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title: "什么是零知识 Rollups（ZK-Rollups）？"
description: "了解 ZK-Rollups，一种快速发展的 L2 设计。了解它们如何降低成本、实现即时最终性并提升安全性。"
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# 什么是零知识 Rollups（ZK-Rollups）？

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区块链的空间是有限的，随着越来越多用户上链，企业开始寻找方式来降低交易成本和链上占用。有些企业在 L1 层面进行优化，有些则干脆推出新的 L1（Stripe 就是一个例子）。有些企业在 L2 上构建以降低 L1 成本，还有一些则推出自己的 L2（[World 就是一个例子](https://www.alchemy.com/case-studies/world-onchain-performance)）。

在 L2 的版图中，目前流行的 L2 设计有多种，各自有不同的权衡取舍。其中一种越来越流行的设计是 Rollups，主要分为两类：[optimistic rollups](https://www.alchemy.com/overviews/optimistic-rollups) 和 zero-knowledge rollups。本文将介绍关于后者你需要了解的一切。

无论你是要为自己的应用选择合适扩容方案的开发者，还是只是想了解一下这个市场格局，本指南都会用通俗易懂的语言，讲清楚关于 ZK-rollups 你需要知道的一切。

## 太长不看版：2025 年的 ZK-rollups

- **ZK-rollups** 在链下打包交易，并使用零知识证明证明其有效性。这些打包好的交易随后会被广播上链。
- **市场动态**：目前 Rollups 市场以 optimistic 设计为主（如 Optimism 和 Arbitrum），但随着 ZK 技术的成熟，这种格局可能会开始发生变化。
- **核心优势**：ZK-rollups 提供即时最终性（不像 optimistic rollups 那样有 7 天的提款延迟）。
- **主要参与者**：Matter Labs（[zkSync](https://www.alchemy.com/overviews/what-is-zksync-era) 框架的创建者）、Starknet、Polygon Labs（Polygon zkEVM 的运营方）和 Scroll（运营 Scroll zkEVM）是 zkEVM 赛道的领先团队。此外，RISC Zero 和 OP Succinct 等团队正在通过将 ZK 证明集成到 Optimism 的 OP Stack 等现有框架中，扩大 ZK 证明的应用范围。
- **适用场景**：ZK-rollups 非常适合游戏、DeFi 以及其他需要快速结算和隐私保护的应用。

## ZK-rollups 到底是什么？

**零知识 rollup（ZK-rollup）**是一种 Layer 2 扩容方案，它在主 Layer 1 链（例如 Ethereum）之外执行交易，然后将一个加密证明（而非原始交易数据）提交回 L1 进行验证。

可以这样理解：与其把整份数学作业交给老师来证明你答对了，不如提供一个数学证明，证明你正确地解出了这道题，而不用展示你的解题过程。这就是"零知识"的含义：在不暴露细节的情况下证明答案/数据的有效性。

### ZK-rollup 的核心组成部分

每个 ZK-rollup 系统都有几个核心组成部分：

1. **链上合约**（在 Ethereum 上）：L1 上有两个合约。一个是**主合约**，用于存储 rollup 区块并跟踪状态更新；另一个是**验证者合约**，用于验证零知识证明。
1. **链下虚拟机：**该虚拟机管理 rollup 的状态并执行交易，同时为批量交易生成有效性证明。该虚拟机由被称为"sequencer"的操作者运行，负责对用户交易进行排序和处理。
1. **有效性证明：**这些证明是链下计算正确性的加密证据。这类证明主要有两种形式：zk-SNARKs 或 zk-STARKs。

## ZK-rollups 是如何运作的？

从高层次来看，Rollups（无论是 optimistic 还是 ZK）通过把大量交易合并成一笔在 [Ethereum 主网](https://www.alchemy.com/rpc/ethereum)（或该 rollup 所构建于其上的任何 L1）上挖出的交易，实现更便宜的交易和更好的链上扩容能力。ZK-rollups 的特别之处在于它们加入了加密证明（零知识有效性证明），以保证这些交易的正确性，从而降低信任假设，并可以实现比 optimistic rollups 更快的最终性。

这笔单一交易的形式是一个有效性证明，也就是所谓的简洁非交互式知识论证（SNARK）或简洁透明知识论证（STARK）。

[SNARKs 和 STARKs](https://github.com/matter-labs/awesome-zero-knowledge-proofs) 的概念与加密交易哈希是一样的。尽管一笔典型的 Ethereum 交易包含许多组成部分，但它们都可以用一个唯一的交易哈希来表示，而不必透露交易数据，如下例所示。‍

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一笔来自 [Etherscan](https://etherscan.io/tx/0x40a453611aea7f3ff915210ab691a3a9ba7dc4170ff372d4eb48f6f0f824801b) 的交易截图。

