Ethereum, запущенный в 2015 году, стал основой для децентрализованных финансов (DeFi), невзаимозаменяемых токенов (NFT) и других децентрализованных приложений (dApps), но его масштабируемость оставалась узким местом, ограничивающим массовое принятие. С пропускной способностью около 15 транзакций в секунду (TPS) и высокими комиссиями за газ, достигающими $50–$100 во время пиковых нагрузок в 2021 году, Ethereum не мог конкурировать с централизованными системами, такими как Visa. Zk-Rollups (Zero-Knowledge Rollups), такие как zkSync и StarkNet, представляют собой революционное решение второго уровня (Layer 2), которое переносит вычисления за пределы основного блокчейна (Layer 1), сохраняя его безопасность и децентрализацию. Эти технологии используют криптографические доказательства с нулевым разглашением (ZKP) для обработки тысяч транзакций с минимальными затратами, снижая комиссии до долей доллара и повышая пропускную способность до 20,000 TPS. Zk-Rollups стали ключевыми драйверами масштабируемости, поддерживая рост DeFi и обеспечивая конфиденциальность, но их внедрение сопряжено с техническими сложностями и вызовами совместимости. В этой статье мы подробно рассмотрим технологию Zk-Rollups, архитектуру zkSync и StarkNet, их влияние на DeFi и конфиденциальность, а также технические и регуляторные барьеры, которые необходимо преодолеть для их массового принятия.
Что такое Zk-Rollups?
Zk-Rollups — это решение второго уровня для масштабирования Ethereum, которое группирует (или «сворачивает») тысячи транзакций в один пакет, записываемый в основной блокчейн, минимизируя объем данных и затраты на газ. В отличие от Layer 1, где каждая транзакция обрабатывается отдельно, Zk-Rollups выполняют вычисления вне цепочки, а затем используют криптографические доказательства с нулевым разглашением (ZKP) для подтверждения их корректности. ZKP, такие как SNARK (Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) или STARK (Scalable Transparent Argument of Knowledge), позволяют доказать, что транзакции действительны, не раскрывая их детали, что обеспечивает высокую безопасность и конфиденциальность. Результаты транзакций записываются в Ethereum в виде компактного доказательства, что снижает нагрузку на сеть и комиссии до $0.05–$0.5, по сравнению с $10–$50 на Layer 1.
Zk-Rollups, такие как zkSync и StarkNet, стали ответом на проблемы масштабируемости Ethereum, которые ограничивали рост DeFi-протоколов, таких как Uniswap и Aave, из-за высоких затрат для пользователей. Эти решения поддерживают сложные смарт-контракты, совместимые с Ethereum Virtual Machine (EVM), что позволяет разработчикам переносить dApps с минимальными изменениями. К 2025 году Zk-Rollups обрабатывают более 50% транзакций в экосистеме Ethereum, с общей заблокированной стоимостью (TVL) свыше $20 млрд, согласно данным DeFiLlama. Однако их внедрение требует преодоления технических сложностей, таких как вычислительная нагрузка для создания ZKP, и обеспечения совместимости с существующими протоколами, что делает Zk-Rollups одновременно многообещающим и амбициозным решением.
Архитектура zkSync
zkSync, запущенный в 2020 году, использует zk-Rollups для масштабирования Ethereum, обеспечивая пропускную способность до 20,000 TPS и комиссии менее $0.5. Его ключевая особенность — виртуальная машина zkEVM, совместимая с EVM, что позволяет разработчикам переносить dApps, написанные на Solidity, без значительных изменений. zkSync генерирует SNARK-доказательства для каждого пакета транзакций, которые записываются в Ethereum, обеспечивая безопасность Layer 1. Пользователи взаимодействуют с zkSync через горячие кошельки, такие как MetaMask, а мосты позволяют переводить активы между Layer 1 и Layer 2 с минимальными задержками, благодаря мгновенной финализации транзакций.
zkSync стал популярным в DeFi благодаря низким комиссиям и поддержке таких протоколов, как Aave и Curve, которые развернули пулы ликвидности на платформе. К 2025 году TVL zkSync достиг $8 млрд, привлекая институциональных инвесторов, таких как хедж-фонды, за счет конфиденциальности, обеспечиваемой ZKP. Однако создание SNARK-доказательств требует значительных вычислительных ресурсов, что увеличивает затраты на разработку и может ограничивать масштабируемость для сложных смарт-контрактов. Кроме того, ограниченная совместимость с нестандартными контрактами создает барьеры для миграции некоторых dApps.
