Twee interessante oplossingen zijn naar voren gekomen in de voorhoede van Layer 2 schaaltechnologieën terwijl het Ethereum netwerk worstelt met schaalbaarheid: Optimistische Rollups en Zero-Knowledge (ZK) Rollups. Door transacties off-chain te verwerken, proberen deze ontwikkelingen de kosten te verlagen en de doorvoer te verhogen, waardoor ze de congestie op het Ethereum-mainnet verminderen. Hun impact in de Layer 2-ruimte is merkbaar, omdat ze verschillende oplossingen bieden voor hetzelfde probleem en discussies starten onder investeerders en ontwikkelaars.
De capaciteit van het Ethereum-netwerk heeft onder ongekende druk gestaan sinds de opkomst van gedistribueerde financiën (DeFi) en non-fungible tokens (NFT's). Gegevens van Etherscan laten zien dat de gemiddelde gaskosten zijn gestegen in tijden van hoge vraag, soms tot niveaus die normale gebruikers onaanvaardbaar zouden vinden. Dit benadrukt de urgentie voor verstandige schaaloplossingen.
"Rollups worden momenteel gepositioneerd als de enige vertrouwenloze schaaloplossing voor Ethereum op korte tot middellange termijn, en misschien zelfs op lange termijn," benadrukte medeoprichter van Ethereum Vitalik Buterin in een blogpost over Layer 2-oplossingen.
De focus op de voorgrond is geleid door deze onderschrijving en zijn nu fundamenteel op de routekaart van Ethereum.
Zowel Optimistische Rollups als ZK-Rollups sturen verschillende transacties samen in één batch naar het Ethereum-mainnet. Ze behalen echter op heel verschillende manieren veiligheid en validatie. Belanghebbenden die bouwen aan of investeren in het Ethereum-ecosysteem moeten eerst deze verschillen begrijpen.
Dit document onderzoekt de mechanica van rollups, bekijkt de specifieke kenmerken van Optimistische Rollups en ZK-Rollups, vergelijkt hun voordelen en nadelen, en onderzoekt hun huidige en toekomstige toepassingen. Lezers zouden hierdoor een grondig inzicht in deze technologieën moeten hebben en hoe ze de toekomst van Ethereum al met al zullen beïnvloeden.
Wat Zijn Rollups?
In essentie zijn rollups Layer 2 schaaloplossingen bedoeld om transacties off-chain te verwerken en vervolgens een gecomprimeerde versie van de gegevens terug naar het mainnet te leveren, waardoor de doorvoer van blockchain-systemen zoals Ethereum wordt verhoogd. Het verminderen van de computationele en opslagbelasting op de main blockchain is het hoofddoel; bijgevolg wordt de schaalbaarheid verhoogd zonder de beveiliging te compromitteren.
Rollups combineren verschillende transacties in één batch, en aggregeren of "rollen op" veel waarden. Deze batch wordt dan off-chain uitgevoerd en de resulterende staat wordt terug geüpload naar het mainnet. Rollups kunnen daardoor theoretisch een transactie-doorvoer bereiken die orders van grootte hoger is dan wat haalbaar is op het Ethereum-mainnet alleen.
Na Ethereum Improvement Proposal (EIP) 4844, ook bekend als Proto-Danksharding, trok het idee veel interesse omdat het probeert de gegevenskosten te verlagen en daarom rollups meer effectief te maken. Dit voorstel, onder anderen, heeft rollups als een sleutelelement van Ethereum's schaalstrategie bevestigd.
Roll-ups maken gebruik van de vertrouwbaarheid van het Ethereum netwerk. Het plaatsen van transactiegegevens of bewijzen terug naar het mainnet garandeert dat gebruikers mogen vertrouwen op de inherente beveiligingsgaranties van Ethereum, zelfs als de Layer 2 oplossing zou worden gehackt. Dit is een cruciale eigenschap die rollups onderscheidt van sidechains of andere Layer 2-oplossingen met mogelijk minder beveiligingsmechanismen.
Volgens een analyse van ConsenSys zouden roll-ups de transactie-doorvoer van Ethereum kunnen verhogen van ongeveer 15 transacties per seconde (TPS) tot vele duizenden TPS. Voor toepassingen zoals gedistribueerde exchanges (DEX's), gaming platforms, en high-frequency trading systemen—dat wil zeggen, voor applicaties die grote schaalbaarheid vereisen—maakt dit ze tot een interessante oplossing.
