Що таке Rollups і як вони працюють? Вся необхідна інформація

Що таке Rollups? – Огляд

Rollups — це окрема категорія рішень для масштабування другого рівня, створених для вирішення проблем масштабованості блокчейнів. Такі механізми об’єднують транзакції Ethereum поза мережею й надсилають у головну мережу лише докази транзакцій. Такий підхід суттєво зменшує навантаження на основну мережу Ethereum, дозволяючи їй працювати ефективніше та обробляти більший обсяг транзакцій.

Основна мета технології rollup — зменшити перевантаження головної мережі й забезпечити виконання транзакцій із суттєво нижчими витратами. На практиці rollups агрегують багато транзакцій у один блок, обробляють їх поза мережею, а на блокчейн Ethereum першого рівня записують лише необхідні дані та криптографічні докази. Такий механізм зберігає гарантії безпеки, водночас значно підвищуючи пропускну здатність і знижуючи комісії за газ для користувачів.

Виносячи обчислення поза ланцюг, зберігаючи доступність даних у мережі, rollups досягають оптимального балансу між масштабованістю, безпекою і децентралізацією. Це робить їх одними з найбільш перспективних рішень для масштабування блокчейнів, дозволяючи мережам обробляти тисячі транзакцій щосекунди при збереженні безпеки базового шару Ethereum.

Переваги, які надають Rollups

Ефективність витрат

Транзакції у rollup забезпечують значно нижчу вартість у порівнянні з виконанням операцій безпосередньо у головній мережі Ethereum. Останнім часом в Ethereum було впроваджено оновлення Dencun, яке додало proto-danksharding і дало змогу рішенням другого рівня зберігати дані ефективніше за допомогою blob-транзакцій. Унаслідок цього витрати на транзакції у більшості мереж rollup знизилися приблизно на 95%, зробивши взаємодію з блокчейном доступнішою для ширшого кола користувачів.

Таке зниження витрат пояснюється тим, що rollups пакетують сотні або тисячі транзакцій разом, розподіляючи фіксовані витрати на публікацію даних у Layer 1 між багатьма транзакціями. Користувачі отримують вигоду у вигляді комісій за газ, які часто становлять частку цента, тоді як транзакції у головній мережі можуть коштувати кілька доларів і більше у періоди перевантаження мережі.

Масштабованість

Rollups змінюють підхід до масштабованості блокчейнів, обробляючи транзакції поза ланцюгом і записуючи у головну мережу лише мінімальний набір даних. Якщо базовий шар Ethereum здатний обробити близько 15 транзакцій на секунду, то rollup-рішення можуть досягати понад 1 000 транзакцій на секунду, а окремі реалізації — ще вищої продуктивності.

Це досягається за рахунок перенесення обчислювального навантаження з основної мережі, зберігаючи при цьому використання Ethereum для доступності даних і фінального розрахунку. Відокремлення виконання транзакцій від консенсусу дозволяє rollups оптимізувати швидкість обробки, не жертвуючи безпекою, яку забезпечує Layer 1.

Безпека

Rollups успадковують і підтримують надійну модель безпеки Ethereum, що є однією з їхніх головних переваг. Оскільки всі дані транзакцій фіксуються у головній мережі, користувачі та валідатори можуть незалежно перевірити коректність змін стану в rollup. Це забезпечує доступність даних, що дозволяє навіть у разі зловмисних дій операторів або їх відключення відновити повний стан rollup і повернути активи користувачів.

Модель безпеки різниться між типами rollup, але обидва підходи мають сильні криптографічні гарантії. Optimistic rollups застосовують докази шахрайства й економічні стимули, а ZK-rollups використовують докази коректності, що математично гарантують правильність. В обох випадках остаточна безпека базується на механізмі консенсусу Ethereum, що дає користувачам впевненість у захисті їхніх транзакцій однією з найнадійніших блокчейн-мереж.

Сумісність з EVM

Більшість рішень rollup підтримують сумісність із Ethereum Virtual Machine, що є істотною перевагою для розробників і користувачів. Це дозволяє децентралізованим застосункам, створеним для Ethereum, розгортатися на ланцюгах rollup із мінімальними або взагалі без змін у коді смартконтракту.

