Два интересных решения вышли на передний план технологий масштабирования слоя 2, поскольку сеть Ethereum сталкивается с проблемой масштабируемости: Оптимистические Rollups и Zero-Knowledge (ZK) Rollups. Обрабатывая транзакции вне цепи, эти разработки стремятся снизить комиссии и повысить пропускную способность, тем самым облегчая перегрузку основной сети Ethereum. Их влияние в пространстве слоя 2 заметно, так как они предоставляют несколько решений для одной и той же проблемы и вызывают обсуждения среди инвесторов и разработчиков в равной степени.
Ёмкость сети Ethereum испытывает небывалое давление на фоне появления распределенных финансов (DeFi) и не взаимозаменяемых токенов (NFTs). Данные Etherscan показывают, что средние цены на газ выросли в период высокого спроса, временами достигая уровней, которые средний пользователь считает неприемлемыми. Это подчеркивает, насколько срочно необходимы разумные решения для масштабирования.
"Rollups в настоящее время позиционируются как единственное бездоверительное решение для масштабирования Ethereum в краткосрочной и среднесрочной перспективе, а возможно, и в долгосрочной перспективе," подчеркнул в блоге о решениях второго слоя сооснователь Ethereum Виталик Бутерин.
Rollups вышли на передний план благодаря этой поддержке и сейчас являются основополагающим элементом дорожной карты Ethereum.
Как Оптимистические Rollups, так и ZK-Rollups отправляют несколько транзакций в один пакет на основную сеть Ethereum. Однако они достигают безопасности и валидации различными способами. Заинтересованные в создании или инвестициях в экосистему Ethereum должны сначала понимать эти различия.
Эта статья исследует механику rollups, рассматривает конкретные характеристики Оптимистических Rollups и ZK-Rollups, сопоставляет их преимущества и недостатки, а также исследует их нынешнее и будущее применение. Таким образом, читатели должны получить полное представление об этих технологиях и о том, как они повлияют на будущее Ethereum.
Что такое Rollups?
По своей сути, rollups являются решениями для масштабирования слоя 2, которые предназначены для обработки транзакций вне цепи, а затем предоставляют сжатую версию данных обратно на основную сеть, тем самым увеличивая пропускную способность блокчейн-систем, таких как Ethereum. Основная цель заключается в снижении вычислительной и хранилищной нагрузки на главный блокчейн, что позволяет повысить масштабируемость, не поступаясь безопасностью.
Rollups объединяют несколько транзакций в один пакет, тем самым агрегируя или "сворачивая" многие значения. После этого этот пакет запускается вне цепи, и полученное состояние загружается обратно на основную сеть. Таким образом, теоретически Rollups могут достигать уровня пропускной способности транзакций на порядки выше, чем это возможно только на основной сети Ethereum.
После предложения об улучшении Ethereum (EIP) 4844, иногда называемого Proto-Danksharding, идея привлекла большое внимание, так как стремится снизить затраты на данные и, следовательно, сделать Roll-ups более эффективными. Это предложение, наряду с другими, подтвердило rollups как ключевой элемент стратегии масштабирования Ethereum.
Roll-ups используют заложенную в сеть Ethereum безопасность. Публикация данных транзакций или доказательств обратно на основную сеть гарантирует, что пользователи могут полагаться на встроенные в Ethereum гарантии безопасности, даже если решение второго слоя будет подвергнуто атакам. Это ключевая характеристика, которая выделяет rollups на фоне побочных цепей или других решений второго слоя с возможными менее сильными механизмами безопасности.
По анализу ConsenSys, rollups могут повысить пропускную способность сделок Ethereum с примерно 15 транзакций в секунду (TPS) до нескольких тысяч TPS. Это делает их интересным решением для использования в таких сферах, как распределённые обмены (DEXs), игровые платформы и системы высокочастотной торговли — то есть решения для приложений, требующих высокой масштабируемости.
Кроме того, roll-ups безболезненно интегрируются с функциями смарт-контрактов Ethereum. Контракты, взаимодействующие с решениями второго слоя, позволяют разработчикам создавать сложные функции без нагрузки на основную сеть. Адаптация roll-ups через несколько приложений зависит от этой совместимости.
Однако Rollovers не лишены трудностей. Они могут включать сложности с доступностью данных и совместимости с существующими инструментами Ethereum, и требовать от пользователей и разработчиков принятие новых технологий. Ещё одной постоянной проблемой является обеспечение децентрализации и исключение центральных точек отказа в системах roll-up.
Что такое Оптимистические Rollups?
