Что такое Zk-Rollups? Технология масштабирования уровня 2

Кратко

• Недостаточная масштабируемость блокчейна приводит к снижению скорости, росту комиссий и ухудшению пользовательского опыта. Решения уровня 1 (например, шардирование данных) и уровня 2 (например, rollups) помогают справиться с этими проблемами.

• Решения уровня 1 модернизируют сам блокчейн, решения уровня 2 создают дополнительный слой поверх действующей цепочки.

• Rollups — востребованное решение уровня 2; они группируют транзакции вне сети для ускоренной обработки.

• Zk-rollups — разновидность rollup, использующая криптографию на основе zero-knowledge proofs (zk-proofs).

• Zero-knowledge proofs позволяют проверять транзакции без раскрытия исходных данных, обеспечивая их целостность и безопасность.

Проблема масштабируемости блокчейна

С ростом популярности криптовалют стало жизненно важно решать вопросы масштабируемости блокчейн-сетей. Перегруженный блокчейн работает медленно, а комиссии увеличиваются. Для решения этой задачи применяют две основные архитектуры: решения уровня 1 и уровня 2.

• Решения уровня 1: Такие решения напрямую обновляют структуру блокчейна, чтобы повысить его пропускную способность. Пример — шардирование данных. Разделяя цепочку на отдельные сегменты, система может обрабатывать больше транзакций одновременно.

• Решения уровня 2: Эти решения работают поверх основной цепочки. Транзакции здесь обрабатываются вне сети и затем объединяются на базовом уровне. Ключевые технологии: state channels, сайдчейны, rollups. Zk-rollups — разновидность rollup, использующих zero-knowledge proofs.

Что такое zk-rollups?

Чтобы разобраться, что такое zk-rollups, важно понять, как работают rollups и zero-knowledge proofs.

Что такое rollups?

Rollups позволяют агрегировать транзакции и обрабатывать их вне основной цепочки. После обработки результаты записываются в базовый блокчейн. Такой подход предотвращает рост цепочки, ускоряет и удешевляет вычисления. Существуют два типа rollups: optimistic и zk-rollups.

• Optimistic rollups: Предполагают, что все агрегированные транзакции корректны. Перед записью данных в блокчейн предусмотрен период ожидания, когда сеть может оспорить подозрительные операции. Примеры: Optimism, Arbitrum, opBNB.

• Zk-rollups: В отличие от optimistic rollups, здесь каждая транзакция проверяется через zero-knowledge proofs. Хотя реализация сложнее, zk-rollups позволяют обходиться без периода оспаривания и обеспечивают более быструю обработку.

Что такое zero-knowledge proofs?

Zero-knowledge proofs — криптографический инструмент, позволяющий одной стороне (доказатель) убедить другую (верификатор) в истинности утверждения без раскрытия подробностей.

Zero-knowledge proof должен отвечать трём критериям:

1. Полнота: Если утверждение верно и стороны честны, доказательство всегда подтвердит это.

2. Корректность: Ложное доказательство не сможет убедить честного верификатора в ложном утверждении, кроме крайне редких случаев.

3. Нулевое раскрытие: Верификатор узнаёт только факт истинности утверждения, не получая сведений о его содержании.

Как это работает? Процесс состоит из трёх этапов:

• Свидетель: Доказатель предоставляет секретную информацию — «свидетеля» — чтобы подтвердить доступ к данным без их раскрытия. Свидетель формирует набор вопросов, ответить на которые можно только при наличии действительного доказательства.

• Вызов: Верификатор выбирает случайные вопросы.

• Ответ: Правильные ответы подтверждают достоверность доказательства.

Как работают zk-rollups?

У zk-rollups два ключевых компонента:

• Смарт-контракты on-chain: Определяют правила работы протокола zk-rollup. Главный контракт хранит блоки rollup, отслеживает депозиты и вносит изменения. Контракт-проверяющий валидирует zero-knowledge proofs.

• Виртуальные машины off-chain: Обрабатывают транзакции вне основной сети Ethereum на уровне L2. Они действуют независимо от основной цепочки.

Zk-rollups тесно связаны с блокчейном Ethereum, но работают на отдельном уровне. Они не перегружают сеть постоянными транзакциями, а передают итоговые данные, сохраняя производительность базового уровня.

