Що таке ZK rollups?

ZK rollups — це прогресивне рішення для масштабування блокчейну другого рівня, призначене для розв'язання проблем масштабованості Ethereum із збереженням високого рівня безпеки та децентралізації. Від самого запуску Ethereum у 2015 році мережа стикається зі зростаючими потребами розробників і користувачів, які впроваджують смартконтракти та децентралізовані застосунки. Проте перевантаження мережі та високі комісії за газ стимулювали спільноту шукати рішення другого рівня, здатні ефективніше обробляти транзакції й водночас не поступатися безпекою Ethereum.

Що таке крипторолап?

Крипторолап — це пакет транзакцій із криптовалютою, які обробляються та перевіряються поза основною мережею блокчейну. Термін походить від практики «rolling up» (згортання) багатьох транзакцій в один пакет. На відміну від операцій, що відбуваються безпосередньо на блокчейнах першого рівня на кшталт Ethereum, ролапи використовують спеціалізоване програмне забезпечення для перевірки та впорядкування даних транзакцій поза блокчейном із подальшим поданням на основний ланцюг.

Робота ролапів полягає в тому, що протоколи другого рівня регулярно надсилають пакети перевірених транзакцій до блокчейну першого рівня для остаточного підтвердження. Для збереження децентралізації та відсутності довіри рішення L2 використовують смартконтракти як мости зв'язку з відповідними блокчейнами L1.

Використання технології ролапів має вагомі переваги. По-перше, обробка транзакцій поза основною мережею суттєво знижує навантаження та зменшує затори в основному блокчейні. По-друге, протоколи ролапів застосовують сучасні методи стиснення, що перетворюють великі обсяги даних на компактні пакети, максимізуючи використання простору в блоках мереж першого рівня. Сукупність цих характеристик забезпечує підвищення ефективності мережі, швидше підтвердження, більшу пропускну спроможність і значно нижчі комісії. Додатково, перенаправлення активності користувачів із основного блокчейну дозволяє ролапам зменшувати ризик блокувань протоколів першого рівня.

Що таке ZK rollup?

ZK rollups, або zero-knowledge proof rollups, застосовують особливу методику перевірки перед передачею пакетів транзакцій до основного блокчейну. Цей підхід передбачає, що спеціалізовані комп’ютери в мережі ZK rollup виконують складні обчислення поза блокчейном, перш ніж передати історію криптовалютних платежів у головний блокчейн. Коли процесори ZK rollup відправляють свої транзакції в основний ланцюг, вони додають validity proof — криптографічний сертифікат, який підтверджує правильність організації та перевірки історії транзакцій.

У системі ZK rollup вузли-валідатори блокчейну першого рівня працюють із «нульовим знанням» про вміст вхідних пакетів транзакцій. Проте validity proofs криптографічно підтверджують, що процесори ZK rollup виконали значну роботу для перевірки цих транзакцій. Це подібно до королівської печатки на офіційному документі: так само як отримувач перевіряє справжність печатки перед прийняттям змісту листа, блокчейни першого рівня перевіряють validity proof перед внесенням платіжних даних до розподіленого реєстру.

Як працює ZK rollup?

ZK rollups працюють за принципом, подібним до proof-of-work у Bitcoin. У моделі PoW майнери використовують потужні комп’ютери для розв’язання складних алгоритмічних задач, створюючи обчислювальний бар’єр проти фальсифікації історії блокчейну. Так само процесори мережі ZK rollup виконують складні криптографічні обчислення для створення validity proof своїх пакетів транзакцій.

Головна різниця між системами ZK rollup і PoW-блокчейнами полягає в місці виконання обчислень. ZK rollups здійснюють валідацію поза основною мережею, значно знижуючи навантаження на головний ланцюг. Крім того, ZK rollups стискають усі дані транзакцій поза блокчейном перед передачею через смартконтракти в основний ланцюг. Незважаючи на архітектурні відмінності, методи перевірки й у ZK rollups, і в PoW-мережах базуються на необхідності підтвердження виконаної роботи.

ZK rollups проти Optimistic rollups

Optimistic rollups — це альтернативне рішення для масштабування другого рівня, що також обробляє транзакції поза блокчейном перед поданням їх у блокчейни першого рівня. Ключова відмінність між ZK rollups і optimistic rollups полягає у філософії перевірки. Optimistic rollups не додають validity proofs до своїх транзакційних даних, а працюють на припущенні, що всі подані записи є чинними — звідси назва «optimistic».

Постає питання: якщо optimistic rollups не перевіряють транзакції наперед, як валідатори першого рівня забезпечують довіру? Хоча процедури різняться між реалізаціями optimistic rollup, усі вони покладаються на fraud proofs замість validity proofs. Оптимістичне припущення не усуває контролю — вузли постійно моніторять аномалії. При виявленні підозрілої транзакції вузол позначає її для внутрішньої перевірки. Історія транзакцій не з’явиться в основному блокчейні до завершення перевірки й відсутності підтверджених випадків шахрайства.

Протоколи optimistic rollup впроваджують економічні стимули та штрафи для запобігання зловмисним діям. Наприклад, вузли мають внести криптовалюту як заставу в bond для подання нових транзакцій або запиту fraud proof. Якщо система другого рівня визнає транзакцію недійсною, заставлену криптовалюту порушника передають учаснику, який виявив проблему.

Optimistic rollups обробляють транзакції повільніше, ніж ZK rollups, оскільки пакети не можуть бути розміщені до завершення fraud-proofing. У деяких випадках користувачі чекають понад тиждень, щоб транзакції optimistic rollup були підтверджені на головному блокчейні, навіть за відсутності спірних записів. Однак optimistic rollups відзначаються більшою гнучкістю у криптоекосистемі через нижчі обчислювальні вимоги. Оскільки optimistic rollups за замовчуванням вважають транзакції дійсними, їм не потрібно витрачати додатковий час і ресурси на створення validity proof для кожної операції.