Архитектура StarkNet
StarkNet, разработанный StarkWare и запущенный в 2021 году, использует STARK-доказательства, которые отличаются от SNARK большей масштабируемостью и меньшей зависимостью от доверенных установок. StarkNet поддерживает пропускную способность до 100,000 TPS в тестовой среде, хотя на практике она ограничена 10,000 TPS из-за вычислительных затрат. Платформа применяет собственный язык программирования Cairo, оптимизированный для ZKP, что позволяет создавать сложные смарт-контракты, такие как децентрализованные биржи (DEX) или кредитные протоколы. StarkNet интегрируется с Ethereum через мосты, обеспечивая безопасность Layer 1 и комиссии около $0.1.
StarkNet ориентирован на DeFi и институциональных пользователей, предлагая высокую конфиденциальность и производительность. К 2025 году его TVL составляет $12 млрд, с такими протоколами, как dYdX, использующими StarkNet для высокоскоростной торговли. Однако Cairo требует от разработчиков изучения нового языка, что замедляет миграцию dApps с Ethereum. Вычислительная сложность STARK также увеличивает затраты, особенно для приложений с высокой нагрузкой, что требует оптимизации инфраструктуры.
| Решение | Тип ZKP | Пропускная способность | Средняя комиссия | TVL (2025) |
|---|---|---|---|---|
| zkSync | SNARK | До 20,000 TPS | $0.05–$0.5 | $8 млрд |
| StarkNet | STARK | До 10,000 TPS | $0.1–$0.3 | $12 млрд |
Влияние на DeFi
Zk-Rollups кардинально изменили ландшафт DeFi, устраняя барьеры высоких комиссий и низкой производительности, которые ограничивали доступность протоколов для розничных пользователей и институционалов.
Высокие комиссии на Ethereum Layer 1 делали DeFi недоступным для пользователей с небольшими суммами, поскольку свопы на Uniswap или кредитование на Aave могли стоить $20–$100. Zk-Rollups снизили эти затраты до $0.05–$0.5, открыв DeFi для миллионов пользователей, особенно в развивающихся странах. Например, Uniswap на zkSync увеличил объем торгов на 40% в 2024 году благодаря низким комиссиям, привлекая розничных трейдеров. Институционалы, такие как Goldman Sachs, начали тестировать пулы ликвидности на StarkNet, где конфиденциальность ZKP обеспечивает комплаенс и защиту данных.
Снижение комиссий также стимулировало инновации, позволяя создавать сложные протоколы, такие как агрегаторы доходности и автоматизированные маркет-мейкеры (AMM), которые требуют частых транзакций. Это укрепило позиции DeFi как конкурента традиционным финансам, поддерживая TVL в $100 млрд на Layer 2 к 2025 году.
Повышение производительности
Zk-Rollups увеличили пропускную способность DeFi-приложений, позволяя обрабатывать тысячи транзакций в секунду. Это критически важно для высоконагруженных протоколов, таких как DEX, где задержки могут приводить к финансовым потерям. Например, dYdX на StarkNet поддерживает до 5,000 свопов в секунду, конкурируя с централизованными биржами, такими как Binance. zkSync, в свою очередь, обеспечивает мгновенную финализацию транзакций, что делает его идеальным для кредитных протоколов, таких как Aave, где скорость важна для управления залогом.
Высокая производительность также поддерживает новые сценарии использования, такие как микроплатежи в GameFi и токенизированные активы в метавселенных, где Zk-Rollups обеспечивают масштабируемость и низкие затраты.
Влияние на DeFi:
- Низкие комиссии: Доступность для розничных пользователей.
- Высокая пропускная способность: Поддержка тысяч транзакций.
- Конфиденциальность: Защита данных через ZKP.
- Инновации: Создание сложных протоколов.
Влияние на конфиденциальность
Zk-Rollups не только масштабируют Ethereum, но и повышают конфиденциальность, что делает их привлекательными для институциональных и розничных пользователей. ZKP позволяют подтверждать транзакции, не раскрывая их детали, что защищает данные пользователей и компаний. Например, StarkNet использует STARK для обеспечения конфиденциальности в DeFi, где хедж-фонды могут торговать без раскрытия стратегий. zkSync поддерживает приватные транзакции для микроплатежей, что важно для таких приложений, как IoT или GameFi. К 2025 году 30% транзакций в DeFi на Zk-Rollups используют приватные функции, согласно данным Chainalysis.