Roll-ups zijn ook naadloos compatible met Ethereum's slimme contractkenmerken. Contracten die samenwerken met Layer 2 oplossingen laten ontwikkelaars geavanceerde functies creëren zonder de mainnet te belasten. De uitvoering van roll-ups over verschillende toepassingen hangt af van deze compatibiliteit.
Roll-ups bieden echter niet geen uitdagingen. Ze kunnen complicaties met gegevensbeschikbaarheid en interoperabiliteit met bestaande Ethereum-tools met zich meebrengen, en vereisen dat gebruikers en ontwikkelaars nieuwe technologieën omarmen. Een andere voortdurende kwestie is het waarborgen van decentralisatie en het vermijden van centrale punten van falen in roll-up systemen.
Wat Zijn Optimistische Rollups?
Optimistische Rollups zijn een soort roll-up die ervan uitgaat dat transacties standaard geldig zijn, vandaar de term 'optimistisch'. Ze voeren alleen berekeningen uit—meer bepaald verificatie—als er binnen een bepaalde challenge-periode een fraude-bewijs wordt ingediend. Aangezien transacties niet individueel hoeven te worden geverifieerd tenzij fraude wordt vermoed, stelt deze optimistische veronderstelling hogere schaalbaarheid mogelijk.
Het fundamentele proces hangt af van een challenge-periode waarbinnen iedereen de geldigheid van een transactie kan uitdagen door een bewijs van fraude te leveren. Mocht een frauduleuze transactie worden ontdekt, dan keert het systeem terug en kan de kwaadwillende actor worden beboet. Dit systeem handhaaft beveiliging door afhankelijk te zijn van speltheoretische ideeën en het bevorderen van integriteit.
Oorspronkelijk ontwikkeld met Ethereum Virtual Machine (EVM) compatibiliteit, kunnen optimistische roll-ups Ethereum slimme contracten uitvoeren met weinig wijziging vereiste. Voor ontwikkelaars die huidige apps willen introduceren op Layer 2-oplossingen zonder grote herschrijvingen, vereenvoudigt deze compatibiliteit de overgang.
Eén van de toonaangevende implementaties van Optimistische Rollups is Optimism. Het Optimism-team claimt dat hun oplossing gaskosten met 10 tot 100 keer kan verminderen dan de Ethereum-mainnet.
Ontwikkeld door Offchain Labs, is Arbitrum een ander bekend initiatief met grote interesse en acceptatie vanwege zijn sterke eigenschappen en ontwikkelaar-vriendelijke omgeving.
Optimistische roll-ups hebben echter bepaalde nadelen. Bij het terugtrekken van fondsen naar de Ethereum-mainnet introduceert de challenge-periode—die meerdere uren tot een week kan duren— latentie. Voor degenen die onmiddellijke liquiditeit nodig hebben, kan deze vertraging problematisch zijn. Om dit probleem op te lossen, zijn oplossingen zoals snelle exitsystemen of liquiditeitsverschaffers in ontwikkeling maar voegen niveaus van complexiteit toe.
Bovendien is de beveiliging van Optimistische Rollups afhankelijk van de veronderstelling dat er, indien nodig, ten minste één eerlijk participant zal zijn om fraude te bewijzen. Hoewel dit model sterk is, is het niet perfect in alle opzichten. Onder voorwaarden van collusie of afwezigheid van eerlijke deelnemers kan het systeem kwetsbaar zijn.
Optimistische roll-ups hebben ondanks deze belemmeringen een redelijk wijdverbreide acceptatie gezien. Eén van de grootste gedistribueerde exchanges, Uniswap, bijvoorbeeld, heeft zich op Optimism gevestigd met als belangrijkste voordelen lagere kosten en meer doorvoer. Deze actie heeft gebruikers van Uniswap met minder frictie laten handelen, zo de toegankelijkheid van het platform verbeterend.
Wat Zijn Zero-Knowledge Rollups?
