Ein zk-Rollup funktioniert, indem die Ausführung an einen Off-Chain-Betreiber, den sogenannten Sequencer, übergeben wird, der Hunderte oder Tausende Transaktionen sammelt, ausführt und zu einem einzigen Batch komprimiert. Statt die Basiskette diese Arbeit wiederholen zu lassen, erzeugt der Sequencer einen kompakten Zero-Knowledge-Proof, der bestätigt, dass der neue Zustand gemäß den Netzwerkregeln korrekt aus dem alten hervorgeht. Ein Smart Contract auf der zugrunde liegenden Ethereum-Ebene prüft diesen Beweis innerhalb von Millisekunden und aktualisiert bei erfolgreicher Prüfung sofort den offiziellen State Root des Rollups.

In der Praxis kommen zwei Beweisfamilien zum Einsatz: SNARK-basierte Systeme (zkSync Era, Polygon zkEVM, Scroll, Linea), die kompakt sind, aber historisch ein Trusted Setup benötigten, und STARK-basierte Systeme (Starknet), die größer ausfallen, aber kein Trusted Setup erfordern und auf hashbasierter, post-quantensicherer Kryptografie beruhen.

Da die Korrektheit mathematisch bewiesen und nicht angenommen und später angefochten wird, entfällt bei zk-Rollups die etwa einwöchige Auszahlungsfrist, die Optimistic Rollups vorschreiben, was Nutzern eine schnellere, kryptografisch endgültige Abwicklung ermöglicht. Der Nachteil liegt in der technischen Komplexität: Die Beweiserzeugung ist rechenintensiv, und die meisten zk-Rollups verlassen sich noch auf eine kleine Anzahl zentralisierter Prover und Sequencer, wodurch Nutzer diesen Betreibern für Zensurresistenz und Verfügbarkeit vertrauen müssen, auch wenn diese keinen ungültigen Zustand fälschen können.

Seit Ethereums EIP-4844-Upgrade günstigeren Blob-Speicher für Rollup-Daten eingeführt hat, sind die Transaktionsgebühren bei großen zk-Rollups für einfache Überweisungen auf Bruchteile eines Cents gesunken, was sie zu einer praktischen Standardlösung für alltägliche DeFi- und Zahlungsaktivitäten macht.

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