Was sind Zero Knowledge Rollups und wie funktionieren sie?

Was ist ein ZK Rollup?

Ein ZK Rollup (oder Zero-Knowledge Rollup) ist eine Lösung für die Skalierbarkeitsprobleme von Blockchains wie Ethereum. Es handelt sich um eine Layer-2-Lösung, die über der bestehenden Blockchain (Layer 1) läuft. ZK Rollups werden eingesetzt, um mehr Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten und Kosten zu senken. Je nach Implementierung können ZK Rollups auch die Privatsphäre verbessern, weil Daten nicht immer komplett öffentlich gemacht werden müssen. Und das alles, ohne die Sicherheit des Netzwerks zu beeinträchtigen.

Das Kürzel ZK steht für Zero-Knowledge und bezieht sich auf eine Technologie, mit der man mit kryptografischen Beweisen nachweisen kann, dass etwas wahr ist, ohne den eigentlichen Inhalt preiszugeben. Das bedeutet, dass Transaktionen validiert werden können, ohne dass alle Daten öffentlich einsehbar sind. ZK stärkt so die Privatsphäre und macht die Blockchain effizienter.

Anstatt jede Transaktion direkt auf der Blockchain zu verarbeiten, werden mehrere Transaktionen zu einem großen Rollup zusammengefasst. Nur der Beweis (der Zero-Knowledge Proof) wird dann auf der Blockchain gespeichert.

Wichtigste Erkenntnisse

• ZK Rollups sind eine Lösung für Blockchains wie Ethereum, bei der mehrere Transaktionen zu einer zusammengefasst werden und die Skalierbarkeit verbessert wird.

• ZK Rollups funktionieren, indem Transaktionen off-chain verarbeitet werden und ein Zero-Knowledge-Beweis zur Bestätigung auf die Mainchain geschrieben wird.

• Bekannte Formen von ZK Rollups sind zkSync, Starknet und Polygon zkEVM.

Wie funktionieren ZK Rollups?

ZK Rollups ermöglichen es, Transaktionen auf eine zweite Schicht auszulagern, wodurch die Haupt-Blockchain entlastet wird. ZK Rollups laufen in drei Schritten ab:

1. Batch-Verarbeitung: Nutzer erstellen Transaktionen und schicken sie an das Layer-2-Rollup.

2. Off-chain-Verarbeitung: Alle eingesendeten Transaktionen werden off-chain verarbeitet und zu einem Batch zusammengefasst.

3. Zero-Knowledge Proof: Nach dem Erstellen des Batches wird ein kryptografischer Beweis erzeugt, der die Korrektheit des Batches bestätigt. Der Zero-Knowledge-Beweis wird dann von einem Smart Contract auf der Layer-1-Blockchain geprüft.

So lassen sich tausende Transaktionen in einer einzigen Transaktion auf der Blockchain zusammenfassen, was die Skalierbarkeit verbessert. Das Rollup speichert nicht jede einzelne Transaktion, sondern nur zusammengefasste Daten oder einen ZK-Beweis auf der Layer-1-Blockchain.

Stell dir vor, 1000 Nutzer wollen gleichzeitig eine Transaktion auf der Ethereum-Blockchain durchführen. Anstatt 1000 einzelne Transaktionen auf Ethereum zu verarbeiten, fasst das ZK Rollup sie zusammen und generiert einen kryptografischen Beweis, der dann auf der Ethereum-Blockchain gespeichert wird. Dadurch werden Rechenressourcen und Gas-Gebühren gespart.

Warum sind ZK Rollups wichtig?

ZK Rollups lösen eines der größten Probleme der Blockchain-Technologie: die Skalierbarkeit. Wenn ein Netzwerk (wie Ethereum) sehr beliebt wird, kann es überlastet sein. Das führt zu langen Wartezeiten und hohen Transaktionskosten.

ZK Rollups helfen, mehr Transaktionen pro Sekunde zu verarbeiten. Mit ZK Rollups kann Ethereum zum Beispiel theoretisch über 1000 Transaktionen pro Sekunde abwickeln, statt nur 15. Außerdem müssen weniger Daten auf die Blockchain geschrieben werden, was die Gas-Gebühren für Transaktionen senkt.

Durch Zero-Knowledge-Proofs bleiben die Details einzelner Transaktionen verborgen, während ihre Gültigkeit trotzdem nachgewiesen werden kann. Es braucht keine zentrale Instanz, die Transaktionen genehmigt – die Kryptografie sorgt dafür, dass der Batch korrekt ist, was die Dezentralisierung fördert. Auch wenn die Transaktionen off-chain verarbeitet werden, profitieren ZK Rollups trotzdem von der Sicherheit der Mainchain.

Was ist der Unterschied zwischen ZK Rollups und Optimistic Rollups?

ZK Rollups und Optimistic Rollups sind beide Layer-2-Lösungen für Blockchains, gehören aber zu unterschiedlichen Kategorien. Optimistic Rollups fassen Transaktionen ebenfalls zusammen und verarbeiten sie auf einer Layer 2, gehen aber davon aus, dass die Transaktionen korrekt sind. Ein Fraud-Proof-Mechanismus erlaubt es, Fehler im Rollup anzufechten.

Hier sind die wichtigsten Unterschiede:

Bekannte Projekte mit ZK Rollups

Mehrere große Projekte nutzen die ZK Rollup-Technologie. Diese Projekte tragen alle dazu bei, ZK Rollups im Ethereum-Ökosystem zu etablieren. Hier ein paar bekannte Beispiele:

zkSync

zkSync ist eine der bekanntesten ZK Rollup-Plattformen, entwickelt von Matter Labs. Die Plattform unterstützt Smart Contracts und konzentriert sich auf Layer-2-Anwendungen für Zahlungen, DeFi und NFTs.

Starknet

Starknet ist auf skalierbare dApps ausgerichtet und unterstützt komplexe Smart Contracts. Es nutzt STARK-Proofs, eine spezielle Form kryptografischer Zero-Knowledge-Nachweise. Das Unternehmen hinter Starknet, StarkWare, ist auch für StarkEx verantwortlich, die Engine hinter dYdX und ImmutableX.

Polygon zkEVM

Polygon setzt auf ein zkEVM, ein ZK Rollup, das mit der Ethereum Virtual Machine kompatibel ist. Dadurch können bestehende dApps aus dem Ethereum-Netzwerk einfach auf das zkEVM von Polygon migrieren, inklusive ihrer Smart Contracts und Tools.

Fazit

ZK Rollups sind starke Lösungen für die Skalierbarkeitsprobleme der Blockchain-Technologie. Sie bündeln Transaktionen, verarbeiten sie off-chain und bieten dabei eine starke Kombination aus Effizienz, Privatsphäre und Sicherheit für Blockchains. Auch wenn sich die Technologie noch in der Entwicklung befindet, spielen ZK Rollups schon jetzt eine wichtige Rolle für User und Entwickler – und dürften in Zukunft für Ethereum und andere Blockchains noch bedeutender werden.