Сумісність із EVM прискорює розвиток екосистеми, даючи розробникам змогу використовувати існуючі інструменти, бібліотеки та фреймворки. Проєкти можуть безперешкодно мігрувати з головної мережі на рішення Layer 2, зберігаючи користувачів і ліквідність. Це створює єдине середовище для розробки в екосистемі масштабування Ethereum, зменшуючи фрагментацію та підвищуючи композитність між шарами.

Досвід користувача

Рішення rollup суттєво покращують користувацький досвід, поєднуючи вищу продуктивність із нижчими витратами та забезпечуючи модель взаємодії, що наближається до стандартів Web2-додатків. Користувачі отримують майже миттєві підтвердження, мінімальні комісії та зручну інтеграцію з відомими гаманцями та інтерфейсами Ethereum.

Це усуває багато бар’єрів, які раніше стримували розвиток блокчейну. Доступні та швидкі транзакції відкривають нові можливості, що були недосяжні для Layer 1, зокрема мікротранзакції, високочастотний трейдинг і інтерактивний геймінг. У результаті формується більш доступна екосистема блокчейну, готова до широкого впровадження.

Види Rollups

Optimistic Rollups

Optimistic rollups працюють за принципом, що всі надіслані транзакції вважаються валідними за замовчуванням — звідси й назва "optimistic". Однак це супроводжується механізмом перевірки: якщо хтось може довести, що транзакція недійсна, система її відхиляє й карає ініціатора шахрайської транзакції.

На практиці, коли транзакції агрегуються і надсилаються у головну мережу, вони потрапляють у період оскарження, під час якого будь-хто може поставити під сумнів їхню дійсність, надавши доказ шахрайства. Зазвичай цей період триває близько семи днів, після чого транзакції вважаються остаточними й незворотно записуються у стан Ethereum. Якщо протягом цього часу не надходить викликів, транзакції приймаються як валідні і зберігаються постійно.

Такий підхід має декілька переваг, зокрема простішу реалізацію порівняно з доказами з нульовим розголошенням та кращу сумісність із існуючими смартконтрактами Ethereum. Недоліком є тривалий період виведення, оскільки користувачам потрібно чекати завершення вікна оскарження, перш ніж перемістити активи назад у головну мережу.

Популярні Optimistic Rollups:

• Arbitrum: Це рішення працює на Arbitrum Virtual Machine, яка забезпечує повну сумісність із EVM і впроваджує оптимізації для підвищення продуктивності. Arbitrum — одна з провідних Layer 2-мереж із великою заблокованою вартістю та широким спектром DeFi-протоколів і застосунків.

• OP Mainnet: Запущена на ранньому етапі розвитку Layer 2, OP Mainnet стала однією з найбільших екосистем Layer 2. Вона першою впровадила модель Optimistic rollup і досі впроваджує інновації у сфері управління та розвитку екосистеми.

• Base: Розроблена й запущена провідною криптобіржею, Base швидко стала другою за обсягом заблокованої вартості Layer 2-мережею після Arbitrum. Інтеграція з інфраструктурою централізованої біржі сприяла залученню користувачів і ліквідності, що забезпечило її швидке зростання.

ZK-Rollups (Zero-Knowledge Rollups)

ZK-rollups використовують принципово інший підхід до перевірки транзакцій: усі операції вважаються недійсними, доки їх коректність не підтверджено криптографічними доказами. Замість припущення валідності й подальших оскаржень, ZK-rollups вимагають від валідаторів генерувати докази з нульовим розголошенням, які математично підтверджують правильність переходів стану перед поданням у Layer 1.

Такий механізм дає низку переваг порівняно з оптимістичними підходами. Найголовніше — майже миттєва фіналізація, адже транзакції криптографічно перевіряються до подання у Ethereum. Користувачам не потрібно чекати завершення періоду оскарження, що дозволяє швидше виводити кошти та підвищує ефективність використання капіталу. Крім того, криптографічна природа доказів коректності дає вищі гарантії безпеки, адже недійсні транзакції не можуть бути надіслані у головну мережу.