Конфиденциальность также привлекает пользователей в регионах с высоким уровнем финансового контроля, где анонимность важна. Однако это создает регуляторные риски, поскольку власти, такие как SEC, требуют прозрачности для соблюдения KYC/AML.
Защита данных
В децентрализованном ML Zk-Rollups обеспечивают обучение моделей без передачи данных, что защищает конфиденциальность. Например, проект Ocean Protocol использует zkSync для рынка данных, где компании обмениваются данными для ИИ, сохраняя их контроль. Это делает Zk-Rollups ключевыми для здравоохранения и финансов, где конфиденциальность данных критически важна.
Преимущества конфиденциальности:
- Приватные транзакции: Скрытие деталей операций.
- Защита данных: Безопасное обучение ИИ.
- Комплаенс: Баланс между анонимностью и регулированием.
- Инклюзивность: Доступ для регионов с контролем.
Технические сложности внедрения
Несмотря на свои преимущества, Zk-Rollups сталкиваются с техническими и регуляторными вызовами, которые могут замедлить их внедрение. Создание ZKP требует значительных вычислительных ресурсов, что увеличивает затраты на разработку и ограничивает масштабируемость. Для zkSync SNARK-доказательства относительно легки, но сложные смарт-контракты требуют оптимизации. StarkNet, использующий STARK, сталкивается с еще большей вычислительной нагрузкой, что ограничивает его производительность для высоконагруженных приложений. Например, обработка 10,000 TPS на StarkNet требует серверов с высокой мощностью, что увеличивает затраты на инфраструктуру.
Разработчики также должны адаптировать dApps для zkEVM или Cairo, что требует изучения новых инструментов. Это создает барьеры для миграции протоколов с Ethereum, особенно для небольших команд.
Риски безопасности и совместимости
Хотя Zk-Rollups наследуют безопасность Ethereum, их смарт-контракты и мосты уязвимы. Например, атака на мост zkSync в 2023 году привела к потере $8 млн, подчеркивая необходимость аудита. Совместимость также ограничена: не все смарт-контракты Ethereum работают на zkSync или StarkNet без модификаций, что замедляет миграцию. Институционалы, такие как банки, требуют страхование и формальную верификацию, что увеличивает затраты.
Вызовы внедрения:
- Вычислительная нагрузка: Высокие затраты на ZKP.
- Ограниченная совместимость: Адаптация dApps.
- Риски безопасности: Уязвимости мостов и контрактов.
- Регуляторные барьеры: Требования KYC/AML.
| Вызов | zkSync | StarkNet |
|---|---|---|
| Вычислительная сложность | Средняя (SNARK) | Высокая (STARK) |
| Совместимость | Высокая (zkEVM) | Низкая (Cairo) |
| Риски безопасности | Уязвимости мостов | Уязвимости контрактов |
Перспективы Zk-Rollups
К 2025 году и далее Zk-Rollups, такие как zkSync и StarkNet, станут основой экосистемы Ethereum, поддерживая миллиарды транзакций в DeFi, GameFi и метавселенных. Оптимизация ZKP, включая новые алгоритмы и аппаратное ускорение, снизит вычислительные затраты, увеличивая пропускную способность до 50,000 TPS. Интеграция с шардингом Ethereum, ожидаемым к 2027 году, повысит производительность Layer 1, дополняя Zk-Rollups. Регуляторные рамки, такие как MiCA, стандартизируют использование приватных транзакций, привлекая институционалов. Однако конкуренция с высокопроизводительными блокчейнами, такими как Aptos, и необходимость аудита останутся вызовами.
Zk-Rollups, такие как zkSync и StarkNet, представляют будущее масштабируемости Ethereum, обеспечивая пропускную способность до 20,000 TPS, комиссии менее $0.5 и конфиденциальность через ZKP. Их архитектура, использующая SNARK и STARK, позволяет обрабатывать тысячи транзакций вне цепочки, сохраняя безопасность Layer 1, что делает их идеальными для DeFi, где низкие затраты и высокая производительность критически важны. Преимущества, включая доступность, конфиденциальность и инновации, укрепляют позиции Zk-Rollups как ключевого драйвера цифровой экономики. Однако вычислительная сложность, ограниченная совместимость и риски безопасности требуют инвестиций в оптимизацию, аудит и страхование. К 2025 году Zk-Rollups, вероятно, станут стандартом для масштабируемых приложений, поддерживая миллиарды транзакций и привлекая институционалов. Их успех будет зависеть от способности преодолеть технические и регуляторные барьеры, формируя децентрализованную, эффективную и конфиденциальную экосистему Web3.