Два интересных решения появились на переднем крае технологий масштабирования Layer 2, так как сеть Ethereum сталкивается с проблемами масштабирования: Optimistic Rollups и Zero-Knowledge (ZK) Rollups. Обрабатывая транзакции вне сети, эти разработки стремятся снизить комиссии и увеличить пропускную способность, тем самым снижая перегрузку на основной сети Ethereum. Их влияние в пространстве Layer 2 заметно, так как они предлагают несколько решений одной и той же проблемы и порождают обсуждения среди инвесторов и разработчиков в равной степени.
Емкость сети Ethereum испытывает беспрецедентное давление с появлением распределённых финансов (DeFi) и невзаимозаменяемых токенов (NFTs). Данные от Etherscan показывают, что средние цены на газ резко подскочили в периоды высокого спроса, иногда достигая уровней, которые обычным пользователям кажутся недопустимыми. Это подчёркивает срочность в необходимости разумных решений по масштабированию.
«Rollups на данный момент позиционируются как единственное надёжное решение по масштабированию для Ethereum в краткосрочной и средней перспективе, а возможно, даже в долгосрочной», подчеркнул в своём блоге о решениях Layer 2 сооснователь Ethereum Виталик Бутерин.
Rollups выдвигаются на передний план благодаря этой поддержке и сейчас являются основополагающей частью дорожной карты Ethereum.
И Optimistic Rollups, и ZK-Rollups отправляют несколько транзакций вместе в одной партии на основную сеть Ethereum. Однако они добиваются безопасности и валидации довольно разными способами. Заинтересованные стороны, строящие или инвестирующие в экосистему Ethereum, должны сначала понять эти различия.
В этом документе исследуются механики rollups, рассматриваются конкретные характеристики Optimistic Rollups и ZK-Rollups, сравниваются их преимущества и недостатки, а также исследуются их текущие и будущие применения. Читатели должны понимать эти технологии и как они в конечном итоге повлияют на будущее Ethereum.
Что такое Rollups?
В основе своей, rollups являются решениями уровня Layer 2 по масштабированию, предназначенными для обработки транзакций вне сети и затем предоставления сжатой версии данных обратно в основную сеть, тем самым увеличивая пропускную способность блокчейн-систем, таких как Ethereum. Снижение вычислительной и хранилищной нагрузки на основной блокчейн является главной целью, следовательно, масштабируемость увеличивается без ущерба для безопасности.
Rollups объединяют несколько транзакций в одну партию, таким образом агрегируя — или «скатывая» — несколько значений. После этого эта партия запускается вне сети, и результирующее состояние загружается обратно на основную сеть. Теоретически rollups могут достигать коэффициентов пропускной способности транзакций на порядки больше, чем доступно на одной основной сети Ethereum.
Поскольку EIP 4844, иногда называемое Proto-Danksharding, привлекло много внимания, поскольку это предложение стремится снизить затраты на данные и, следовательно, сделать roll-overs более эффективными. Это предложение, наряду с другими, укрепило rollups в качестве ключевого компонента стратегии масштабирования Ethereum.
Roll-ups используют безопасность сети Ethereum как основу. Размещение данных о транзакциях или доказательств обратно на основную сеть гарантирует, что пользователи могут полагаться на собственные гарантии безопасности Ethereum даже в случае, если решение уровня Layer 2 будет взломано.
Анализ ConsenSys показывает, что roll-ups могут увеличить пропускную способность транзакций Ethereum от примерно 15 транзакций в секунду (TPS) до нескольких тысяч TPS. Это делает их интересным решением для таких применений, как распределённые биржи (DEXs), игровые платформы, и системы высокочастотной торговли — то есть, для приложений, требующих высокой масштабируемости.
Roll-ups также бесшовно интегрируются с функциями смарт-контрактов Ethereum. Контракты, которые взаимодействуют с решениями уровня Layer 2, позволяют разработчикам создавать сложные функции без нагрузки на основную сеть. Принятие roll-ups в нескольких приложениях зависит от этой совместимости.
Тем не менее, rollovers представляют собой определённые трудности. Они могут включать в себя осложнения с доступностью данных и совместимостью с текущими инструментами Ethereum, и требовать, чтобы пользователи и разработчики осваивали новые технологии. Другой непрерывной проблемой является обеспечение децентрализации и избежание центральных точек отказа в системах roll-up.
Что такое Optimistic Rollups?
Optimistic Rollups относятся к типу rollup, который по умолчанию предполагает валидность транзакций, отсюда и термин «оптимистичный». Они выполняют расчёты — точнее, верификацию — только если в течение назначенного периода возникнет доказательство мошенничества. Этот оптимистичный подход позволяет добиться большей масштабируемости, так как транзакции не нужно проверять индивидуально, если только не появится сомнение в их достоверности.
Основной процесс зависит от периода проверки, в течение которого любой желающий может оспорить валидность транзакции, предоставив доказательство мошенничества. В случае обнаружения мошеннической транзакции система откатывает её назад, и злонамеренный актор может заплатить штрафы. Эта система поддерживает безопасность, полагаясь на гейм-теоретические идеи и стимулируя честность.