Оптимистик Rollups — это тип rollup, который по умолчанию предполагает, что транзакции действительны, отсюда и термин "оптимистичный". Они выполняют вычисления, а точнее, верификацию, только если доказательство мошенничества представлено в течение установленного периода оспаривания. Поскольку транзакции не нужно проверять индивидуально, если только не подозревается мошенничество, это оптимистичное предположение позволяет обеспечить большую масштабируемость.
Основной процесс зависит от периода оспаривания, в течение которого любой может оспорить действительность транзакции, представив доказательство мошенничества. Если обнаруживается мошенническая транзакция, система её аннулирует и злонамеренный участник может понести штрафы. Эта система поддерживает безопасность, опираясь на теоретико-игровые идеи и поощряя честность.
Оптимистик Rollups спроектированы для совместимости с виртуальной машиной Ethereum (EVM), что позволяет им запускать смарт-контракты Ethereum с минимальными изменениями. Для разработчиков, желающих ввести существующие приложения в решения второго слоя без значительных переписок кода, эта совместимость упрощает переход.
Одна из ведущих реализаций Оптимистик Rollups — это Optimism. Команда Optimism утверждает, что их решение может сократить затраты на газ в 10-100 раз по сравнению с основной сетью Ethereum.
Разработанное компанией Offchain Labs, Arbitrum — еще один хорошо известный проект с большой заинтересованностью и принятием благодаря своим сильным характеристикам и дружественной к разработчикам среде.
Однако у Оптимистик Rollups есть определённые недостатки. При выводе средств обратно в основную сеть Ethereum период оспаривания, который может длиться от нескольких часов до нескольких недель, вносит задержку. Эта задержка может быть проблемной для тех, кто нуждается в моментальной ликвидности. Чтобы решить эту проблему, разрабатываются решения, такие как системы быстрого выхода или провайдеры ликвидности, но они добавляют уровни сложности.
Более того, безопасность Оптимистик Rollups зависит от предположения, что при необходимости хотя бы один честный участник предоставит доказательство мошенничества. Хотя эта модель надежна, она не является идеальной. При условиях сговора или отсутствии честных участников система может быть уязвимой.
Оптимистик Rollups получили довольно широкое принятие, несмотря на эти трудности. Например, один из крупнейших распределенных обменов, Uniswap, внедрил Optimism, называя более низкие комиссии и большую пропускную способность основными преимуществами. Этот шаг позволил пользователям Uniswap торговать с меньшим трением, тем самым улучшив доступность платформы.
Что такое Zero-Knowledge Rollups?
Zero-Knowledge Rollups, или ZK-Rollups, используют другой подход, применяя криптографические доказательства для проверки транзакций. Они специально создают краткие, неинтерактивные доказательства нулевого раскрытия (SNARKs или STARKs), подтверждающие корректность транзакций без раскрытия какой-либо дополнительной информации. Эта система гарантирует, что каждая транзакция законна и устраняет необходимость в периоде оспаривания.
Транзакции в ZK-roll-through обрабатываются вне цепи и отправляются в основную сеть Ethereum вместе с доказательством валидности. Смарт-контракт основной сети гарантирует валидные переходы состояний, проверяя это доказательство. При выводе средств этот подход обеспечивает практически моментальную окончательность — большое преимущество перед оптимистичными roll-ups.
Одним из главных преимуществ ZK-Rollups являются их большие гарантии безопасности. Каждый пакет транзакций сопровождается доказательством валидности, таким образом не требуются теоретико-игровые стимулы или честные участники для выявления мошенничества. ZK-Rollers чрезвычайно безопасны благодаря этой криптографической гарантии.
Ведущими реализациями ZK-Rollups являются такие проекты, как ZKSync, созданный Matter Labs, и StarkWare's StarkEx. Масштабируемость и эффективность этих проектов показывают заметный прогресс. Например, zkSync обещает сохранять высокие стандарты безопасности при снижении затрат на газ в 100 раз.
Однако ZK-Rollups сталкиваются с вычислительной сложностью. Доказательства нулевого знания требуют ресурсов, поэтому поддержка произвольной логики смарт-контрактов может оказаться сложной. ZK-Rollups становятся более эффективными для поддержки более сложных операций, даже будучи более эффективными для простых транзакций, таких как сделки и переводы, на текущий момент.
Другим ограничением является отсутствие полной совместимости с EVM. Смарт-контракты Ethereum не предназначены взаимодействовать с доказательствами нулевого знания, поэтому разработчикам может потребоваться переписать контракты или использовать специализированные языки программирования. Проекты, такие как zkEVM, работающие над созданием ZK-Rollup, совместимого с EVM, стремятся решить эту проблему.
Несмотря на эти трудности, моментальная окончательность и криптографическая надежность ZK-Rollups делают их привлекательными для приложений, где скорость и безопасность критически важны. Увеличивающаяся зрелость технологии должна позволить поддерживать более широкий спектр функций.
