Was sind ZK-Rollups? Die Evolution der Rollup-Technologie

Einführung

Die Blockchain hat sich in den letzten Jahren als entscheidende Technologie etabliert und definiert den Austausch von Werten und Informationen im digitalen Kontext neu. Dennoch sind mit neuen Plattformen wie Ethereum Probleme der Skalierbarkeit und der Anzahl der verarbeiteten Transaktionen pro Sekunde aufgetreten. Hier kommen Lösungen wie Layer-2, insbesondere ZK-Rollups, als perfekte Lösung für das gegebene Szenario ins Spiel.

Dieser Artikel beschreibt die Rolle von ZK-Rollups, die Entwicklung der Rollup-Technologie und die Zukunft von Ethereum Layer-2s und Rollups. Er betont deren Möglichkeit, Layer-1-Transaktionsvolumen zu übertreffen sowie ihre Skalierbarkeit und Geschwindigkeit in Blockchain-Anwendungsfällen.

Was sind ZK-Rollups

Ein ZK-Rollup ist eine Layer-2-Skalierungsmethode, die Zero-Knowledge-Proofs (ZKPs) verwendet, um mehrere Transaktionen off-chain zu kombinieren und ihre Gültigkeit im Ethereum-Mainnet nachzuweisen. Diese Technik reduziert die Rechenbelastung der Basisschicht erheblich und ermöglicht eine höhere Transaktionskapazität bei geringeren Gas-Gebühren.

Zero-Knowledge-Proofs, insbesondere zk-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge), bilden die Grundlage von ZK-Rollups. Diese kryptographischen Ansätze ermöglichen es dem Beweisführer, dem Prüfer die Wahrheit einer Aussage zu demonstrieren, ohne weitere Informationen außer der Gültigkeit der Aussage preiszugeben.

Im Rahmen von ZK-Rollups bedeutet dies, dass der Rollup-Betreiber die Gültigkeit einer Gruppe von Transaktionen nachweisen kann, ohne die spezifischen Details dieser Transaktionen dem Mainnet offenzulegen. Dies verbessert die Privatsphäre und reduziert die Datenmenge, die auf der Ethereum-Blockchain gespeichert werden muss.

Hauptkomponenten von ZK-Rollups:

• Zero-Knowledge-Proofs (ZKPs): In der Kryptographie sind dies Methoden, mit denen eine Partei (der Beweisführer) einer anderen Partei (dem Prüfer) beweisen kann, dass eine bestimmte Aussage wahr ist, ohne andere Informationen als die Tatsache preiszugeben, dass die Aussage tatsächlich wahr ist. Bei ZK-Rollups werden ZKPs eingesetzt, um die Integrität der Off-Chain-Transaktion zu überprüfen, ohne die Details der Transaktion auf der Blockchain offenzulegen.
• Rollup-Verträge: Auf Layer-1 speichern Smart Contracts den Status des Rollups und verifizieren die von den Layer-2-Betreibern gesendeten Beweise.
• Off-Chain-Berechnung: Der Großteil der Transaktionen wird off-chain durchgeführt, was den Druck auf die Layer-1-Blockchain verringert und die Effizienz von Layer-2 steigert.

Wie funktionieren ZK-Rollups?

ZK-Rollups funktionieren, indem sie eine große Anzahl von Transaktionen zu einem Batch bündeln und einen kryptographischen Beweis namens zk-SNARK vorlegen. Dieser Beweis überprüft alle betroffenen Transaktionen und bestätigt, dass keine Manipulationen im Post-State-Root enthalten sind. Auf diese Weise können ZK-Rollups Transaktionen mit einem viel höheren Durchsatz und definitiv günstiger verarbeiten im Vergleich zur direkten Ausführung auf Layer-1 .

Sicherheit und Effizienz

Die Vorteile von ZK-Rollups zeigen sich in ihrer Semantik: Sie nutzen die Sicherheit der Layer-1-Chain und verlagern gleichzeitig Berechnung und Status in eine besser skalierbare Umgebung. Dies trägt wiederum zum Gesamtdurchsatz der Transaktionen in der Smart-Contract-Umgebung bei, während wesentliche Merkmale der Zensurresistenz und minimales Vertrauen erhalten bleiben.

Evolution der Rollup-Technologie

1. Frühe Layer-2-Lösungen

Die Geschichte der Layer-2-Skalierungslösungen begann mit State Channels und Sidechains, die den Weg für aufkommende Blockchain-Skalierbarkeit ebneten. State Channels bieten eine Off-Chain-Umgebung für eine Reihe von Transaktionen, und die resultierenden Nettoänderungen werden auf die Blockchain gesetzt. Sidechains hingegen sind andere Blockchains, die über einen bidirektionalen Peg mit der Hauptblockchain verbunden sind, was bedeutet, dass sie von der Hauptblockchain getrennt sind.