Optimistic roll-ups поддерживают совместимость с Ethereum Virtual Machine (EVM), позволяя работать Ethereum смарт-контрактам с минимальными изменениями. Для разработчиков, желающих перенести текущие приложения на решения уровня Layer 2 без значительных переписываний, эта совместимость упрощает переход.
Одной из ведущих реализаций Optimistic Rollups является Оптимизм. Команда Optimism утверждает, что их решение может сократить затраты на газ в 10-100 раз больше, чем на основной сети Ethereum.
Arbitrum, разработанная Offchain Labs, является ещё одной известной инициативой с большим вниманием и признанием благодаря своим сильным характеристикам и дружественной среде для разработчиков.
Однако Optimistic rollups имеют некоторые недостатки. Когда средства выводятся обратно на основную сеть Ethereum, период проверки, который может длиться от нескольких часов до недели, вводит задержку. Для тех, кто нуждается в мгновенной ликвидности, эта задержка может быть проблематичной. Чтобы решить эту проблему, разрабатываются такие решения, как системы быстрого выхода или поставщики ликвидности, однако они добавляют уровни сложности.
Кроме того, безопасность Optimistic Rollups зависит от предположения, что в случае необходимости, хотя бы один честный участник предоставит доказательство мошенничества. Хотя эта модель надёжна, она не идеальна и может подвергаться атакам при условиях соглашательства или отсутствии честных участников.
Несмотря на эти трудности, Optimistic rollups заручились довольно широким распространением. Например, одна из крупнейших распределённых бирж, Uniswap, внедрила Optimism, указывая на более низкие комиссии и увеличенную пропускную способность как основные преимущества. Этот шаг позволил пользователям Uniswap торговать с меньшим трением, таким образом повышая доступность платформы.
Что такое Zero-Knowledge Rollups?
Zero-Knowledge Rollups, или ZK-Rollups, идут другим путём, используя криптографические доказательства для проверки транзакций. Они создают краткие, неинтерактивные доказательства с нулевым раскрытием (SNARKs или STARKs), подтверждающие правильность транзакции без раскрытия какой-либо дополнительной информации. Эта система гарантирует, что каждая транзакция легальная и устраняет необходимость в периоде проверки.
Транзакции в ZK-rollthrough обрабатываются вне сети и отправляются на основную сеть Ethereum вместе с доказательством валидности. Смарт-контракт основной сети гарантирует правильные переходы состояния, проверяя это доказательство. Этот подход позволяет почти моментальную финализацию при выводе средств — большое преимущество по сравнению с оптимистичными roll-ups.
Одним из главных преимуществ ZK-Rollups является их высокая безопасность. Каждая партия транзакций сопровождается доказательством валидности, поэтому не требуется стимулы игровой теории или честные участники для обнаружения мошенничества. ZK-Rollers обладают высокой безопасностью благодаря этому криптографическому обеспечению.
Ведущими реализациями ZK-Rollups являются проекты, такие как ZKSync, созданный Matter Labs, и StarkWare's StarkEx. Эти проекты демонстрируют значительные достижения в области масштабируемости и эффективности. Например, zkSync обещает поддерживать высокий уровень безопасности, снижая затраты на газ до 100 раз.
Однако ZK-Rollups приходится сталкиваться с вычислительной сложностью. Доказательства с нулевым раскрытием требуют ресурсов, поэтому поддержка произвольной логики смарт-контрактов может оказаться сложной. ZK-Rollups становятся более эффективными, чтобы поддерживать более сложные операции, даже несмотря на то, что они более эффективны для простых транзакций, таких как торговля и переводы в данный момент.
Ещё одним ограничением является отсутствие полной совместимости с EVM. Смарт-контракты Ethereum изначально не предназначены для взаимодействия с доказательствами с нулевым раскрытием, поэтому разработчикам может потребоваться переписывать контракты или использовать специализированные языки программирования. Над решением этой проблемы работают такие проекты, как zkEVM, попытка создать совместимый с EVM ZK-Rollup.
Невзирая на эти трудности, мгновенная финализация и криптографическая сила ZK-Rollups делают их привлекательно для применений, где скорость и безопасность имеют решающее значение. Созревание технологии должно позволить внедрение более широкого спектра функций.
Сравнение Optimistic Rollups и ZK-Rollups
Хотя обе технологии, Optimistic Rollups и ZK-Rollups, стремятся к масштабированию Ethereum путём обработки транзакций вне сети, их основные механизмы результатом становятся разные компромиссы.
Валидация и безопасность
Optimistic Rollups зависят от доказательств мошенничества и периода проверки для обеспечения валидности транзакций. Это означает, что неверные транзакции могут быть возвращены, но только если кто-то обнаружит и сообщит о них. В отличие от этого, ZK-Rollups используют доказательства валидности, которые криптографически гарантируют правильность каждой партии транзакций, отправленной на основную сеть.