Сравнение Оптимистических Rollups и ZK-Rollups
Хотя как Оптимистические Rollups, так и ZK-Rollups стремятся масштабировать Ethereum, обрабатывая транзакции вне цепи, их базовые механизмы приводят к различным компромиссам.
Валидация и безопасность
Оптимистик Rollups полагаются на доказательства мошенничества и период оспаривания для обеспечения валидности транзакций. Это означает, что неверные транзакции могут быть отменены, но только если кто-то их обнаружит и сообщит о них. В то время как ZK-Rollups используют доказательства валидности, которые криптографически гарантируют корректность каждой отправленной на основную сеть партии транзакций.
По отчету Electric Capital, "ZK-Rollups предлагают более сильные гарантии безопасности, поскольку они не зависят от теоретико-игровых предположений."
Задержка вывода средств
Оптимистик Rollups имеют значительную задержку вывода средств из-за периода оспаривания, который может длиться до недели. Это можно смягчить за счет провайдеров ликвидности, но это добавляет сложности. ZK-Rollups позволяют незамедлительно... Content: выводы, потому что доказательства достоверности обеспечивают правильность состояния.
EVM Compatibility
Optimistic Rollups are generally more EVM-compatible, allowing developers to deploy existing Ethereum smart contracts with minimal changes. ZK-Rollups have historically struggled with EVM compatibility due to the computational intensity of generating proofs for complex operations. However, advancements like zkEVM are aiming to close this gap.
Performance and Scalability
ZK-Rollups can offer higher throughput and lower fees, especially for simple transactions, because the validity proofs compress the transaction data more efficiently. Optimistic Rollups may have higher overhead due to the need for fraud proofs.
Complexity and Development Effort
Implementing ZK-Rollups is more complex due to the advanced cryptography involved. This can slow down development and increase the potential for bugs. Optimistic Rollups are relatively simpler to implement, which has led to faster deployment of applications.
Ecosystem Adoption
Both types of rollups have seen significant adoption. Optimistic Rollups currently have more DeFi applications due to their EVM compatibility. ZK-Rollups are catching up as solutions for EVM compatibility mature. According to Dune Analytics, the total value locked (TVL) in both solutions is increasing, reflecting growing trust and adoption.
Regulatory Considerations
The cryptographic nature of ZK-Rollups may offer better privacy features, which could be a double-edged sword in terms of regulatory compliance. Optimistic Rollups are more transparent, which might align better with regulatory expectations.
Use Cases for Optimistic Rollups and ZK-Rollups
The EVM compatibility of Optimistic Rollups makes them ideal for use in complicated smart contract applications. This makes them ideal for DeFi platforms, NFT marketplaces, and other applications requiring intricate logic. For example, Synthetix, a derivatives liquidity system, has teamed with Optimism to lower fees and increase scalability. Users of this integration have been able to trade synthetic assets faster and with less friction.
When transaction speed and security are absolutely crucial, ZK-Rollups shine. Instant finality and great throughput of ZK-Rollups will help payment apps, distributed exchanges for spot trading, and gaming platforms. Using ZK-Rollups, Loopring, a Layer 2 protocol, has created a dispersed exchange providing quick and cheap trading. Loopring's data indicates that users can trade with fees as low as 0.1% of mainnet costs, so making it quite accessible.
Furthermore becoming popular in privacy-conscious applications and identity validation are ZK-rollups. For compliance and user privacy, the zero-knowledge proofs let users prove traits without disclosing private information—a capability quite appreciated.
Projects such as zkSync aim to enable smart contracts on ZK-Rollups, so opening hitherto limited use cases based on Optimistic Rollups. As these technologies develop, their lines of capability may blur and provide more freedom for developers.
Final Thoughts
The competition between Optimistic Rollups and ZK-Rollups represents a healthy advancement in Ethereum’s quest for scalability. Both technologies have special benefits and are essential for the network to be able to manage growing demand.
With their EVM fit and easier implementation, optimistic roll-ups have become rather popular in the DeFi scene. Stronger security guarantees and instantaneous finality provided by ZK-Rollups are stretching the limits of cryptographic invention.
The two choices will probably coexist as the Ethereum ecosystem develops, serving various needs and purposes. Since their development will greatly affect the direction of distributed applications, developers, investors, and consumers should keep educated about these technologies.
"In the short-term, rollups are the only trustless scaling solution, and in the long-term, they are an important part of the Ethereum ecosystem," Vitalik Buterin said, fairly summarizing the circumstances.
The developments in Optimistic and ZK-Rollups highlight this vision: a more scalable and efficient Ethereum network is promised.