2. Einführung von Rollups

Layer-2-Rollups wurden zur verbesserten Nachfolgelösung des Layer-2-Ansatzes und bieten die Möglichkeit, mehrere Transaktionen gleichzeitig zu einem Batch zu packen und an die Hauptchain zu senden. Es gibt zwei Haupttypen von Rollups: Optimistic Rollups und ZK-Rollups. Optimistic Rollups gehen davon aus, dass alle Transaktionen legitim sind und führen Berechnungen nur bei Streitigkeiten durch, während ZK-Rollups rechnerisch verifizierte Transaktionen außerhalb der Hauptchain durchführen und den Beweis an die Hauptchain senden.

3. Fortschritte in der ZK-Rollup-Technologie

Die neuesten Trends in der ZK-Rollup-Entwicklung beinhalten die Steigerung ihrer Leistung, Sicherheitsniveaus und Kompatibilität mit anderen Systemen. Zum Beispiel arbeiten ZK-Rollups mit sofortigen Abhebungen, im Gegensatz zu Optimistic Rollups, die Zeit für Abhebungen benötigen, um Schlichtung zu ermöglichen. Außerdem bieten ZK-Rollups wahrscheinlich bessere Privatsphäre, da sie zusätzliche Informationen über die Off-Chain-Transaktionen speichern. Dennoch sind zk-SNARKs-Konstruktion und ihre Verifizierung noch immer kostspielig und zeitaufwendig. Daher ist die Verwendung von ZK-Rollups auf allgemeine Ethereum Virtual Machine (EVM) Transaktionen beschränkt.

Erwartetes Wachstum bei ETH Layer-2s und Rollups

• Überblick über Ethereum Layer-1 zum jetzigen Zeitpunkt: Gegenwärtig liegt Ethereum Layer-1 bei etwa 20-30 TPS, weit entfernt von Solana und Avalanche, die Tausende von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Aufgrund dessen gab es hohe Transaktionsgebühren und langsame Verarbeitungszeiten, was das Ethereum-Netzwerk nicht skalierbar macht.
• Potenzial von Layer-2-Lösungen: Die auf Ethereum entwickelten L2-Rollup-Lösungen wie Arbitrum, Optimism, zkSync Era und andere sind in der Lage, etwa 40.000 TPS mit relativ günstigeren Transaktionsgebühren im Vergleich zu Ethereum Layer-1 zu verarbeiten. Es wurde beobachtet, dass diese Lösungen im letzten Jahr aufgrund der Anforderungen an effiziente und kostengünstige Lösungen für die Nutzung der Blockchain-Technologie mehr Dynamik und Nutzung gewonnen haben.
• Zukünftige Upgrades und Innovationen: Es gibt laufende Projekte in der Ethereum-Community zur Lösung einiger Probleme, die sowohl Layer-1 als auch Layer-2-Lösungen betreffen. Es gibt eines namens 'Danksharding'-Upgrade, das die Transaktionskosten auf Layer-2s reduziert und Ethereum ermöglichen würde, über 100.000 TPS hinauszugehen. Darüber hinaus beinhaltet der "Proto-Danksharding"-Plan auch einen neuen Typ effizienter und temporärer Speicherung namens "Blob", der nur für Rollups verwendet werden soll.
• Die Möglichkeiten der Skalierbarkeit und Geschwindigkeit: Das Wachstum von Skalierbarkeit und Geschwindigkeit ist bei Ethereum Layer-2s und Rollups enorm. Durch die Verlagerung der meisten schweren Berechnungen weg von der Basisschicht und die Verteilung der Layer-1-Kosten auf gebündelte Operationen helfen Rollups dabei, deutlich niedrigere Gebühren und praktisch unbegrenzte TPS zu erreichen. Dies verbessert die Benutzererfahrung und entlastet den Netzwerkverkehr, wodurch Ethereum ideal für den täglichen Gebrauch wird.

Fazit

ZK-Rollups stellen eine vielversprechende Lösung für die Skalierbarkeitsherausforderungen dar, mit denen Blockchain-Netzwerke wie Ethereum konfrontiert sind. Durch die Verlagerung von Berechnung und Status off-chain bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Sicherheit des Basisnetzwerks erhöhen ZK-Rollups den Transaktionsdurchsatz erheblich und reduzieren die Kosten.

Ständige Innovationen in der Rollup-Technologie sowie die Tatsache, dass Layer-2 auf Ethereum voraussichtlich weiter skalieren wird, könnten bald Layer-1 bei den Transaktionszahlen übertreffen und die Skalierbarkeit und Geschwindigkeit von Blockchain-Anwendungen revolutionieren. Die Möglichkeit, dass die Blockchain-Skalierbarkeit mit der stetigen Entwicklung der Technologien noch besser wird, bringt einen positiven Ausblick auf die Anwendbarkeit dieser Lösungen in praktisch jedem Bereich.

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