Zero-Knowledge Rollups, of ZK-Rollups, benaderen dit anders door het gebruik van cryptografische bewijzen om transacties te valideren. Ze creëren specifiek korte, niet-interactieve zero-knowledge bewijzen (SNARKs of STARKs) die de transactiecorrectheid bevestigen zonder dat verdere informatie te onthullen. Dit systeem garandeert dat elke transactie legitiem is en doet de noodzaak voor een challenge-periode weg.
Transacties in een ZK-rollup worden off-chain afgehandeld en samen met een geldigheidsbewijs naar de Ethereum-mainnet gestuurd. Het mainnet slimme contract garandeert geldige statetransities door dit bewijs te verifiëren. Bij het opnemen van geld, stelt deze aanpak vrijwel onmiddellijke finaliteit mogelijk—een groot voordeel ten opzichte van optimistische roll-ups.
Eén van de belangrijkste voordelen van ZK-Rollups is hun grote beveiligingsgaranties. Elke batch transacties komt met een geldigheidsbewijs, dus speltheoretische prikkels of eerlijke deelnemers zijn niet nodig om fraude te ontdekken. ZK-Rollups zijn tamelijk veilig dankzij deze cryptografische verzekering.
Toonaangevende implementaties van ZK-Rollups zijn projecten zoals ZKSync gecreëerd door Matter Labs en StarkWare's StarkEx. Schaalbaarheid en efficiëntie van deze projecten hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt. Bijvoorbeeld, zkSync belooft hoge beveiligingsnormen te handhaven terwijl gaskosten tot 100 keer verlaagd.
ZK-Rollups moeten echter omgaan met computationele complexiteit. Zero-knowledge bewijzen vereisen middelen, waardoor ondersteuning voor willekeurige slimme contractlogica uitdagend kan zijn. ZK-Rollups worden wel steeds effectiever bij het ondersteunen van meer ingewikkelde operaties, hoewel ze op dit moment efficiënter zijn voor eenvoudige transacties zoals ruilen en overzetten.
Een andere beperking is het gebrek aan volledige EVM-compatibiliteit. Ethereum's slimme contracten zijn van nature niet bedoeld om te communiceren met zero-knowledge bewijzen, dus ontwikkelaars kunnen worden vereist om contracten te herschrijven of gespecialiseerde programmeertalen te gebruiken. Projecten zoals zkEVM, een poging om een EVM-compatibele ZK-Rollup te produceren, werken aan het oplossen hiervan.
Ondanks deze moeilijkheden maken de directe finaliteit en cryptografische sterkte van ZK-Rollups ze aantrekkelijk voor toepassingen waar snelheid en beveiliging cruciaal zijn. Rijpheid van de technologie zou een breder spectrum aan voorzieningen mogelijk moeten maken.
Vergelijking van Optimistische Rollups en ZK-Rollups
Hoewel zowel Optimistische Rollups als ZK-Rollups tot doel hebben Ethereum te schalen door transacties off-chain te verwerken, resulteren hun onderliggende mechanismen in verschillende trade-offs. Content: opnames omdat de geldigheidsbewijzen ervoor zorgen dat de staat correct is.
EVM Compatibiliteit
Optimistische Rollups zijn over het algemeen meer compatibel met de EVM, waardoor ontwikkelaars bestaande Ethereum smart contracts met minimale wijzigingen kunnen implementeren. ZK-Rollups hebben historisch gezien moeite gehad met EVM-compatibiliteit vanwege de rekenintensiteit bij het genereren van bewijzen voor complexe operaties. Echter, vooruitgangen zoals zkEVM proberen deze kloof te dichten.
Prestaties en Schaalbaarheid
ZK-Rollups kunnen een hogere doorvoer en lagere kosten bieden, vooral voor eenvoudige transacties, omdat de geldigheidsbewijzen de transactiegegevens efficiënter comprimeren. Optimistische Rollups kunnen een hogere overhead hebben vanwege de noodzaak van fraude-bewijzen.
Complexiteit en Ontwikkelingsinspanning
Het implementeren van ZK-Rollups is complexer vanwege de geavanceerde cryptografie die erbij betrokken is. Dit kan de ontwikkeling vertragen en de kans op bugs vergroten. Optimistische Rollups zijn relatief eenvoudiger te implementeren, wat heeft geleid tot snellere inzet van applicaties.
