Майбутнє Ethereum: глибокий аналіз розширень Rollups

以太坊面臨着一個根本性的矛盾：它具備去中心化和 безпека，但在可 масштабованості上捉襟見肘。隨著生态應用激增，這個瓶頸變得越來越明顯。而Rollups技術的出現，被越來越多的開發者和研究者視為打破這一困局的關鍵鑰匙。本文將帶你深入理解這種創新的擴展方案如何重塑以太坊的未來。

Блокчейн вічна проблема: чому Ethereum потребує масштабування

Всі блокчейни не можуть обійтися без основної проблеми — «триєдиного парадоксу». Децентралізація, безпека та масштабованість — ці три характеристики, зазвичай, можуть бути реалізовані лише двома одночасно. Вибір Ethereum — забезпечити децентралізацію та безпеку, але за рахунок жертви масштабованості.

Цей вибір у ранні часи міг не бути проблемою, але з вибуховим зростанням DeFi-екосистеми суперечності стали очевидними. Поточна пропускна здатність основної мережі Ethereum — 15 транзакцій на секунду (TPS), і ця цифра стає недостатньою для сучасних застосунків.

Більш наочно — це Gas-комісії — плата, яку користувачі платять за кожну транзакцію. Ця плата компенсує обчислювальні ресурси, витрачені мережею на обробку транзакції. Коли попит перевищує пропускну здатність мережі, виникає серйозна затримка: тисячі транзакцій чекають у черзі, користувачі змушені підвищувати ставки Gas, щоб отримати пріоритет. В результаті — ціни на Gas злітають до сотень доларів.

Це прямо суперечить початковій ідеї Ethereum — забезпечити глобальний безбар’єрний фінансовий доступ для кожної людини, а не перетворити його на «елітарську гру», доступну лише багатим. Тому рішення для масштабування — не лише технічна проблема, а й необхідність для здорового розвитку екосистеми Ethereum.

Rollups: хитрий технічний хід

Зіткнувшись із проблемою масштабування, спільнота Ethereum визначила чіткий напрямок: не збільшувати навантаження основного ланцюга (що призведе до зростання витрат на підтримку вузлів і посилить централізацію), а використовувати рішення другого рівня (Layer 2).

Серед багатьох технологій Layer 2 — Plasma, state channels тощо — особливе місце займають Rollups завдяки своїй витонченій концепції. Їхня ідея — елегантне «перенесення»:

Обчислення більшості транзакцій з основного ланцюга Ethereum на окремий «ланцюг Rollups». Ці ланцюги — цілком незалежні блокчейни, але тісно пов’язані з основною мережею. На ланцюгах Rollups транзакції швидко виконуються та обробляються. Після обробки дані агрегуються та стискаються, а потім у пакетах передаються назад до основного ланцюга для остаточної верифікації.

Головна перевага — подвійний підхід: обчислення відбувається поза ланцюгом (зменшуючи навантаження на основний ланцюг), а обсяг даних, що передаються, значно зменшується (ще більше знижуючи навантаження на мережу). В результаті — значне підвищення ефективності: TPS зростає з 15 до 1000, Gas-комісії з 4500 до приблизно 300 одиниць, зниження понад 93%.

Щоб реалізувати цю технологію, потрібен «посередник»: смарт-контракт, який з’єднує ланцюги Rollups із основною мережею. Його завдання — сприяти передачі активів і, що важливіше, перевіряти, що все, що відбувається в Rollups, відповідає правилам.

Optimistic Rollups vs ZK-Rollups: боротьба двох шляхів масштабування

Хоча базова структура Rollups є єдиною, реалізація має суттєві відмінності. Спільнота активно обговорює два різні підходи, кожен із яких має свої плюси та мінуси.

Optimistic Rollups: швидке додавання у ланцюг — оптимістичний підхід

Optimistic Rollups використовують механізм, що називається «злочинна доведення» (fraud proof). Його суть — досить проста: вони не виконують обчислення, а після обробки транзакцій публікують дані безпосередньо у основний ланцюг і припускають, що дані правильні — звідси й назва «Optimistic» (оптимістичний).

Як перевірити цю оптимістичну гіпотезу? Тут і вступає у гру «злочинна доведення».

