ZK Rollup 是什么 - 通过数学而非信任扩展以太坊

关于 ZK Rollup 的基本认识在于：它们是唯一一种通过数学证明正确性而非假设信任的 Layer 2 扩展方案。乐观 Rollup 说“相信我们，这些交易是有效的（你也可以自行验证）”，而 ZK Rollup 则是“这里有加密证明，显示这些交易是有效的，由纯数学验证”。没有信任假设，没有7天的提现延迟，也不需要担心有人可能会发现欺诈。只有数学。

如果这听起来好得令人不敢相信，确实有个小问题——这种技术复杂到令人难以置信。生成零知识证明在加密学上是非常昂贵的，需要专用硬件，并且将其实现为以太坊执行环境是加密学中的最大工程挑战之一。这就是为什么 ZK Rollup 比乐观 Rollup 推出晚了2年以上。

但 zkSync Era、Polygon zkEVM、Scroll 和 StarkNet 现在都已上线，每天处理几十万次交易，且总锁定价值达到数十亿美元。提现只需几个小时，而不是7天。安全性是基于加密而非假设。甚至以太坊创始人 Vitalik Buterin 也表示，从长远来看，ZK Rollup 是终极解决方案。

快速解答 - ZK Rollup 是什么？

ZK Rollup 是一种 Layer 2 扩展方案，在链下执行成千上万次交易后，生成加密证明，展示这些交易根据协议规则正确执行。这些证明使用零知识加密（zk-SNARKs 或 zk-STARKs）创建，使以太坊验证器只需通过检查一个简洁的证明即可验证数千次交易。

这个证明通过数学确定性确认正确性，只需依赖加密本身，不需要信任假设。ZK Rollup 仅向以太坊提交最少的交易数据（仅状态差异），比乐观 Rollup 提交完整压缩的回调数据成本更低。提现在1到24小时内完成，而乐观 Rollup 需要7天挑战期。

主要实现包括 zkSync Era（约6亿美元 TVL）、Polygon zkEVM（约4亿美元 TVL）、StarkNet（约10亿美元 TVL，基于 STARK 的自定义 Cairo 语言）和 Scroll（约3亿美元 TVL）。该技术提供了更高的安全性（纯数学 vs 欺诈证明假设）、更快的提现速度和可能更低的长期成本。

为什么 ZK Rollup 很重要

以太坊的扩展问题：15-30 TPS，拥堵期间费用为 5-50 美元。ZK Rollup 通过数学解决这个问题，而非博弈论。

加密安全 - 你可以信任的数学

乐观 Rollup 依赖“1-中的-N 诚实验证器”假设，这可能没问题，但没有数学上的保证。ZK Rollup 完全消除了信任。每个批次都包括正确执行的加密证明。证明要么有效要么无效，没有灰色地带，没有经济激励，只有加密技术。

提现时间优势

乐观 Rollup 需要 7 天的提现延迟来进行挑战。ZK Rollup 因为一开始就证明了有效性，所以在几个小时内完成。将 10000 美元从 Arbitrum 转出，需要等待 7 天或支付 30-50 美元的快速桥接费用。而从 zkSync Era 转出，等待 3-12 小时并只需支付几分钱。

通过数据压缩提升成本效率

ZK Rollup 发布的数据比乐观 Rollup 更少。乐观 Rollup 发布的是欺诈证明的完整压缩交易数据。ZK Rollup 仅发布状态差异加上简洁的有效性证明，上链数据减少 5-10 倍。随着以太坊实施数据分片，ZK Rollup 得益更多。长期来看，每笔交易费用为 0.001-0.01 美元，而乐观 Rollup 为 0.05-0.20 美元。

ZK Rollup 如何运作

零知识证明 - 加密基础

零知识证明可以在不透露超出声明真实性的信息情况下证明声明为真。在区块链中：证明“我正确执行了 10000 次交易，结果状态为 X”而不泄露细节。以太坊验证该证明（成本低）而不重新执行交易（成本高）。

zk-SNARKs vs zk-STARKs - 两种证明系统

SNARKs（简洁非交互式知识论证）生成小型证明（约 200-300 字节），使用椭圆曲线密码学在毫秒内验证。被 zkSync Era、Polygon zkEVM、Scroll 采用。优点：证明体积小，验证速度快。缺点：需要可信设置，易受到量子计算攻击。

STARKs（可扩展透明知识论证）使用基于哈希的密码学，生成较大证明（10-100 KB），具有更高的安全性。被 StarkNet 和 ImmutableX 采用。优点：无需可信设置，抗量子。缺点：证明体积大，验证成本高。

zkEVM 挑战

最难的是在零知识证明友好的方式中实现以太坊的 EVM。EVM 的设计是为了执行效率，而非证明生成。诸如 KECCAK-256 哈希等操作会导致巨大的电路，验证成本极高。

zkEVM 谱系（Vitalik 的分类）：

• 类型 1： 完全以太坊等效（非常慢）
• 类型 2： 经优化的 EVM 等效（Polygon zkEVM，Scroll）
• 类型 3： 删除部分预编译的 EVM 等效（zkSync Era）
• 类型 4： 高级语言等效（自定义编译器）