归根结底，挖出这一笔交易，而不是数百笔 Ethereum 交易，正是 ZK-rollups 比直接使用 Ethereum 的 Layer 1 链便宜得多的原因。

让我们来看一下一笔典型的 ZK-rollup 交易流程，从而更好地理解这些 rollups 是如何运作的：

### 第一步：交易提交

用户向 ZK-rollup 操作者（称为 sequencer）提交一笔交易。该交易的执行发生在 Layer 2 网络的链下。

### 第二步：批量处理

操作者收集成百上千笔交易，按顺序执行它们，并将它们打包成一个批次，形成该 rollup 状态的最新版本。

### 第三步：生成证明

操作者随后生成一个有效性证明——一个数学化的保证，证明：

- 批次中的所有交易都是有效的
- 新的状态根是正确的
- 该批次的所有交易中都没有发生双花或其他欺诈行为

### 第四步：链上验证

该 rollup 当前的最终状态（截至最新已打包的交易）及相应的有效性证明会被提交到 Ethereum，或该 rollup 所构建于其上的任何 L1 链。验证者合约会在几毫秒内检查该证明，并接受或拒绝整个批次。

### 第五步：最终性

一旦 Ethereum 接受该证明，该批次中的所有交易即为最终状态。没有等待期，没有欺诈挑战期。只是即时结算。

## ZK-rollups 与 optimistic rollups：真正的区别

正如我们在引言中提到的，目前市场上主要有两种 Rollups。那么上文描述的 ZK-rollup 与 optimistic rollups 有什么区别呢？

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### 为什么 ZK-rollups 正在获得越来越多的关注

**即时最终性**是最关键的优势。在 Arbitrum 或 Optimism 等 optimistic rollups 中，将资金提取到 Ethereum 需要经过 7 天的挑战期。ZK-rollups 则完全消除了这个问题——一旦证明在 Ethereum 上完成验证，你的资金立即可用。

**通过数学而非经济激励实现更强的安全性**。Optimistic rollups 依赖验证者和经济激励来发现欺诈行为，而 ZK-rollups 则使欺诈在数学上变得不可能。

**隐私潜力：**虽然目前大多数 ZK-rollups 并未充分利用其设计所承诺的隐私能力（ZK 技术目前仍处于前沿探索阶段，仍在不断完善），但这一底层技术能够实现私密交易——这是 optimistic rollups 所无法提供的。

## 不断演进的 ZK 扩容版图

早期的讨论通常聚焦于开发者体验是 ZK-rollup 采用的最大障碍。早期的实现方案要求学习新的编程语言（如 Starknet 的 Cairo），或者需要应对有限的智能合约功能。

**zkEVMs 解决了这个问题**，它们在零知识环境中重建了 Ethereum 虚拟机，使开发者能够以最小的改动甚至无需改动即可部署现有的 [Solidity](https://www.alchemy.com/overviews/solidity) 合约。随着时间推移，**RISC Zero** 和 **OP Succinct** 等团队正在将 ZK 证明直接集成到 Optimism 的 OP Stack 等现有技术栈中，而这些技术栈本身已经具备很强的 EVM 兼容性。最终，zkEVMs 取得了显著进展，各个项目也在持续提升与 EVM 的等价程度。

## zkEVM 兼容性谱系

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目前大多数项目正在向 Type 2 靠拢，因为它在兼容性和性能之间提供了最佳平衡。

## 2025 年主要的 ZK-rollup 参与者

### Polygon zkEVM——一个流行 L2 的 ZK rollup

- **TVL**：$330M\+
- **方案**：Type-2 zkEVM（接近完美的 EVM 等价性）
- **证明系统**：PLONK
- **突出特点**：从 Ethereum 迁移最为便捷
- **应用场景**：寻求熟悉开发环境的 DeFi 协议

### Linea——ConsenSys 面向企业的 zkEVM

- **TVL**：$840M\+
- **方案**：以企业应用为重点的 Type-2 zkEVM
- **证明系统**：基于格密码学的 PLONK
- **突出特点**：与 ConsenSys 生态集成，与 [MetaMask](https://www.alchemy.com/dapps/metamask) 无缝集成
- **应用场景**：企业级 DeFi、机构应用

### zkSync Era——一位 ZK 先驱

- **TVL**：$280M\+
- **方案**：使用自定义 zkEVM 实现 EVM 兼容
- **证明系统**：PLONK（zk-SNARKs）
- **突出特点**：原生账户抽象和无 Gas 交易
- **应用场景**：[Yearn Finance](https://www.alchemy.com/dapps/yearn)、FRAX 等 DeFi 协议

### StarkNet——以 Cairo 为核心的体验

- **TVL**：$275M\+
- **方案**：使用 Cairo 编程语言的自定义虚拟机
- **证明系统**：zk-STARKs（抗量子）
- **突出特点**：最高的吞吐量潜力
- **应用场景**：[dYdX](https://www.alchemy.com/dapps/dydx)（永续合约交易）、ImmutableX（NFT 游戏）

### Scroll——与 Ethereum 基金会的合作

- **TVL：**$180M\+
- **状态**：近期已上线主网
- **方案**：注重安全性的 Type-2 zkEVM
- **证明系统**：PLONK
- **突出特点**：与 Ethereum 基金会隐私团队共同构建
- **应用场景**：安全优先的应用

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## 在 ZK-rollups 上进行开发：开发者需要考虑的问题