Переваги та недоліки ZK rollups

ZK rollups — це суттєвий прорив у масштабуванні блокчейну, але це рішення передбачає певні компроміси, які трейдери й розробники повинні враховувати при виборі впровадження ZK rollup.

Переваги ZK rollups

Головною перевагою ZK rollups є максимальний рівень безпеки. На відміну від optimistic rollups, що базуються на теорії ігор і економічних стимулах, ZK rollups не потребують таких механізмів для перевірки транзакцій. Строгі validity proofs у системах ZK rollup гарантують, що в блокчейн першого рівня надходять лише перевірені й криптографічно підтверджені дані.

Ще одна вагома перевага ZK rollups — зниження комісій у мережі. Технологія дозволяє ефективно стискати тисячі криптовалютних транзакцій у мінімальний простір на блокчейнах першого рівня. Це оптимізоване використання сховища на мережах на кшталт Ethereum значно скорочує витрати на обробку транзакцій.

Вища пропускна здатність дає змогу блокчейнам, зокрема Ethereum, значно збільшувати обсяг транзакцій за коротший час завдяки ZK rollup. Також ZK rollups переводять ресурсоємні процеси перевірки з основного ланцюга Ethereum, істотно знижуючи ризик перевантаження мережі.

Недоліки ZK rollups

Незважаючи на переваги, ZK rollups поступаються деяким альтернативам у вартості. Хоча використання ZK rollups дешевше за прямі операції в ланцюгах першого рівня, вони потребують більше обчислювальних ресурсів, ніж альтернативи на кшталт optimistic rollups. Тому комісії в мережах ZK rollup, як правило, трохи вищі, ніж у деяких інших рішеннях другого рівня.

Ще одним викликом для ZK rollups є складність інтеграції з розвиненими програмами. Через надвисоку технічну точність і складність системи ZK rollup менш гнучкі порівняно з optimistic rollups. Розробникам зазвичай простіше переносити свої децентралізовані застосунки Ethereum на платформи optimistic rollup, ніж адаптувати їх під вимоги ZK rollup.

Високі вимоги до обладнання для процесорів ZK rollup потенційно створюють ризики централізації. Через значні апаратні й обчислювальні вимоги кількість учасників мережі ZK rollup менша, ніж в optimistic rollups, що може викликати занепокоєння щодо централізації мережі.

Приклади проєктів ZK rollup

Технологія ZK rollup постійно розвивається, і деякі проєкти вже стали лідерами у цій сфері. Вивчаючи рішення ZK rollup, трейдери та розробники зазвичай звертають увагу на токени і платформи, пов’язані з провідними рішеннями другого рівня на базі ZK rollup.

Polygon, раніше відомий як Matic Network, є комплексним рішенням масштабування другого рівня для Ethereum із широким набором інструментів розробника. Хоча Polygon спочатку прославився proof-of-stake-сайдчейном, зараз платформа пропонує zkEVM, що поєднує переваги безпеки та швидкості ZK rollups у всій екосистемі Ethereum.

StarkWare Industries створила два рішення ZK rollup для розробників Ethereum: StarkEx і StarkNet. StarkEx функціонує як дозволена SaaS-платформа для інтеграції технології ZK rollup у децентралізовані застосунки. Натомість StarkNet — це відкрите програмне рішення, доступне для будь-якого розробника dApp, який прагне впровадити ZK rollup у свій проєкт.

Immutable X — це рішення масштабування другого рівня для Ethereum, орієнтоване на блокчейн-ігри та торгівлю невзаємозамінними токенами із застосуванням технології ZK rollup. Популярні ігри, такі як «Gods Unchained» і «Illuvium», використовують ZK rollup-систему Immutable X для безпеки децентралізованої мережі Ethereum, швидких транзакцій і знижених мережевих комісій.

Висновок

ZK rollups — це потужний прорив у масштабуванні блокчейну, який забезпечує ефективне вирішення проблем масштабованості Ethereum із дотриманням ключових принципів безпеки та децентралізації. Поєднання обробки поза блокчейном із криптографічними validity proofs дає змогу ZK rollups значно прискорити транзакції, підвищити пропускну здатність і знизити комісії — у порівнянні з операціями першого рівня. Попри певні компроміси — вищі обчислювальні вимоги та складність інтеграції порівняно з optimistic rollups — надійна модель безпеки й ефективність ZK rollups робить їх перспективною основою для майбутнього Web3. Із розвитком технології ZK rollup та вдосконаленням реалізацій від лідерів ринку, таких як Polygon, StarkWare і Immutable X, це інноваційне рішення другого рівня набуває все більшої ролі у блокчейн-екосистемі й може стати основним засобом масштабування для Ethereum та інших мереж.

FAQ

Що таке zk rollup?

zk rollup — це рішення масштабування другого рівня, що використовує zero-knowledge proofs для обробки транзакцій поза блокчейном, успадковує безпеку основної мережі, знижує витрати й забезпечує миттєву фіналізацію.

Що означає zk?

zk — скорочення від Zero-Knowledge. Це абревіатура від zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge), криптографічної технології доказів.

Які переваги має ZK rollup?

ZK rollups забезпечують швидку обробку, низькі витрати на газ, масштабованість, підвищену безпеку та покращену взаємодію для блокчейн-мереж.

Яка різниця між optimistic rollups і ZK rollups?

Optimistic rollups припускають чинність транзакцій, доки не буде доведено протилежне, а ZK rollups використовують zero-knowledge proofs для перевірки дійсності транзакцій, підвищуючи конфіденційність і безпеку.