业界正向类型2努力前进。Polygon zkEVM 和 Scroll 领先，持续改进缩短证明生成时间。

证明生成和验证

证明生成成本昂贵。一个 1000-10000 次交易的批次，需要在专用硬件上执行 30-120 秒。

流程：排序器收集交易，执行，转换执行轨迹为数学电路，运行ZK 证明算法，将证明和状态差异发布到以太坊。以太坊智能合约验证证明（约 200-500K gas）。

整个过程：10 分钟到 2 小时。以太坊验证器验证一个简洁的证明而非重新执行数千次交易。验证成本每批次约 10-30 美元，每笔交易摊销到 0.001-0.003 美元。

主要 ZK Rollup 项目

四个主导项目：zkSync Era（~6亿美元 TVL，zk-SNARKs，自定义编译器，账户抽象），Polygon zkEVM（~4亿美元 TVL，类型2 EVM 等效），Scroll（~3亿美元 TVL，与以太坊对齐，开源），StarkNet（~10亿美元 TVL，zk-STARKs，自定义 Cairo VM，量子抗性）。

应用：SyncSwap 和 Mute（zkSync Era），QuickSwap（Polygon zkEVM），Ekubo 和 Nostra（StarkNet）。Immutable 使用 StarkEx 游戏平台，费用低。

限制和挑战

证明生成需要专用硬件。大多数 ZK Rollup 使用中心化的证明者，可实施审查（但不能窃取）。时间表：2025-2027 实现去中心化证明。ZK 系统加密复杂，审计员较少，需通过广泛审计和漏洞奖励计划来减轻。

ZK Rollup 比乐观 Rollup 推出晚2年以上。Arbitrum 拥有约 30 亿美元 TVL 而 zkSync Era 仅有约 6 亿美元。要克服网络效应需要时间和有竞争力的优势。

ZK Rollup 的未来

未来 2-3 年：zkEVM 达到类型2等效，并达到实用性能。里程碑包括：亚分钟级证明生成，完美的 EVM 等效，去中心化证明者，以及通过硬件加速降低成本。

Proto-Danksharding（2024年3月推出）和完整的 Danksharding（2025-2026年）将大幅降低成本。ZK Rollup 可以实现每笔交易 0.001-0.01 美元，使微交易可行。

随着 ZK 的成熟性，隐私应用将出现，包括保密 DeFi、企业交易、合规应用。到2028-2030年，ZK Rollup 可能会主导以太坊扩展。

常见问题

** zk-SNARKs 和 zk-STARKs 的区别是什么？** SNARKs 使用椭圆曲线生成小证明（约200字节），验证迅速，但需可信设置，并易受量子攻击。由 zkSync Era、Polygon zkEVM、Scroll 使用。STARKs 使用哈希函数生成较大证明，不需可信设置，抗量子，但验证成本更高。StarkNet 使用。

提现为什么需要几个小时？ 证明生成需要 10分钟到2小时。Rollup 须生成您的余额加密证明，提交到以太坊，并等待验证。尽管如此，仍比乐观 Rollup 的7天阶段快速得多。

ZK Rollup 更安全吗？ 是的，从数学上来说。ZK Rollup 通过加密数学确定性证明有效性。乐观 Rollup 假定有效性并依赖欺诈证明，需至少一个诚实验证器监督。

ZK Rollup 会取代乐观 Rollup 吗？ 有可能，但不会立刻实现。ZK Rollup 性能更优，但乐观 Rollup 生态系统更大，技术更成熟。现实时间表：ZK 到2025-2027年技术上更优，到 2027-2030年生态系统迁移。

参考资料

1. Vitalik Buterin - "ZK-EVM 的不同类型" (2022, 2024更新) - https://vitalik.eth.limo/general/2022/08/04/zkevm.html - 以太坊创始人对 zkEVM 的权威分类和分析
2. zkSync Era 文档 - "协议规范" - https://docs.zksync.io/build/developer-reference/ethereum-differences - 综合的 zkEVM 实施细节和 EVM 差异
3. Polygon zkEVM 技术文档 - https://wiki.polygon.technology/docs/zkevm/ - 类型2 zkEVM 架构和证明生成系统
4. Scroll 文档 - "架构概述" - https://docs.scroll.io/en/technology/ - 字节码级别的 zkEVM 实现方法
5. StarkNet 文档 - "架构" - https://docs.starknet.io/documentation/architecture_and_concepts/ - 主打 STARK 的 ZK Rollup，包含 Cairo VM
6. L2Beat - "ZK Rollup 风险分析" - https://l2beat.com/ - ZK Rollup 安全性、TVL和技术成熟度的独立验证
7. Matter Labs - "zkSync Era：深入探讨" (2024) - https://era.zksync.io/ - 账户抽象，超链愿景和 ZK 扩展路线图
8. Starkware - "STARKs vs SNARKs" - https://starkware.co/stark/ - ZK 证明系统和加密权衡细致比较
9. 以太坊基金会 - "零知识 Rollup" - https://ethereum.org/en/developers/docs/scaling/zk-rollups/ - 以太坊对 ZK 扩展技术的官方概述
10. Dune Analytics - "ZK Rollup 生态系统仪表板" (2025) - https://dune.com/ - 实时 zkSync Era, Polygon zkEVM, Scroll, StarkNet 交易量, TVL 和采纳指标