更新、合約呼叫、記憶體操作及許多執行規則。

對使用者而言，以 zkEVM 為基礎的 Rollup 可更像一般智能合約網路。

對開發者而言，它們可降低遷移阻力，並支援較熟悉的工具。

對更廣泛的加密貨幣市場而言，zkEVM 的發展有助於讓 ZK-Rollup 在簡單支付以外變得更實用。

ZK-Rollup 與隱私

ZK-Rollup 使用零知識證明技術，但不會自動具備隱私性。

許多 ZK-Rollup 使用證明來證明交易正確性，而非隱藏交易細節。

依設計而定，ZK-Rollup 上的交易仍可能顯示發送方地址、接收方地址、金額、合約呼叫或其他中繼資料。

除了使用有效性證明外，隱私還需要額外的設計選擇。

以隱私為重點的系統可使用零知識證明，在證明交易遵守規則的同時隱藏特定細節。

以擴展性為重點的 ZK-Rollup 可能公開發布交易資料，僅使用證明降低驗證成本。

使用者應一律確認哪些資訊公開、哪些資訊隱藏。

不應將「ZK」一詞視為匿名性的承諾。

ZK-Rollup 的常見應用情境

支付是 ZK-Rollup 的主要應用情境，因為使用者需要快速且低成本的轉帳。

去中心化金融是另一項主要應用，因為在繁忙的基礎鏈上，兌換、入金、提領、強制平倉及倉位更新可能變得昂貴。

區塊鏈遊戲可受惠於 ZK-Rollup，因為遊戲可能需要大量小額資產移動及頻繁的狀態變更。

NFT 平台可使用 ZK-Rollup 降低鑄造、轉移及與市場互動的成本。

社交應用程式可使用 ZK-Rollup 處理貼文、追蹤、徽章及聲譽更新等高交易量操作。

代幣化資產平台可使用 ZK-Rollup，結合較低成本與可驗證結算。

身分應用程式可使用零知識證明支援選擇性揭露及保障隱私的驗證。

企業區塊鏈系統可使用 ZK-Rollup 支援可稽核性、效率及自訂商業邏輯。

用簡單方式理解 ZK-Rollup

ZK-Rollup 就像一名收銀員，在主要帳簿之外處理數百張收據，然後向記帳人提供一份可信證明，證明所有收據均已正確處理。

記帳人不需要逐一檢查每張收據。

記帳人只需要驗證該證明。

以區塊鏈術語來說，Rollup 會在鏈下處理大量交易。

接著，它會向基礎鏈提交有效性證明。

基礎鏈會檢查證明，若證明有效便接受結果。

這讓區塊鏈活動更快、更便宜，同時仍保有與基礎層安全性的連結。

這也是 ZK-Rollup 被視為加密貨幣最重要擴容技術之一的原因。

常見問題

ZK-Rollup 是什麼意思？

ZK-Rollup 是一種 Layer 2 擴容方案，會將許多鏈下交易打包，並向基礎區塊鏈提交零知識有效性證明。

ZK-Rollup 與 zkRollup 相同嗎？

是，ZK-Rollup 與 zkRollup 通常意思相同，但 ZK-Rollup 是較正式的拼寫。

ZK-Rollup 與 zero-knowledge rollup 有何差異？

兩者沒有重大差異，因為 zero-knowledge rollup 是完整名稱，而 ZK-Rollup 是縮寫版本。

ZK-Rollup 與 ZK-Rollup-as-a-Service 有何差異？

ZK-Rollup 是擴容技術；ZK-Rollup-as-a-Service 則是用於推出及營運 ZK-Rollup 的代管基礎設施模式。

ZK-Rollup 具備隱私性嗎？

不一定，因為許多 ZK-Rollup 將零知識證明用於有效性與擴展性，而非完整交易隱私。

ZK-Rollup 為何較便宜？

ZK-Rollup 較便宜，是因為大量交易可共同分攤批次處理、證明驗證及資料發布的成本。

什麼是有效性證明？

有效性證明是一種加密證明，用於顯示一批交易或狀態更新已正確處理。

ZK-Rollup 最大的優勢是什麼？

最大優勢是 ZK-Rollup 可在維持強大、以證明為基礎的驗證下，提升區塊鏈擴展性。

ZK-Rollup 最大的風險是什麼？

主要風險包括跨鏈橋漏洞、中心化排序器、升級控制、對證明產生器的依賴，以及資料可用性問題。

ZK-Rollup 與 Optimistic Rollup 有何不同？

ZK-Rollup 透過有效性證明證明正確性；Optimistic Rollup 則通常假設正確，除非批次遭到挑戰。

ZK-Rollup 與 Validium 有何不同？

ZK-Rollup 通常透過基礎鏈或指定可用性層提供較強資料可用性；Validium 則將交易資料保留在鏈下。

ZK-Rollup 可以支援智能合約嗎？

可以，許多現代 ZK-Rollup 支援智能合約，尤其是透過旨在證明 Ethereum 式執行的 zkEVM 設計。

ZK-Rollup 會消除 Gas 費嗎？

不會，ZK-Rollup 不會消除 Gas 費，但可透過在大量交易間分攤成本來降低費用。

ZK-Rollup 為何對加密貨幣採用很重要？

ZK-Rollup 很重要，因為它可讓區塊鏈應用程式更快、更便宜，也更適合日常使用者。

結論

ZK-Rollup 是一種 Layer 2 擴容方案，可在鏈下處理交易，並透過零知識有效性證明證明其正確性。

它也常寫作 zkRollup 或 zero-knowledge rollup。

核心概念很簡單：在基礎鏈之外處理大量交易，再向基礎鏈證明結果有效。

這可協助區塊鏈提高吞吐量、降低費用，並支援更先進的應用程式，同時不犧牲強大的驗證能力。

ZK-Rollup 適用於支付、去中心化金融、遊戲、NFT、社交應用程式、身分系統及代幣化資產。

不過，使用者不應假設每個 ZK-Rollup 都完全去中心化、完全私密或毫無風險。

ZK-Rollup 的實際安全性取決於證明驗證、資料可用性、跨鏈橋設計、排序器控制、證明產生器可靠性、升級權限及退出權利。

就 SEO 與詞彙表結構而言，ZK-Rollup 是最佳主要術語，而 zkRollup 與 zero-knowledge rollup 可視為自然的拼寫變體。

隨著加密貨幣持續擴展，ZK-Rollup 很可能仍將是讓區塊鏈網路更快、更便宜，且更適合主流採用的最重要技術之一。