Що таке Zk-Rollups? Технологія масштабування другого рівня

TL;DR

• Погана масштабованість блокчейну спричиняє зниження швидкості, підвищення комісії за транзакції та негативний користувацький досвід. Це можливо вирішити за допомогою рішень першого рівня (наприклад, шардинг даних) і другого рівня (наприклад, rollups).

• Рішення першого рівня оновлюють сам блокчейн. Рішення другого рівня створюють додаткову структуру поверх чинного ланцюга.

• Rollups — популярне рішення другого рівня. Вони об’єднують транзакції поза ланцюгом, пришвидшуючи обчислення.

• Zk-rollups — це тип rollup, що використовує криптографічний метод нульових доказів знання (Zk-proofs).

• Zero-knowledge proofs дають змогу верифікувати транзакції без розкриття даних, забезпечуючи цілісність і безпеку.

Проблема масштабованості блокчейну

Із поширенням криптовалют вирішення проблем масштабованості в блокчейн-мережах стало обов’язковим. Перевантажений блокчейн зменшує швидкість і підвищує комісії за транзакції. Для вирішення цієї проблеми використовують два основні підходи: рішення першого рівня та другого рівня.

• Рішення першого рівня: Ці рішення безпосередньо змінюють базову структуру блокчейну, підвищуючи його пропускну здатність. Приклад — шардинг даних. Сегментація блокчейну на окремі сектори збільшує місткість і забезпечує паралельну обробку транзакцій.

• Рішення другого рівня: Ці рішення працюють поверх базового блокчейну. Транзакції обробляють поза ланцюгом, а потім фіксують у базовому ланцюгу. Ключові технології: state channels, sidechains, rollups. Zk-rollups — це різновид rollups із використанням zero-knowledge proofs.

Що таке zk-rollups?

Щоб зрозуміти zk-rollups, треба розібратися в rollups і zero-knowledge proofs.

Що таке rollups?

Rollups дозволяють блокчейну об’єднувати дані транзакцій і обробляти їх поза ланцюгом. Після обробки результат записують у базовий ланцюг. Одночасна обробка численних транзакцій запобігає надмірному зростанню блокчейну й забезпечує швидші й дешевші обчислення. Rollups бувають двох типів — optimistic rollups і zk-rollups.

• Optimistic Rollups: Optimistic rollups базуються на припущенні, що всі транзакції, включені до rollup, коректні. Перед їхнім записом у блокчейн діє період очікування. У цей час мережа може ініціювати спори щодо сумнівних транзакцій. Приклади: Optimism, Arbitrum, opBNB.

• Zk-Rollups: На відміну від optimistic rollups, zk-rollups перевіряють кожну транзакцію за допомогою validation proofs на основі zero-knowledge. Вони складніші у впровадженні, але дозволяють уникнути періоду вирішення спорів і забезпечують швидшу обробку транзакцій.

Що таке zero-knowledge proofs?

Zero-knowledge proofs — це криптографічний інструмент, який дозволяє доказувачу довести верифікатору істинність певного твердження без розкриття деталей цього твердження.

Zero-knowledge proof має три ключові властивості:

1. Повнота: Якщо твердження істинне й обидві сторони діють чесно, proof завжди підтверджує істинність.

2. Достовірність: Хибний proof не зможе переконати чесного верифікатора у хибному твердженні, крім вкрай рідкісних випадків.

3. Zero-knowledge: Найважливіша властивість. Верифікатор отримує лише підтвердження істинності без розкриття змісту.

Як працює zero-knowledge proof? Процес поділяється на три етапи:

• Свідок: Доказувач надає секретну інформацію — «свідка» — верифікатору, доводячи доступ до даних без явного розкриття. Свідок формує перелік питань, відповісти на які можливо лише за наявності proof.

• Виклик: Верифікатор обирає випадкові питання для перевірки proof.

• Відповідь: Доказувач дає правильні відповіді, підтверджуючи достовірність.

Як працюють zk-rollups?

Zk-rollups складаються з двох основних елементів:

• Ончейн-контракти: Смарт-контракти задають правила роботи протоколу zk-rollup. Основний контракт зберігає блоки rollup, обліковує депозити й виконує ключові оновлення. Контракт перевірки валідує згенеровані zero-knowledge proofs.

• Оффчейн віртуальні машини: Віртуальні машини виконують транзакції поза базовим ланцюгом Ethereum на L2. Вони працюють незалежно від ланцюга Ethereum.

Zk-rollups тісно інтегровані з блокчейном Ethereum, але функціонують на окремому рівні. Вони не навантажують Ethereum постійними транзакціями, а передають оптимізовані зведення, залишаючи базовий шар ефективним.

Переваги та недоліки zk-rollups

Переваги zk-rollups

• Підвищена пропускна здатність: Zk-rollups виконують транзакції поза базовим шаром, використовуючи ефективніше обчислення. Оскільки транзакції не обробляють окремо ончейн, загальна пропускна здатність збільшується.