Ecosysteem Adoptie
Beide soorten rollups hebben aanzienlijke adoptie gezien. Optimistische Rollups hebben momenteel meer DeFi-toepassingen vanwege hun EVM-compatibiliteit. ZK-Rollups halen in nu oplossingen voor EVM-compatibiliteit volwassen worden. Volgens Dune Analytics neemt de totale waarde vergrendeld (TVL) in beide oplossingen toe, wat groeiend vertrouwen en adoptie weerspiegelt.
Reglementaire Overwegingen
De cryptografische aard van ZK-Rollups kan betere privacyfuncties bieden, wat in termen van naleving een dubbelzinnig zwaard zou kunnen zijn. Optimistische Rollups zijn transparanter, wat mogelijk beter in lijn ligt met de verwachtingen van regelgevers.
Gebruikstoepassingen voor Optimistische Rollups en ZK-Rollups
De EVM-compatibiliteit van Optimistische Rollups maakt ze ideaal voor gebruik in complexe smart contract toepassingen. Dit maakt ze ideaal voor DeFi-platforms, NFT-marktplaatsen en andere applicaties die ingewikkelde logica vereisen. Bijvoorbeeld, Synthetix, een liquiditeitssysteem voor derivaten, heeft samengewerkt met Optimism om kosten te verlagen en schaalbaarheid te vergroten. Gebruikers van deze integratie hebben in staat geweest om synthetische activa sneller en met minder frictie te verhandelen.
Wanneer transactiesnelheid en beveiliging absoluut cruciaal zijn, schitteren ZK-Rollups. Directe finaliteit en hoge doorvoer van ZK-Rollups zullen betalingsapps, gedistribueerde beurzen voor spot trading, en gamingplatforms helpen. Met gebruik van ZK-Rollups, heeft Loopring, een Layer 2-protocol, een gedistribueerde beurs gecreëerd die snelle en goedkope handel biedt. De gegevens van Loopring geven aan dat gebruikers kunnen handelen met kosten zo laag als 0,1% van de kosten op het hoofdnet, waardoor het vrij toegankelijk is.
Verder worden ZK-rollups populair in toepassingen die privacybewust zijn en identiteitsvalidatie vereisen. Voor naleving en gebruikersprivacy laten de nulkennis-bewijzen gebruikers kenmerken bewijzen zonder privéinformatie te onthullen—een zeer gewaardeerde mogelijkheid.
Projecten zoals zkSync streven ernaar om smart contracts op ZK-Rollups mogelijk te maken, waardoor voorheen beperkte use cases op basis van Optimistische Rollups worden geopend. Naarmate deze technologieën zich ontwikkelen, kunnen hun capaciteiten in elkaar overvloeien en ontwikkelaars meer vrijheid bieden.
Slotgedachten
De competitie tussen Optimistische Rollups en ZK-Rollups vertegenwoordigt een gezonde vooruitgang in Ethereum's zoektocht naar schaalbaarheid. Beide technologieën hebben speciale voordelen en zijn essentieel voor het netwerk om de groeiende vraag aan te kunnen.
Met hun EVM-compatibiliteit en eenvoudigere implementatie zijn optimistische roll-ups heel populair geworden in de DeFi-scene. Sterkere beveiligingsgaranties en directe finaliteit geboden door ZK-Rollups strekken de grenzen van cryptografische uitvinding verder.
De twee keuzes zullen waarschijnlijk naast elkaar blijven bestaan naarmate het Ethereum-ecosysteem zich ontwikkelt, tegemoetkomend aan diverse behoeften en doeleinden. Aangezien hun ontwikkeling een grote invloed zal hebben op de richting van gedistribueerde applicaties, moeten ontwikkelaars, investeerders en consumenten geïnformeerd blijven over deze technologieën.
"Op de korte termijn zijn rollups de enige vertrouwensloze schaaloplossing, en op de lange termijn zijn ze een belangrijk onderdeel van het Ethereum-ecosysteem," zei Vitalik Buterin, die de omstandigheden redelijk samenvat.
De ontwikkelingen in Optimistic en ZK-Rollups benadrukken deze visie: een schaalbaarder en efficiënter Ethereum-netwerk wordt beloofd.