以太坊的zk-Rollups是什么？它如何实现隐私和扩容？

以太坊zk-Rollups（零知识汇总）是以太坊核心的Layer 2扩容解决方案，其核心机制是将大量交易在链下集中处理，仅向主链提交压缩后的交易数据和零知识证明以验证正确性。这项技术最早由Barry Whitehat于2018年提出原型，现已成为以太坊官方优先推进的扩容方向，同时通过零知识证明技术实现了隐私保护功能。

核心定义与技术架构

核心定义

zk-Rollups本质是一种"链下计算、链上验证"的Layer 2协议。它通过将成百上千笔交易聚合为一个批次，在链下完成计算和状态更新后，仅将交易数据的压缩版本（通过Calldata技术压缩至原体积的约1/100）和零知识证明提交至以太坊主链。主链无需重复计算交易，只需验证证明有效性即可确认交易正确，从而大幅提升效率。

技术架构特征

双合约结构是zk-Rollups的基础框架：主合约负责管理用户资金池和存储状态根（State Root），记录链下交易导致的账户状态变化；验证者合约则专门校验零知识证明（主流采用ZK-SNARKs或ZK-STARKs算法）的有效性，确保链下计算未被篡改。

安全层面，zk-Rollups通过数学证明确保交易正确性，无需依赖第三方验证者的诚信（对比Optimistic Rollups的欺诈证明机制），因此安全性与主链直接挂钩。数据可用性方面，压缩后的交易数据上链确保了即使Layer 2节点故障，用户仍可通过主链数据恢复资产。

扩容实现机制

zk-Rollups通过三大核心手段实现以太坊的扩容目标：

吞吐量提升

链下批量处理使吞吐量得到质的飞跃。实测数据显示，2025年StarkNet已实现4200 TPS，zkSync Era达3500 TPS，远超以太坊主链约15-30 TPS的处理能力。理论上，通过ZK Stack架构（如CoinEx 2025年5月报告所示），zk-Rollups的长期目标是实现10万TPS，接近传统支付网络水平。

成本优化

交易数据压缩和链下计算显著降低了Gas费用。根据2025年8月数据，主网单笔转账费用约$15，而zk-Rollups可降至$0.03，降幅达99.8%。此外，BLS聚合签名技术的应用使每笔交易的验证成本进一步降低98%，使小额交易在以太坊上具备可行性。

实时结算

相比早期Layer 2方案7天的提现周期，zk-Rollups通过即时验证零知识证明，将提现速度缩短至12秒内（Gate 2025年8月分析），接近主链原生交易的确认效率，提升了用户体验。

隐私保护方案

zk-Rollups的隐私功能基于零知识证明的密码学特性，具体通过两类方案实现：

零知识证明的隐私应用

以Aztec Network为代表的加密ZK-Rollups，通过加密交易输入/输出金额、混合地址关联性，实现完全匿名交易。其技术设计可防御链上分析工具（如Nansen的地址聚类算法）的追踪，切断交易与用户身份的关联。Aztec 2025年实测TPS为1200，虽低于纯扩容型项目，但隐私功能使其成为注重匿名性用户的首选。

可扩展隐私协议

StarkWare的SHARP协议则支持跨DApp的隐私共享，在DeFi场景中落地了多项创新：如升级版Tornado Cash可隐藏交易金额，Aave的ZK版本能保密借贷和清算记录。这类模块化隐私方案允许开发者根据需求灵活启用隐私功能，平衡隐私与效率。

最新进展与生态现状

技术突破

2025年Q3，zk-Rollups迎来硬件与协议层的双重升级：英伟达推出专用ZK-Prover GPU（H100-ZK型号），使零知识证明生成速度提升5倍；EIP-4844分片方案与zk-Rollups深度融合，数据存储成本再降40%，进一步释放扩容潜力。

生态扩展

机构与监管的认可加速了zk-Rollups的落地：贝莱德、富达等12家传统金融机构已部署zk-Rollups节点，美国SEC则将零知识证明纳入《数字资产合规白皮书V3.0》，为合规应用铺路。开发者工具也日趋成熟，Solidity编译器已支持ZK-Gas费用估算插件，降低了开发门槛。

头部项目呈现差异化发展：zkSync Era和Scroll专注扩容与EVM完全兼容，TVL分别达120亿和60亿美元；StarkNet侧重模块化功能，支持部分隐私特性；Aztec则以完全匿名为核心竞争力，成为隐私交易的标杆。

zk-Rollups通过"数学证明 链下计算"的创新模式，同时解决了以太坊的扩容瓶颈与隐私需求，成为Layer 2赛道的核心技术路线。随着硬件加速、协议优化和生态扩张的推进，其有望在未来2-3年内成为以太坊主流的交易承载层。

关键词标签：zk-Rollups,零知识证明,以太坊,Layer 2,扩容