### 何时选择 ZK-rollups

✅ **你的应用需要即时最终性**（交易、游戏、实时应用）
✅ **交易量大但单笔价值较小**（微支付、社交应用）
✅ **安全性至关重要**（金融应用、高价值资产）
✅ **未来的隐私功能很重要**（合规 DeFi、企业应用）

### 何时坚持使用 optimistic rollups

✅ **你现在就需要完美的 EVM 兼容性**（复杂的 DeFi 协议）
✅ **开发速度比最优性能更重要**（快速原型开发）
✅ **你的用户主要是存入资金，很少提取**（长期质押、流动性提供）

### 开始上手：部署指南

大多数 zkEVMs 都支持 Hardhat、Foundry 和 MetaMask 等标准工具，只需极少的配置调整。

## 接下来会发生什么：ZK-rollup 的发展路线图

### 值得关注的 2025 年发展动态

- **zkEVM 的成熟**：Type-1 zkEVMs 正实现生产就绪
- **共享排序器**：跨多个 ZK 链的去中心化区块生产
- **ZK 桥**：不同 ZK-rollup 网络之间的原生互操作性
- **隐私功能**：真正实现合规隐私所需的零知识交易

### 弹性链的未来

zkSync 提出的"弹性链"愿景——一个由相互连接的 ZK rollups 组成的网络——很可能代表着区块链扩容的未来方向。我们正从彼此竞争、相互孤立的链，转向一个统一的生态系统，在这个生态系统中：

- **链间原生互操作性**消除了跨链桥的风险
- **流动性在整个网络中共享**
- **模块化扩容**，可根据需要添加新链

## 为什么 ZK-rollups 对你的项目至关重要

ZK-rollups 不仅仅是另一种扩容方案——它们有可能成为下一代区块链应用的基础。虽然 optimistic rollups 凭借其简洁性主导了早期的 Layer 2 时代，但 ZK-rollups 正在迅速缩小开发者体验方面的差距，同时在许多应用场景中提供更优越的特性。

如果你正在构建一个需要即时最终性、高交易吞吐量或潜在隐私功能的应用，ZK-rollups 应该被列入你评估清单的首位。开发者工具链终于成熟到可以用于生产环境，生态系统的激励机制也正在向 ZK 优先的开发方式靠拢。

**准备好开始构建了吗？** ZK-rollup 生态系统正在快速演进，但核心技术已经具备生产就绪的成熟度。无论你选择哪种 ZK 技术栈，Alchemy 都为其中大多数提供产品支持。完整的支持链列表，请参阅我们的[链目录](https://www.alchemy.com/rpc)。

## 想要推出自己的 rollup？

Alchemy 的 Rollup as a Service 平台让你可以轻松部署自定义 ZK-rollup 网络，并获得企业级的基础设施和开发者工具。[点击此处了解更多](https://www.alchemy.com/rollups)。

## 常见问题

### 什么是零知识 rollups（ZK-rollups）？

ZK-rollups 是一种 Layer 2 扩容方案，它在链下执行交易，然后将加密证明提交回 Layer 1 进行验证，从而在不暴露交易细节的情况下，实现更便宜的交易和更好的扩容能力。

### ZK-rollups 与 optimistic rollups 有什么区别？

ZK-rollups 使用有效性证明立即保证交易的正确性，而 optimistic rollups 默认交易有效，并要求提款经过 7 天的挑战期。ZK-rollups 提供即时最终性，而 optimistic rollups 则依赖经济激励来发现欺诈行为。

### ZK-rollup 交易是如何运作的？

用户将交易提交给 sequencer，后者将成百上千笔交易打包在一起，生成一个有效性证明，并将其提交给 Ethereum。一旦该证明在链上完成验证，该批次中的所有交易即刻成为最终状态。

### ZK-rollups 中的有效性证明是什么？

有效性证明是一种加密证据（zk-SNARKs 或 zk-STARKs），用于确认链下计算是正确的。其原理类似于交易哈希，能够用一个唯一的证明表示所有交易数据，而不必透露具体细节。

### 2025 年主要的 ZK-rollup 项目有哪些？

主要参与者包括 Polygon zkEVM（TVL $330M+）、Linea（TVL $840M+）、zkSync Era（TVL $280M+）、Starknet（TVL $275M+）和 Scroll（TVL $180M+），它们在 EVM 兼容性和证明系统方面各自采用了不同的方案。

### 什么是 zkEVM？

zkEVM 在零知识环境中重建了 Ethereum 虚拟机，使开发者能够以最小的改动甚至无需改动即可部署现有的 Solidity 合约，解决了 ZK-rollups 早期在开发者体验方面面临的挑战。

### 什么时候应该选择在 ZK-rollup 而不是 optimistic rollup 上进行开发？

当你的应用需要即时最终性、需要处理小额度的大量交易、需要较强的安全性，或者可能需要未来的隐私功能（例如交易、游戏或实时应用）时，可以选择 ZK-rollups。

### ZK-rollups 安全吗？

是的，ZK-rollups 通过加密证明而非依赖经济激励，使欺诈在数学上变得不可能，从而在继承基础层共识安全性的同时提供了更强的安全保障。