Wie zk‑Rollups in Ethereum funktionieren - Einfach erklärt

Okt, 6 2025

Du hast sicher schon von zk Rollups gehört, aber die genauen Abläufe bleiben oft im Dunkeln. In diesem Beitrag erfährst du, wie diese Layer‑2‑Lösung Ethereum schneller, günstiger und sicherer macht - und das alles Schritt für Schritt.

Kurzfassung - Was du gleich mitnimmst

• zk‑Rollups bündeln tausende Transaktionen off‑chain und senden nur einen kryptografischen Beweis an die Ethereum‑Mainchain.
• Zero‑Knowledge Proofs (ZK‑Proofs) beweisen, dass die off‑chain‑Daten korrekt sind, ohne sie preiszugeben.
• Durch Merkle‑Bäume wird jede Teil‑Transaktion eindeutig adressierbar.
• SNARKs und STARKs sind die beiden gängigsten ZK‑Proof‑Varianten - SNARKs sind kompakter, STARKs sind transparenter.
• Im Vergleich zu Optimistic Rollups sparen zk‑Rollups sofortige Finalität und deutlich weniger Gas.

Was ist ein zk‑Rollup?

zk‑Rollup ist eine Layer‑2‑Skalierungslösung für Ethereum, die Transaktionen außerhalb der Mainchain bündelt und deren Korrektheit mittels eines Zero‑Knowledge Proofs verifiziert. Statt jede einzelne Transaktion in die Hauptkette zu schreiben, werden nur ein komprimierter Zustands‑Root und ein kryptografischer Beweis auf Ethereum veröffentlicht. Das reduziert die Datenmenge drastisch und senkt die Gas‑Kosten.

Zero‑Knowledge Proofs - Das Kernstück

Ein Zero‑Knowledge Proof (ZK‑Proof) ist ein mathematischer Nachweis, der bestätigt, dass eine Aussage wahr ist, ohne weitere Informationen preiszugeben. In der Praxis bedeutet das: Der Betreiber eines zk‑Rollups (Sequencer) kann beweisen, dass alle aggregierten Transaktionen korrekt verarbeitet wurden, ohne die einzelnen Daten offenzulegen.

Es gibt zwei Hauptvarianten:

• SNARK (Succinct Non‑Interactive Argument of Knowledge) - kurze Beweise, schnelle Verifikation, aber ein "Trusted Setup" nötig.
• STARK (Scalable Transparent ARgument of Knowledge) - größere Beweise, keine Vertrauensstellung, dafür mehr Rechenaufwand.

Technischer Ablauf eines zk‑Rollups

1. Transaktionen sammeln: Der Sequencer nimmt eingehende Ethereum‑Transaktionen entgegen und packt sie in einen Batch.
2. Merkle‑Baum erstellen: Jede Transaktion wird als Blatt in einem Merkle‑Tree gespeichert. Der resultierende Root‑Hash fasst den gesamten Batch zusammen.
3. ZK‑Proof erzeugen: Der Sequencer berechnet einen SNARK‑ oder STARK‑Beweis, der bestätigt, dass die neue Merkle‑Root korrekt aus den Transaktionen abgeleitet ist.
4. Proof an die Mainchain senden: Der Smart Contract auf Ethereum prüft den eingereichten Beweis. Bei Erfolg wird die neue Root im Contract gespeichert.
5. Finalität erreichen: Da der Beweis sofort verifiziert wird, gelten die Transaktionen sofort als abgeschlossen - kein Challenge‑Period wie bei Optimistic Rollups.

Wie Ethereum den zk‑Rollup integriert

Der Smart Contract dient als Bindeglied zwischen Mainchain und Rollup. Er enthält zwei wichtige Funktionen:

• commitBatch(root, proof): Speichert den neuen Merkle‑Root und prüft den ZK‑Proof.
• withdraw(address, amount, proof): Erlaubt Nutzern, ihre Gelder zurück auf die Layer‑1‑Kette zu ziehen, indem sie einen Merkle‑Proof ihrer Guthaben‑Position vorlegen.

Durch diese Architektur bleibt die Sicherheit von Ethereum erhalten, während die Skalierbarkeit steigt.

Vorteile gegenüber anderen Layer‑2‑Lösungen

Vergleich zk‑Rollup vs. Optimistic Rollup

Merkmal	zk‑Rollup	Optimistic Rollup
Finalität	Sofort nach Proof‑Verifikation	Nach 7‑tägiger Challenge‑Periode
Gas‑Kosten	~0,01$ pro Transaktion (bei hoher Auslastung)	~0,03$ bis 0,05$ pro Transaktion
Sicherheitsmodell	Vertrauenslos dank ZK‑Proofs	Vertrauenswürdig, aber erfordert Honester⟩
Durchsatz	Bis zu 3.000TPS (theoretisch)	1‑2000TPS
Komplexität	Höhere Kryptografie‑Kosten	Einfachere Implementierung

Praxisbeispiele: zkSync und StarkNet

zkSync nutzt SNARK‑Proofs, um Zahlungen und Token‑Transfers mit kaum merklichen Gas‑Kosten abzuwickeln. Bereits über 2Millionen Nutzer haben ihre Tokens dort verschoben.

StarkNet baut auf STARK‑Proofs und richtet sich stark an DeFi‑ und NFT‑Projekte, die größere Datenmengen verifizieren wollen, ohne einen Trusted Setup zu benötigen.

Risiken und Grenzen

• Kryptografische Annahmen: Die Sicherheit beruht auf schwierigen mathematischen Problemen (z.B. elliptische Kurven). Sollten diese gebrochen werden, wäre das gesamte System gefährdet.
• Proof‑Kosten: SNARK‑Erzeugung ist rechenintensiv; das kann zu höheren Betreiber‑Kosten führen, die irgendwann an die Nutzer weitergereicht werden.
• Latenz beim Sequencer: Wenn der Sequencer ausfällt oder zensiert, können neue Transaktionen nicht gebündelt werden - das Netzwerk ist also nicht vollständig dezentral.

So sendest du eine Transaktion über einen zk‑Rollup

1. Verbinde dein Wallet (z.B. MetaMask) mit der zk‑Rollup‑App (z.B. zkSync).
2. Wähle „Senden“, gib Empfängeradresse und Betrag ein.
3. Bestätige die Transaktion - das Wallet signiert sie offline.
4. Die App fügt deine Transaktion dem nächsten Batch hinzu.
5. Der Sequencer erstellt den neuen Merkle‑Root und den ZK‑Proof, der anschließend an den Ethereum‑Smart‑Contract gesendet wird.
6. Nach erfolgreicher Verifikation ist deine Zahlung sofort final und kostet nur Bruchteil der üblichen Gas‑Gebühr.

Falls du dein Geld zurückziehen willst, wähle einfach die „Withdraw“-Funktion. Das System erzeugt einen Merkle‑Proof für dein Guthaben und lässt dich die Tokens auf die Mainchain transferieren.

Fazit

Zk‑Rollups kombinieren kryptografische Eleganz mit praktischer Skalierung. Sie ermöglichen praktisch sofortige Finalität, niedrige Gas‑Kosten und behalten dabei die Sicherheit von Ethereum bei. Während die Technik noch reift, werden Projekte wie zkSync und StarkNet bereits heute von Tausenden Nutzern genutzt - ein starkes Signal, dass zk‑Rollups die Zukunft von Ethereum mitgestalten.