Недоліком є підвищена складність: генерування доказів з нульовим розголошенням вимагає складних криптографічних обчислень і спеціалізованого обладнання, що ускладнює впровадження й експлуатацію ZK-rollups. Проте постійні дослідження та розробки підвищують ефективність створення доказів і знижують ці технічні бар’єри.

Популярні ZK-Rollups:

• zkSync Era: Запущений у нещодавні роки як Layer 2 ZK-rollup, zkSync Era отримав значне поширення в екосистемі. Він забезпечує сумісність із EVM через реалізацію zkEVM, дозволяючи розробникам Ethereum розгортати застосунки з мінімальними змінами та отримувати переваги криптографічної безпеки.

• Starknet: Це рішення використовує власні технології, зокрема STARKs (Scalable Transparent ARguments of Knowledge), для ефективного створення й перевірки доказів. Архітектура Starknet усуває посередників із процесу перевірки транзакцій, створюючи більш прямий і ефективний механізм масштабованої обробки транзакцій.

• Polygon zkEVM: Розроблений у рамках екосистеми Polygon, цей ланцюг підтримує повну сумісність із Ethereum Virtual Machine та використовує докази з нульовим розголошенням для перевірки. Завдяки цьому проєкти можуть мігрувати з головної мережі чи інших Layer 2-рішень і отримувати переваги технології ZK-rollup.

Fraud Proofs проти Validity Proofs

Fraud Proofs (Optimistic Rollups):

Optimistic rollups використовують докази шахрайства як основний механізм безпеки. У цій моделі всі транзакції спочатку вважаються валідними й публікуються у головній мережі без негайної перевірки. Після кожного пакета транзакцій відкривається період оскарження тривалістю близько семи днів, упродовж якого будь-хто в мережі може перевірити транзакції та подати доказ шахрайства, якщо виявить некоректну зміну стану.

Після подання доказу шахрайства протокол rollup проводить перевірку у головній мережі, щоб визначити обґрунтованість оскарження. Якщо доказ доводить недійсність транзакції, rollup виключає її із системи, а секвенсер або валідатор отримує покарання. Така система економічних стимулів стримує зловживання, забезпечуючи ефективну обробку транзакцій.

Механізм Fraud Proofs дозволяє Optimistic rollups досягати високої пропускної здатності та низьких витрат, адже не потрібні складні криптографічні обчислення для кожної операції. Проте тривалий період оскарження створює незручності для користувачів, які хочуть вивести активи, — їм доводиться чекати фіналізації перед поверненням коштів у Layer 1.

Validity Proofs (ZK-Rollups):

ZK-rollups застосовують докази коректності, що становлять принципово іншу модель безпеки. Тут кожна транзакція вважається недійсною, доки її правильність не буде математично доведена криптографією з нульовим розголошенням. Перед поданням будь-якого пакета у Layer 1 оператори ZK-rollup повинні створити докази, які підтверджують правильність усіх змін стану.

Далі ці докази перевіряються у головній мережі Ethereum, що дає негайну криптографічну впевненість у валідності всіх транзакцій. Це усуває потребу у періодах оскарження, адже недійсні операції взагалі не можуть потрапити у головний ланцюг. У результаті підвищується швидкість фіналізації, ефективніше використовується капітал і посилюються гарантії безпеки.

Докази коректності використовують передові криптографічні технології, такі як zk-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge) та zk-STARKs. Хоча їх створення вимагає значних обчислювальних ресурсів, перевірка на Layer 1 надзвичайно ефективна і потребує мінімальних витрат газу. Це дозволяє ZK-rollups поєднувати високий рівень безпеки та масштабованість.

Практичне застосування

DeFi

Децентралізовані фінанси — один із найважливіших напрямків застосування технології rollup, де провідні Layer 2-мережі акумулюють значну частку ринку. Найбільші рішення разом володіють орієнтовно двома третинами всієї ліквідності екосистем Layer 2 DeFi, що демонструє перехід фінансової активності з головного ланцюга на більш ефективні рішення масштабування.