• Зменшення навантаження: Зменшуючи трафік блокчейну, zk-rollups роблять Layer 1 ефективнішим. Повні вузли зберігають тільки zero-knowledge proofs, а не повні дані транзакцій.

• Зниження комісій: Менше навантаження означає й менші комісії за транзакції.

• Безпека: Zk-rollups дозволяють користувачам виводити активи навіть у разі проблем із мережею rollup, що перевершує sidechains, які можуть наражати активи на ризик у разі збоїв мережі.

• Швидкий період оскарження: Для zk-rollups потрібно лише перевірити proof валідності, що прискорює оскарження транзакцій.

Недоліки zk-rollups

• Складність: Головний недолік zk-rollups — складність реалізації. Вони значно складніші для впровадження, ніж optimistic rollups.

• Обмеження базовим шаром: Незважаючи на ефективність, zk-rollups обмежені можливостями базового шару.

• Фрагментація ліквідності: Кожне рішення другого рівня розділяє ліквідність екосистеми. Низька ліквідність на базовому рівні може спричинити проблеми.

Optimistic rollups проти zk-rollups

Підсумок

Масштабованість — «святий Грааль» блокчейн-технологій. Використання неефективної системи не має сенсу. Rollups, як optimistic, так і zk, пропонують ефективне рішення цієї проблеми. Zk-rollups забезпечують вищу швидкість, менше навантаження й кращу безпеку. Вони складні у впровадженні, але їхній потенціал значний. Для всіх, хто цікавиться майбутнім цифрової валюти, розуміння zk-rollups необхідне. Зі зростанням вимог до продуктивності блокчейну настав час вивчити zk-rollups і їхній потенціал для майбутнього.

FAQ

Що таке ZK-Rollups? Як вони забезпечують масштабованість другого рівня?

ZK-Rollups — це рішення для масштабування другого рівня, які пакетують транзакції поза ланцюгом і використовують криптографічні докази для перевірки дійсності перед записом у головний ланцюг. Це забезпечує значне підвищення пропускної здатності та зниження витрат на транзакції.

У чому різниця між ZK-Rollups і Optimistic Rollups?

ZK-Rollups використовують zero-knowledge proofs для миттєвої перевірки транзакцій, що дозволяє швидко здійснювати виведення. Optimistic Rollups вважають транзакції дійсними за замовчуванням, передбачаючи період оскарження тривалістю від кількох днів до тижнів. ZK-Rollups забезпечують кращу безпеку та швидкість, але складніші у впровадженні, а Optimistic Rollups мають нижчі витрати й простішу реалізацію.

Які переваги та недоліки ZK-Rollups у порівнянні з прямими транзакціями в основному ланцюзі?

Переваги: ZK-Rollups зменшують обсяг транзакційних даних, підвищують пропускну здатність і знижують комісії. Недоліки: складність технології, довший час генерації proof і потенційна затримка фіналізації транзакції порівняно з основним ланцюгом.

Які практичні застосування й проєкти ZK-Rollups існують сьогодні?

ZK-Rollups впроваджують проєкти Aztec і Espresso Systems, зосереджені на масштабованості й конфіденційності. Вони підвищують обсяг транзакцій і зберігають приватність користувачів, функціонуючи як Layer 2 для блокчейн-мереж.

Як гарантується безпека ZK-Rollups? Які ризики існують?

ZK-Rollups застосовують криптографічні докази для забезпечення безпеки й мінімізації ризику шахрайства. Основні ризики: складність генерації proof, потенційні вразливості смарт-контрактів і залежність від надійності криптографічних припущень.

Скільки часу потрібно для фінального підтвердження транзакцій за допомогою ZK-Rollups?

Транзакції ZK-Rollups підтверджуються миттєво на Layer 2, а фінальне підтвердження на Layer 1 зазвичай займає приблизно 15 хвилин, оскільки proof надсилають і перевіряють у базовому ланцюзі.

Як ZK-Rollups порівнюються із sidechains, Plasma та іншими рішеннями масштабування?

ZK-Rollups забезпечують вищу безпеку й пропускну здатність, ніж Plasma й sidechains. Вони надають криптографічні докази дійсності транзакцій, що дає змогу швидше фіналізувати й обробляти більший обсяг транзакцій. ZK-Rollups поєднують економічну ефективність із посиленими гарантіями безпеки, що робить їх провідним вибором для Layer 2 масштабування.

Яка роль zero-knowledge proofs у ZK-Rollups?

Zero-knowledge proofs верифікують дійсність транзакцій у ZK-Rollups без розкриття їхніх деталей. Це забезпечує конфіденційність, підвищує безпеку та дозволяє ефективно перевіряти позаланцюгові обчислення на ланцюзі.

Який вплив мають ZK-Rollups на розвиток екосистеми Ethereum?

ZK-Rollups значно підвищують пропускну здатність транзакцій Ethereum і знижують gas fees, сприяючи масштабному зростанню екосистеми та масовому впровадженню завдяки кращій масштабованості й ефективності.