Was sind ZK-Rollups?

ZK-rollups sind layer 2-Netzwerke, die Transaktionen außerhalb der Hauptkette ausführen und dann bei jedem Batch einen zero-knowledge-Gültigkeitsnachweis zusammen mit Ethereum einreichen. Der Beweis ist ein kleines kryptografisches Datenelement, das zeigt, dass jede Transaktion im Batch den Regeln gefolgt ist, sodass Ethereum das Ergebnis überprüfen kann, ohne etwas erneut auszuführen.

Da die Korrektheit bewiesen wird, bevor ein Batch abgewickelt wird, erreichen ZK-rollups schnell eine harte Finalität auf Ethereum. Auszahlungen werden freigegeben, sobald der Beweis verifiziert ist, typischerweise innerhalb von Minuten bis zu wenigen Stunden, sodass Nutzer niemals eine Einspruchsfrist abwarten müssen.

Der historische Kompromiss lag in Kosten und Komplexität, da die Abdeckung jeder Operation der Ethereum Virtual Machine jahrelange Spezialtechnik erforderte. Diese Hürde ist weitgehend eingestürzt, und universelle Proving-Systeme wie Succincts SP1, RISC Zero und OpenVM können nun gewöhnliche Ethereum-Ausführungen beweisen, die in Standardcode geschrieben sind, weshalb die meisten neuen Chains, die heute starten, von Anfang an Gültigkeitsnachweise wählen.

Was sind Optimistic Rollups?

Optimistic rollups veröffentlichen Transaktionsergebnisse auf Ethereum und gehen davon aus, dass diese ehrlich sind. Jeder, der einen Verifizierer betreibt, kann ein Batch während einer Einspruchsfrist, in der Regel sieben Tage, anfechten, indem er einen Betrugsnachweis einreicht, der Ethereum zwingt, die umstrittene Berechnung erneut zu überprüfen und bei einem Fehler rückgängig zu machen.

Das Design ist einfacher zu erstellen und günstig im Betrieb, da im Normalbetrieb kein Beweis generiert wird. Dieser Vorsprung erklärt, warum die drei größten layer 2-Netzwerke für allgemeine Zwecke, Base, Arbitrum One und OP Mainnet, alle optimistic Architekturen verwenden und den Großteil des Werts des Ökosystems halten.

Der Preis ist das Warten. Eine Auszahlung über die native bridge benötigt die gesamte Herausforderungsperiode zur Finalisierung, sodass Nutzer entweder eine Woche lang warten oder eine third party bridge bezahlen, um Liquidität vorzustrecken. Das Modell setzt zudem voraus, dass mindestens eine ehrliche Partei die Chain beobachtet und bereit ist, Betrug rechtzeitig anzufechten, eine Annahme, die kryptografische Beweise überflüssig machen.

ZK-Rollups im Vergleich zu Optimistic Rollups: Die wichtigsten Unterschiede

Beide Designs erben die Sicherheit von Ethereum, indem sie ihre Daten auf das mainnet posten, und beide wurden nach der Einführung der Speicherung über Blobs durch EIP-4844 deutlich günstiger. Die bedeutsamen Unterschiede liegen darin, wie jedes den Zustand validiert.