Преимущества и недостатки zk-rollups

Преимущества zk-rollups

• Рост пропускной способности: Транзакции обрабатываются вне основной сети, что увеличивает общий throughput.

• Снижение нагрузки: Zk-rollups уменьшают трафик в блокчейне и позволяют полным узлам хранить только zero-knowledge proofs вместо всех данных.

• Снижение комиссий: Благодаря меньшей загруженности комиссии уменьшаются.

• Безопасность: Пользователи могут вывести средства даже при сбоях в rollup-сети, в отличие от сайдчейнов, где возможна потеря активов.

• Быстрый период оспаривания: Проверка требуется только для валидности rollup-доказательства, что ускоряет подтверждение транзакций.

Недостатки zk-rollups

• Сложность: Реализация zk-rollups значительно сложнее по сравнению с optimistic rollups.

• Ограничения базового уровня: Zk-rollups зависят от ограничений основной цепочки.

• Фрагментация ликвидности: Каждый уровень 2 рассеивает ликвидность; низкая ликвидность на базовом уровне может вызвать проблемы.

Сравнение: optimistic rollups и zk-rollups

Выводы

Масштабируемость — «святой Грааль» блокчейна. Нет смысла использовать систему, если она неэффективна. Rollups — как optimistic, так и zk — предлагают изящное решение. Zk-rollups обеспечивают скорость, снижают нагрузку и усиливают безопасность. Несмотря на сложности, их потенциал огромен. Для будущего цифровых валют важно понимать zk-rollups. В поиске оптимального блокчейна пришло время разобраться в возможностях zk-rollups.

FAQ

Что такое ZK-Rollups? Как они обеспечивают масштабируемость уровня 2?

ZK-Rollups — это решения для масштабирования уровня 2, которые группируют транзакции вне цепочки и используют криптографические доказательства для проверки их корректности перед занесением в основную сеть, что существенно увеличивает throughput и снижает комиссии.

В чем разница между ZK-Rollups и Optimistic Rollups?

ZK-Rollups моментально подтверждают транзакции с помощью zero-knowledge proofs, обеспечивая быстрый вывод средств. Optimistic Rollups предполагают корректность транзакций по умолчанию и требуют периода оспаривания. ZK-Rollups более безопасны и быстры, но сложнее; Optimistic Rollups проще и дешевле.

Каковы преимущества и недостатки ZK-Rollups по сравнению с транзакциями в основной сети?

Преимущества: меньше данных, выше throughput, ниже комиссии. Недостатки: техническая сложность, больше времени на генерацию доказательств, возможная задержка финальности относительно основной сети.

Какие проекты используют ZK-Rollups и каковы их практические применения?

ZK-Rollups внедрены в Aztec и Espresso Systems, где они увеличивают масштабируемость и приватность, позволяя обрабатывать больше транзакций и сохранять конфиденциальность пользователей на уровне 2.

Как обеспечивается безопасность ZK-Rollups? Какие существуют риски?

ZK-Rollups используют криптографические доказательства для защиты и снижения рисков мошенничества. Основные риски связаны со сложностью генерации доказательств, возможными уязвимостями смарт-контрактов и криптографическими предпосылками.

Сколько времени требуется для финального подтверждения транзакций через ZK-Rollups?

На уровне 2 транзакции подтверждаются мгновенно, а финальное подтверждение на уровне 1 занимает около 15 минут из-за проверки доказательств.

Как ZK-Rollups соотносятся с сайдчейнами, Plasma и другими решениями масштабирования?

ZK-Rollups обеспечивают большую безопасность и throughput, чем Plasma и сайдчейны, предоставляя криптографические доказательства валидности, ускоряя финализацию и увеличивая масштаб обработки. Это оптимальное решение для уровня 2.

Какова роль zero-knowledge proofs в ZK-Rollups?

Zero-knowledge proofs подтверждают валидность транзакций в ZK-Rollups без раскрытия деталей, обеспечивая приватность, безопасность и эффективную проверку вне сети на блокчейне.

Как ZK-Rollups влияют на развитие экосистемы Ethereum?

ZK-Rollups существенно увеличивают throughput Ethereum и снижают комиссии, что способствует масштабированию экосистемы и массовому внедрению благодаря высокой эффективности.