У системі передбачено механізм оскарження. Кожен учасник, що хоче подати пакет транзакцій у основний ланцюг, має внести ETH-заставу. Якщо у мережі хтось виявить шахрайство або недійсну транзакцію, він може подати доведення шахрайства (також із заставою). Тоді цей пакет транзакцій буде повторно виконаний і перевірений у Ethereum. Якщо шахрайство підтвердиться, заставу шахрая конфіскують (вони втрачають кошти), а той, хто подав доведення, отримує частину нагороди. Така двонапрямна мотивація забезпечує чесність і карає зловмисників.

Зараз у роботі два основних протоколи Optimistic Rollups: Optimism і Arbitrum. Вони використовують трохи різні технічні підходи і мають різний рівень популярності серед користувачів.

Але у Optimistic Rollups є один критичний недолік — час підтвердження. Перед остаточним підтвердженням транзакції потрібно чекати достатньо довго, щоб мережа могла провести перевірку доведень шахрайства. Це може тривати кілька днів, іноді навіть понад два тижні. Тобто ваша транзакція, здавалося б, завершена, але справжня «кінцівка» настає дуже повільно. Для застосунків, що потребують миттєвої реакції, це неприпустимо.

ZK-Rollups: кінцева технологія з нульовими знаннями

Через час підтвердження у Optimistic Rollups з’явилася більш складна, але й більш елегантна технологія — ZK-Rollups (Zero-Knowledge Rollups).

ZK-Rollups використовують технологію «з нульовими знаннями». Її суть — обчислення та зберігання даних відбувається поза ланцюгом, але система генерує спеціальний математичний доказ. Цей доказ має дивовижну властивість: він може довести правильність пакету транзакцій без розкриття їхнього змісту. Мовляв, ти можеш довести іншому, що «знаєш секрет», не розкриваючи його.

Ця технологія має революційний ефект: транзакції можна перевіряти або відхиляти миттєво, без очікування. Крім того, обсяг даних, що передаються у основний ланцюг, зменшується, що ще більше знижує Gas-комісії. На технічному рівні, ніхто не зможе подати шахрайські або зловмисні транзакції — правила закодовані у самій математиці.

Завдяки цим перевагам більшість розробників і дослідників Ethereum вважають ZK-Rollups довгостроковим ідеальним рішенням для масштабування. Вони вирішують і проблему часу, і проблему високих Gas-комісій, і забезпечують математичну безпеку.

Але у ZK-Rollups є й очевидні недоліки: проблеми з сумісністю з EVM (Ethereum Virtual Machine). Неповна сумісність означає, що існуючі застосунки на основному ланцюгу не можна просто перенести у Rollups. Розробникам доводиться переписувати код, що ускладнює міграцію екосистеми.

Розуміючи цю проблему, команда ZK-sync (зараз перейменована у zkSync) активно працює над створенням EVM-сумісних ZK-Rollups. Як тільки ця технологія буде реалізована, ZK-Rollups стануть справжньою революцією.

Стан екосистеми Rollups: від багатоланцюгових досліджень до розквіту проектів

У рамках цієї технології вже з’явилися численні інноваційні проекти. Loopring — у сфері ZK-Rollups створив децентралізовані обміни; Hermez — зосереджений на універсальних обчисленнях; Aztec — інтегрує приватність за допомогою нульових знань; Starkware — розробляє більш ефективні системи доведень; zkSync — прагне до EVM-сумісності. Хоча ці проекти використовують різні підходи, всі вони сприяють розвитку екосистеми Rollups.

Майбутнє елегантного масштабування: інтеграція Rollups і дорожня карта Ethereum

Коли ці технології стануть зрілими, перспектива Ethereum зміниться кардинально. На даний момент у основній мережі вже працює сотні DeFi-протоколів, але з поширенням Rollups їх доступність і зручність зростуть у рази. Низькі ціни і швидкі транзакції сприятимуть появі нових проектів і залученню розробників з усього світу.

Ще важливіше — Ethereum має шанс стати першою мережею, яка справді вирішить «триєдину проблему блокчейну». Останнє оновлення — «Злиття» (Merge), яке об’єднує консенсусний рівень (Beacon Chain) і рівень виконання у єдину мережу Ethereum. Наступний етап — шардінг даних, що фактично прискорить і покращить інфраструктуру Rollups.

Інакше кажучи, вся дорожня карта Ethereum орієнтована на Rollups. Кожне оновлення, кожна покращення — спрямовані до однієї мети: зробити Rollups швидшими, дешевшими і зручнішими. Rollups — не лише рішення для поточних проблем масштабування, а й ключова стратегія формування майбутнього Ethereum.

Це означає, що розуміння принципів роботи і розвитку Rollups — це ключ до розуміння майбутнього Ethereum.