• Zustandsvalidierung: ZK-rollups beweisen vor der Abwicklung, dass jedes Batch korrekt ist. Optimistic rollups wickeln die Transaktionen zuerst ab und stützen sich im Anschluss auf Betrugsnachweise, um ungültige Batches abzufangen.
• Auszahlungsfinalität: ZK-Auszahlungen werden abgewickelt, sobald der Gültigkeitsnachweis auf Ethereum verifiziert ist, meist innerhalb von Stunden. Optimistic-Auszahlungen über die kanonische bridge warten die siebentägige Einspruchsfrist ab.
• Sicherheitsannahmen: Die ZK-Sicherheit beruht auf der Solidität des Bewweissystems und der Korrektheit des Verifizierervertrags. Die optimistic Sicherheit erfordert zusätzlich einen ehrlichen Beobachter, der Betrug erkennt und anfechtet, bevor die Frist abläuft.
• Kostenstruktur: Optimistic Chains lassen die Beweiskosten im Normalbetrieb aus. ZK-Chains zahlen für jeden Beweis, obwohl die Ausgaben für Prover mit der Reifung von Hardware und Beweissystemen etwa um das 45-Fache gesunken sind.
• EVM-Kompatibilität: Optimistic rollups verwenden Ethereum-Clients nahezu unverändert weiter. Moderne zkEVMs haben den Großteil der Lücke geschlossen, sodass die Kompatibilität die Entscheidung nicht mehr bestimmt.
• Ökosystemtiefe: Optimistic Chains verfügen über die tiefste Liquidität und Anwendungsabdeckung. ZK-Designs führen bei appchains, die eine schnelle Abwicklung erfordern, wie etwa der perpetuals-Börse Lighter.

Welcher Rollup-Typ ist sicherer?

Auf dem Papier bieten Gültigkeitsnachweise die stärkere Garantie. Ein ZK-rollup kann keinen ungültigen Zustand finalisieren, solange die Mathematik und der Verifizierervertrag intakt sind, während ein optimistic rollup davon abhängt, dass jemand den Betrug innerhalb des Zeitfensters bemerkt. In der Praxis wägen wir zunächst ab, wie viel Kontrolle der Betreiber noch behält.

L2Beat bewertet jedes Rollup anhand eines Staging-Systems. Stufe 1 bedeutet, dass das Beweissystem erlaubnisfrei läuft, Nutzer ohne die Mitwirkung des Betreibers zu Ethereum wechseln können und Upgrades eine Verzögerung aufweisen, die Nutzern Zeit zum Verlassen gibt. Stufe 0 bedeutet, dass ein vom Team gehaltenes Multisig das System weiterhin außer Kraft setzen kann.

Stand Anfang August befinden sich Base, Arbitrum One, OP Mainnet, Ink, Unichain und Starknet auf Stage 1, während Linea, ZKsync Era und Scroll trotz ihrer stärkeren Proof-Architektur auf Stage 0 bleiben.

Junge Proving-Systeme bringen eigene Risiken mit sich. Mehrere STARK-basierte Prover basieren auf mathematischen Vermutungen, die Forscher kürzlich kritisch hinterfragt haben, weshalb Ethereum-Entwickler nun eine 128-Bit-beweisbare Sicherheit verlangen, bevor zkEVMs den Konsens berühren. Bis eine ZK-Chain ausgereifte Proofs mit einer Dezentralisierung auf Stage 1 kombiniert, entscheidet der architektonische Vorteil für sich allein über sehr wenig.

Die Grenze zwischen beiden verschwimmt

Wer sehen will, wohin sich das Skalieren entwickelt, sollte das Optimistic-Lager beobachten. Das Proving hat sich zu einem Standarddienst entwickelt, und Tools wie OP Succinct ermöglichen es jeder OP-Stack-Chain, Betrugsbeweise gegen Gültigkeitsnachweise auszutauschen, ohne ihre Infrastruktur umzubauen.

Base, das nach Wert größte Layer 2, hat diesen Schritt teilweise vollzogen. Das Azul-Upgrade fügt SP1 zero-knowledge-Beweise neben vertrauenswürdigen Hardware-Attestierungen in einem Multi-Proof-Design hinzu, wodurch die Finalität von Auszahlungen von sieben Tagen auf einen verkürzt wird, wenn beide Beweise übereinstimmen. Das Team bezeichnet dies als Zwischenstation auf dem Weg zum vollständigen ZK-Proving.

Mantle und Taiko sind noch einen Schritt weiter gegangen und wickeln Transaktionen inzwischen mit Validity-Proofs ab, obwohl sie als Optimistic-Chains gestartet sind. Das Bitcoin-fokussierte rollup BOB betreibt ein Hybridsystem, das Betrugsstreits mit einem einzigen ZK-Proof anstelle eines langwierigen Challenge-Spiels klärt.