Великі DeFi-протоколи активно розвиваються у цих екосистемах, пропонуючи ефективні сервіси для торгівлі й кредитування. Децентралізовані біржі отримують зниження транзакційних витрат і збільшену пропускну здатність, що дозволяє впроваджувати лімітні ордери й складні стратегії, які були надто дорогими для основної мережі. Кредитні протоколи пропонують конкурентні ставки через зменшення операційних витрат, а агрегатори дохідності реалізують складні стратегії з частим ребалансуванням.

Низькі комісії та швидкі транзакції дозволили впроваджувати нові DeFi-механізми, які раніше були неможливі на Layer 1, зокрема мікрокредитування, високочастотний арбітраж і автоматизоване управління портфелями. Це сприяє подальшому розвитку і експериментам у DeFi-секторі.

NFT-маркетплейси та геймінг

Геймінг і NFT-маркетплейси — ключові сфери застосування технології rollup, адже такі сервіси потребують високої пропускної здатності й мінімальних комісій для якісного користувацького досвіду. Ігрові платформи генерують значну кількість мікротранзакцій — купівлі предметів, ігрові дії, розподіл винагород, — які на Layer 1 були б занадто дорогими.

З’явилося низка спеціалізованих рішень rollup для геймінгу й NFT, окремі платформи стали провідними Web3-геймінг екосистемами. Вони обслуговують десятки ігор і мільйони транзакцій, демонструючи ефективність блокчейн-геймінгу за наявності відповідної інфраструктури масштабування.

NFT-маркетплейси також значно виграють від rollup, адже нижча вартість випуску й торгівлі токенами робить економічно доцільним створення та обмін недорогими цифровими колекційними активами. Це розширює NFT-ринок за межі високовартісного мистецтва і колекціонування, охоплюючи ігрові активи, віртуальну нерухомість і соціальні токени.

Корпоративні кейси

Корпоративні застосування — новий напрямок впровадження rollup, оскільки бізнесу потрібна висока пропускна здатність і низькі витрати для обслуговування великих аудиторій. Такі сценарії часто передбачають обробку тисяч чи мільйонів транзакцій щодня, тому розгортання у головній мережі може бути економічно невигідним через витрати й обмеження масштабованості.

Великі фінансові інституції досліджують і впроваджують технологію rollup для різних задач. Наприклад, провідні платіжні процесори інтегрували Layer 2-рішення у свою інфраструктуру для розрахунків на блокчейні. Це демонструє потенціал rollups для поєднання традиційних фінансів із блокчейном, забезпечуючи переваги розподілених реєстрів із необхідною продуктивністю для масового використання.

Інші корпоративні сценарії застосування — відстеження ланцюгів постачання, програми лояльності, токенізоване управління активами — всі вони отримують вигоду від масштабованості та економії, що дають rollup-рішення.

Виклики та обмеження Rollups

Проблеми з доступністю даних:

Одна з головних проблем — гарантії доступності даних. Більшість rollups публікують дані транзакцій у головній мережі Ethereum, але частина реалізацій досліджує альтернативні способи збереження даних, щоб ще більше знизити витрати. Такі підходи додають нові припущення щодо довіри, бо користувачі мають покладатися на сторонні сервіси для збереження доступу до транзакційних даних.

Якщо доступність даних буде порушена, користувачі не зможуть відновити стан rollup чи підтвердити свої активи. Через це у спільноті тривають дискусії про компроміси між зниженням витрат і гарантіями безпеки. Для вирішення цих питань розвиваються комітети доступності даних і спеціалізовані шари доступності даних.

Затримки виведення у Optimistic Rollups:

Семиденний обов’язковий період виведення в optimistic rollups створює незручності для користувачів, які хочуть повернути активи у головну мережу. Затримка зумовлена необхідністю часу для подання і перевірки доказів шахрайства, але вона впливає на зручність і ефективність використання капіталу.

Для вирішення цієї проблеми з’явилися постачальники ліквідності й швидкі містки, які дають миттєву ліквідність в обмін на комісії, але такі рішення містять додаткові витрати й припущення щодо довіри. Затримка виведення лишається одним із основних недоліків optimistic rollups порівняно з альтернативами на основі ZK-rollup.