Согласно отчёту Electric Capital, «ZK-Rollups предлагают более сильные гарантии безопасности, так как они не зависят от игровых предположений».
Задержка вывода
Optimistic Rollups имеют значительную задержку вывода из-за периода проверки, который может длиться до недели. Это может быть смягчено за счёт поставщиков ликвидности, но добавляет сложности. ZK-Rollups позволяют мгновенное ... Содержание: снятие средств, поскольку доказательства валидности обеспечивают правильность состояния.
EVM-Совместимость
Optimistic Rollups в целом более совместимы с EVM, что позволяет разработчикам развертывать существующие смарт-контракты Ethereum с минимальными изменениями. ZK-Rollups исторически сталкивались с трудностями в отношении совместимости с EVM из-за вычислительной интенсивности, требуемой для генерации доказательств для сложных операций. Однако такие инновации, как zkEVM, стремятся устранить это расхождение.
Производительность и Масштабируемость
ZK-Rollups могут предложить более высокую пропускную способность и более низкие комиссии, особенно для простых транзакций, поскольку доказательства валидности более эффективно сжимают данные транзакций. Optimistic Rollups могут иметь более высокие издержки из-за необходимости использования доказательств мошенничества.
Сложность и усилия по разработке
Реализация ZK-Rollups сложнее из-за сложной криптографии, вовлеченной в процесс. Это может замедлить разработку и увеличить вероятность появления ошибок. Optimistic Rollups относительно проще в реализации, что привело к более быстрому развертыванию приложений.
Внедрение в Экосистему
Обе технологии получили значительное признание. Optimistic Rollups в настоящее время имеют больше приложений в сфере DeFi благодаря их совместимости с EVM. ZK-Rollups догоняют, так как решения для совместимости с EVM становятся более совершенными. По данным Dune Analytics, общая стоимость, заблокированная (TVL) в обоих решениях, увеличивается, что отражает растущую уверенность и принятие.
Регуляторные Соображения
Криптографическая природа ZK-Rollups может предложить лучшие функции конфиденциальности, что может быть двойным мечом с точки зрения соответствия нормативным требованиям. Optimistic Rollups более прозрачны, что может соответствовать ожиданиям регуляторов.
Примеры использования Optimistic Rollups и ZK-Rollups
Совместимость с EVM позволяет Optimistic Rollups идеально подходить для использования в сложных приложениях смарт-контрактов. Это делает их идеальными для платформ DeFi, рынков NFT и других приложений, требующих сложной логики. Например, Synthetix, система ликвидности деривативов, сотрудничает с Optimism для снижения комиссий и увеличения масштабируемости. Пользователи этой интеграции смогли торговать синтетическими активами быстрее и с меньшими трудностями.
Когда скорость транзакций и безопасность крайне важны, выделяются ZK-Rollups. Мгновенная финальность и высокая пропускная способность ZK-Rollups помогут платежным приложениям, распределенным биржам для спотового трейдинга и игровым платформам. Используя ZK-Rollups, Loopring, протокол второго уровня, создал распределенную биржу, предлагающую быструю и дешевую торговлю. По данным Loopring, пользователи могут торговать с комиссиями всего 0.1% от стоимости на основной сети, что делает ее довольно доступной.
Кроме того, ZK-Rollups становятся популярными в приложениях, чувствительных к конфиденциальности, и верификации личности. Для соответствия нормативным требованиям и обеспечения конфиденциальности пользователей доказательства с нулевым разглашением позволяют пользователям доказывать некоторые свойства, не раскрывая личную информацию, что очень ценится.
Проекты, такие как zkSync, стремятся обеспечить выполнение смарт-контрактов на ZK-Rollups, открывая тем самым ранее ограниченные варианты использования на базе Optimistic Rollups. По мере развития этих технологий, их потенциалы могут сбываться и предоставить больше свободы для разработчиков.
Финальные размышления
Конкуренция между Optimistic Rollups и ZK-Rollups представляет собой здоровое продвижение в стремлении Ethereum к масштабируемости. Обе технологии имеют особые преимущества и необходимы для сети, чтобы справляться с растущим спросом.
С их совместимостью с EVM и более легкой реализацией, Optimistic Rollups стали довольно популярны в сцене DeFi. Более сильные гарантии безопасности и мгновенная финальность, предоставляемые ZK-Rollups, расширяют границы криптографических нововведений.
Два выбора, вероятно, будут сосуществовать по мере развития экосистемы Ethereum, обслуживая различные нужды и цели. Поскольку их развитие значительно повлияет на направление развития распределенных приложений, разработчикам, инвесторам и потребителям следует оставаться информированными о этих технологиях.
"В краткосрочной перспективе, rollups — это единственное решение для масштабирования без доверия, а в долгосрочной перспективе они являются важной частью экосистемы Ethereum", — сказал Виталик Бутерин, справедливо резюмируя обстоятельства.
Новшества в области Optimistic и ZK-Rollups подчеркивают это видение: обещана более масштабируемая и эффективная сеть Ethereum.