Wir haben kein einziges Beispiel dafür gefunden, dass eine mit Validity-Proofs ausgestattete Chain zu Betrugsbeweisen zurückkehrt, weshalb die alten Bezeichnungen zunehmend beschreiben, wo eine Chain begonnen hat, und nicht, wohin sie steuert.

Führende Beispiele für beide Lager

Die folgenden Projekte verankern die jeweiligen Lager heute. Eine tiefgehendere Analyse der ZK-Seite finden Sie in unserem Ranking der besten ZK-rollup-Projekte.

ZK-Rollups

• Starknet: Verwendet eine eigene Cairo-Sprache sowie den Stwo-Prover und ist die erste nennenswerte ZK-Chain, die die Dezentralisierung auf Stage 1 erreicht hat.
• Linea: Entwickelt von Consensys, dem Unternehmen hinter MetaMask, mit einem Design, das eng an die Tokenomics von Ethereum angepasst ist.
• ZKsync Era: Das Aushängeschild des ZKsync-Stacks, dessen Boojum-Prover auch Chains wie Abstract antreibt.
• Scroll: Konzentriert sich auf Ethereum-Kompatibilität auf Bytecode-Ebene und beweist die Ausführung über das OpenVM-System.
• Lighter: Ein anwendungsspezifisches ZK-rollup für den perpetuals-Handel und das nach Nutzeraktivitäten aktivste rollup jeglicher Art.

Optimistic rollups

• Base: Die Chain von Coinbase und das nach gesichertem Wert größte rollup, das nun durch das Azul-Upgrade um ZK-Proofs ergänzt wird.
• Arbitrum One: Das etablierte DeFi-Schwergewicht, abgesichert durch das erlaubnisfreie BoLD-Challenge-Protokoll.
• OP Mainnet: Die originale OP-Stack-Chain, deren Codebasis auch Base, Ink, Unichain und die breitere Superchain untermauert.
• Ink: Das DeFi-fokussierte Netzwerk von Kraken, das bereits innerhalb eines Jahres nach dem Start als Stage 1 eingestuft wurde.
• Unichain: Die auf den Handel ausgerichtete Chain von Uniswap, die darauf ausgelegt ist, die swap-Liquidität auf ihrem eigenen Block-Space zu bündeln.

Rollup-Statistiken und Akzeptanz

L2Beat-Daten von Anfang August veranschaulichen, wie sich die beiden Lager im Maßstab vergleichen.

• Gesamter gesicherter Wert: Ethereum-Skalierungsnetzwerke halten insgesamt 33,4 Milliarden USD, wovon 26,8 Milliarden USD auf rollups entfallen, die ihre Daten auf Ethereum veröffentlichen.
• Ein Zwei-Chain-Markt: Base (11,6 Milliarden USD) und Arbitrum One (10 Milliarden USD) halten zusammen etwa 80 % des gesamten rollup-Werts, beide basieren auf Optimistic-Designs.
• Die größten Chains mit Validity-Proofs: Mantle führt nach seiner Umstellung von Betrugsbeweisen mit 1,2 Milliarden USD an, gefolgt von Lighter mit 849 Millionen USD und Starknet mit 370 Millionen USD.
• Die Aktivität spricht eine andere Sprache: Lighter hat im vergangenen Tag etwa 875 Benutzeroperationen pro Sekunde verarbeitet, was etwa dem Neunfachen der 94 von Base entspricht und verdeutlicht, wo schnelle Finalität gewinnt.
• Der Long Tail: L2Beat führt 23 vollwertige rollup-Lösungen auf, und nur eine Handvoll kleinerer Chains wie Facet und das Datenschutznetzwerk Aztec haben Stufe 2 erreicht, die finale Dezentralisierungsstufe.