Складність технології ZK-Rollup:

ZK-rollups використовують складні криптографічні механізми, що створює значну технічну складність. Генерація доказів з нульовим розголошенням потребує спеціальних знань, складного програмного забезпечення й часто спеціального апаратного забезпечення. Це створює бар’єри для розробників і операторів, обмежуючи децентралізацію ZK-rollup-мереж.

Крім того, криптографічні припущення, що лежать в основі доказів з нульовим розголошенням, потребують ретельної аналітики та аудиту. Попри теоретичну безпеку, вразливості реалізації або криптографії можуть становити ризик. Через відносну новизну цих технологій екосистема продовжує розвиватися й виявляти потенційні проблеми.

Ризики централізації:

Багато сучасних реалізацій rollup покладаються на централізованих секвенсерів для впорядкування й пакетування транзакцій. Це забезпечує ефективність і простоту, але створює ризики централізації та потенційні точки відмови. Зловмисний або скомпрометований секвенсер може цензурувати транзакції, отримувати вигоду за рахунок їх порядку чи спричинити перебої у роботі.

Екосистема rollup активно розробляє механізми децентралізації: розподілені мережі секвенсерів, протоколи вибору лідера, гарантії запобігання цензурі. Але досягнення стійкої децентралізації при збереженні продуктивності лишається викликом для галузі.

FAQ

Що таке Rollups і як вони допомагають вирішити проблеми масштабування блокчейнів?

Rollups — це рішення для масштабування, які обробляють транзакції поза ланцюгом, а дані публікують у мережі, суттєво підвищуючи пропускну здатність. Вони пакетують багато транзакцій разом, розвантажують основний ланцюг і зменшують комісії, гарантуючи безпеку через верифікацію даних у мережі.

У чому різниця між Optimistic Rollups і ZK Rollups?

Optimistic Rollups вважають транзакції валідними за замовчуванням і перевіряють лише сумнівні, а ZK Rollups використовують докази з нульовим розголошенням для перевірки всіх транзакцій. Optimistic Rollups забезпечують нижчі витрати, але мають довший період виведення, тоді як ZK Rollups дають сильнішу безпеку й швидшу фіналізацію, але вимагають більше обчислювальних ресурсів.

Які переваги та недоліки роботи з Rollups порівняно з транзакціями в основному ланцюзі?

Переваги: менші витрати на транзакції, більша пропускна здатність, швидші підтвердження. Недоліки: відкладена фіналізація, залежність від безпеки головної мережі, менша екосистема. Rollups оптимізують швидкість і вартість, зберігаючи достатній рівень безпеки.

Як забезпечується безпека Rollups? Які існують ризики?

Безпека Rollups ґрунтується на вузлах L2 або верифікаційних контрактах на L1. OP Rollups вимагають чесних вузлів для публікації доказів шахрайства. ZK Rollups використовують криптографічну перевірку на L1. Серед ризиків — можливе шахрайство, питання довіри до комітетів та вразливості смартконтрактів.

Які основні проєкти Rollup, такі як Arbitrum, Optimism і StarkNet?

До основних рішень Rollup належать Arbitrum, Optimism, Base, Starknet і zkSync. Вони підвищують ефективність і масштабованість транзакцій, обробляючи їх поза мережею і фіналізуючи на Ethereum, що значно підвищує пропускну здатність і знижує витрати для користувачів.

Як Rollups взаємодіють із головною мережею Ethereum та здійснюють переказ активів?

Rollups переміщують активи у смартконтракти, а потім обробляють транзакції поза мережею пакетами і підсумовують їх для подання у головний ланцюг. Це забезпечує безпеку, ефективне масштабування і переказ активів.

Наскільки змінюються вартість і швидкість транзакцій у Rollups порівняно з Layer 1?

Rollups суттєво оптимізують вартість і швидкість транзакцій завдяки стисненню даних. У порівнянні з Layer 1 комісії можуть бути у 3–8 разів нижчими, а швидкість транзакцій зростати у десятки разів, що радикально підвищує ефективність мережі.