Ethereum selbst wird ZK

Das stärkste Signal in der gesamten Debatte ist, was Ethereum mit seiner eigenen Basisschicht macht. Mitte des vergangenen Jahres setzte sich die Ethereum Foundation das Ziel, 99 % der mainnet-Blöcke in unter 10 Sekunden zu beweisen, was schnell genug ist, damit Validatoren einen zero-knowledge-Beweis verifizieren können, anstatt jede Transaktion erneut auszuführen.

Bis Dezember wurde das Ziel erreicht. Die Latenzzeit für das Beweisen sank von 16 Minuten auf 16 Sekunden, die Kosten gingen um das 45-Fache zurück, und die Roadmap wurde seitdem auf die Härtung der Sicherheit verlegt, bevor ZK-Clients das mainnet erreichen.

Die unterstützenden Upgrades erscheinen planmäßig. Fusaka ging im vergangenen Dezember live und führte PeerDAS ein, womit Nodes die data availability durch Stichproben anstelle des Herunterladens aller Daten verifizieren können, und die nachfolgenden Blob-Forks haben die Datenkapazität, auf die rollups angewiesen sind, mehr als verdoppelt.

Der nächste Hard Fork, Glamsterdam, restrukturiert die Blockproduktion so, dass Prover mehrere Sekunden Zeit erhalten, um einen Beweis zu generieren, anstatt nur ein oder zwei.

Sobald Ethereum Validitätsbeweise nativ verifiziert, wirken Betrugsbeweissysteme wie eine Übergangstechnologie, und jedes größere optimistische Stack hat das ZK-Proving bereits irgendwo auf seiner Roadmap stehen.

Rollups jenseits von Ethereum

Das Rollup-Modell hat auch den Sprung zu Bitcoin geschafft, wo es lange Zeit unmöglich schien, da die Bitcoin-Skriptsprache keine komplexen Beweise direkt verifizieren kann. BitVM hat dies geändert, indem es ermöglicht, Betrugsstreitigkeiten ohne Protokolländerungen auf Bitcoin beizulegen, und stützt nun die erste Generation vertrauensminimierter Bitcoin-bridge-Lösungen.

Citrea setzte diese Idee Ende Januar als erstes Live-ZK-rollup auf Bitcoin um. Es führt EVM-Transaktionen aus, beweist sie mit einer auf RISC Zero basierenden zkEVM und schreibt den komprimierten Beweis in die Bitcoin-Blockchain ein, die sowohl als Abwicklungs- als auch als Datenebene dient.

Die Clementine-bridge benötigt nur einen ehrlichen Teilnehmer, um Auszahlungen sicher zu halten, ein weitaus stärkeres Modell als die föderierten Verwahrer, auf die frühere Bitcoin-Sidechains angewiesen waren. Das Ökosystem ist im Vergleich zu den Layer 2-Netzwerken von Ethereum nach wie vor winzig, aber die dort beantworteten Designfragen sind dieselben, die Ethereum Jahre zuvor durchgearbeitet hat.

Fazit

ZK- und optimistische rollups haben dasselbe Überlastungsproblem von entgegengesetzten Seiten gelöst, und nach Jahren des Wettbewerbs hat der Markt ein geteiltes Urteil gefällt. Optimistische Chains haben das Adoptionsrennen gewonnen und halten die überwältigende Mehrheit an Werten und Anwendungen, während zero-knowledge-Beweise das Argument darüber gewonnen haben, wo die Technologie enden sollte.

Für Nutzer hängt die Entscheidung heute weniger von der Beweisarchitektur ab als vielmehr davon, was die jeweilige Chain drumherum bietet. Die Gebühren sind seit der Ankunft von Blobs nahezu identisch, sodass Ökosystemtiefe, Auszahlungszeiten und das L2Beat-Stadium einer Chain die Kriterien sind, die wir zuerst abwägen würden. Wir gehen davon aus, dass die Bezeichnungen selbst in den kommenden Jahren verblassen werden, da Chains mit Betrugsbeweisen weiterhin Validitätsbeweise integrieren und da Ethereum seine eigene Basisschicht in das größte ZK-verifizierte System im Krypto-Bereich verwandelt.