Дві цікаві рішення з'явилися на передньому плані технологій масштабування другого рівня, оскільки мережа Ethereum бореться з масштабованістю: оптимістичні згортування та Zero-Knowledge (ZK) згортування. Обробляючи транзакції поза ланцюгом, ці розробки прагнуть зменшити комісії та збільшити пропускну здатність, тим самим полегшуючи навантаження на основну мережу Ethereum. Їх вплив у просторі Layer 2 помітний, оскільки вони пропонують кілька рішень однієї й тієї ж проблеми та ініціюють дискусії серед інвесторів та розробників.
Мережа Ethereum перебуває під тиском, що був небачений до цього, коли з'явилися розподілені фінанси (DeFi) та незамінні токени (NFT). Дані з Etherscan показують, що середні ціни на газ стрімко зростають у моменти великої попиту, іноді досягнувши рівнів, які звичайні користувачі вважають неприйнятними. Це підкреслює, наскільки терміново потрібні розумні рішення для масштабування.
"На сьогодні згортування є єдиним розв’язком для масштабування Ethereum без потреби довіри в короткостроковій та середньостроковій перспективі, а можливо, і в довгостроковій перспективі," підкреслив співзасновник Ethereum Віталік Бутерін у своєму блозі про рішення Layer 2.
На передній план вийшли згортування завдяки цьому визнанню, і вони тепер є фундаментальними на дорожній карті Ethereum.
Як оптимістичні згортування, так і ZK-згортування відправляють кілька транзакцій разом в одному пакеті на основну мережу Ethereum. Вони, однак, досягають безпеки та валідації дещо різними способами. Стейкхолдерам, які будують або інвестують в екосистему Ethereum, спочатку потрібно зрозуміти ці відмінності.
У цій статті досліджуються механізми згортувань, розглядаються характеристики оптимістичних згортувань і ZK-згортків, порівнюються їхні переваги та недоліки, а також розглядаються їхні поточні та майбутні застосування. Читачі таким чином повинні мати всебічне розуміння цих технологій і того, як вони зрештою вплинуть на майбутнє Ethereum.
Що таке згортування?
В основному, згортування є рішеннями для масштабування другого рівня, призначеними для обробки транзакцій поза ланцюгом з подальшим наданням стисненої версії даних на основну мережу, таким чином збільшуючи пропускну здатність блокчейн-систем, таких як Ethereum. Зменшення обчислювального та сховищного навантаження на основний блокчейн є головною метою; таким чином, масштабованість збільшується без компрометації безпеки.
Згортування поєднують кілька транзакцій в одному пакеті, таким чином об'єднуючи або "згортуванням" безлічі значень. Потім цей пакет працює поза ланцюгом, а результативний стан завантажується назад на основну мережу. Таким чином, згортування теоретично можуть досягати пропускної здатності транзакцій на кілька порядків більше, ніж це можливо на основній мережі Ethereum.
Після вдосконалення пропозиції щодо покращення Ethereum (EIP) 4844, відомої як Proto-Danksharding, ця ідея привернула значну увагу, адже прагне зменшити витрати на дані, таким чином роблячи згортування ефективнішими. Ця пропозиція, серед інших, затвердила згортування як ключовий елемент стратегії масштабування Ethereum.
Згортування використовують безпеку мережі Ethereum під землею. Публікація даних транзакції або доказів назад на основну мережу гарантує, що користувачі можуть покладатися на власні гарантії безпеки Ethereum, навіть якщо рішення другого рівня буде зламано. Це ключова характеристика, що відрізняє згортування від сайдчейнів або інших рішень другого рівня з можливо менш безпековими механізмами.
Аналіз ConsenSys показує, що згортування можуть підвищити пропускну здатність транзакцій Ethereum з приблизно 15 транзакцій в секунду (TPS) до багатьох тисяч TPS. Для використання в децентралізованих обмінах (DEX), ігрових платформах та системах високочастотної торгівлі — тобто для застосувань, що вимагають великої масштабованості — це робить їх привабливим рішенням.
Додатково, згортування безперешкодно інтегруються з функціоналом смарт-контрактів Ethereum. Контракти, що взаємодіють з рішеннями Layer 2, дозволяють розробникам створювати складні функції без обтяження основної мережі. Прийняття згортувань у різних додатках залежить від цієї сумісності.
Згортування, однак, не позбавлені викликів. Вони можуть включати складності з доступністю даних та сумісністю з існуючими інструментами Ethereum і вимагати від користувачів та розробників прийняття нових технологій. Іншою триваючою проблемою є забезпечення децентралізації та уникнення центральних точок відмов у системах згортувань.
Що таке Оптимістичні згортки?
Оптимістичні згортування — це вид згортувань, який за замовчуванням передбачає, що транзакції є дійсними, звідси й термін "оптимістичні". Вони обчислюють — точніше, перевірку — лише тоді, коли протягом визначеного періоду виклику подано доказ шахрайства. Оскільки транзакції не потрібно перевіряти індивідуально, якщо не підозрюється шахрайство, цей оптимістичний підхід забезпечує більшу масштабованість.
Основний процес залежить від періоду виклику, коли будь-хто може оскаржити валідність транзакції, надаючи доказ шахрайства. Якщо виявлено шахрайську транзакцію, система повертає її назад, а зловмисний актор може сплатити штраф. Ця система зберігає безпеку, спираючись на геймтеоретичні концепції та заохочуючи доброчесність.
Побудовані для сумісності з віртуальною машиною Ethereum (EVM), оптимістичні згортування можуть запускати смарт-контракти Ethereum з незначними змінами. Для розробників, що бажають впровадити свої застосунки на рішення Layer 2 без значних переписів, ця сумісність спрощує перехід.
Одним із провідних втілень оптимістичних згортувань є Optimism. Команда Optimism стверджує, що їхнє рішення може знизити витрати на газ у 10-100 разів у порівнянні з основною мережею Ethereum.
Арбитрум, що розроблений Offchain Labs, є ще одним відомим проєктом з великим інтересом та прийняттям завдяки своїм високим характеристикам та дружньому середовищу для розробників.
Оптимістичні згортування мають певні недоліки. При переведенні коштів назад на основну мережу Ethereum період виклику, що може тривати кілька годин або тиждень, вводить затримку. Для тих, хто потребує миттєвої ліквідності, ця затримка може бути проблематичною. Для вирішення цієї проблеми розробляються рішення, включаючи системи швидких виходів або постачальники ліквідності, але додають рівні складності.
Крім того, безпека оптимістичних згортувань залежить від припущення, що, якщо потрібно, принаймні один добросовісний учасник надасть доказ шахрайства. Хоча ця модель є сильною, вона не є досконалою у всіх аспектах. У разі змови або відсутності добросовісних учасників, система може бути вразливою.
Оптимістичні згортування знайшли досить широке прийняття всупереч цим викликам. Наприклад, один з найбільших розподілених обмінів, Uniswap, встановився на Optimism, зазначаючи нижчі комісії та вищу пропускну здатність як головні переваги. Ця дія дозволила користувачам Uniswap торгувати з меншими труднощами, тим самим покращуючи доступність платформи.
Що таке Zero-Knowledge згортування?
Zero-Knowledge згортування, або ZK-згортування, підходять з іншого боку, за допомогою кріптографічних доказів підтверджуючи транзакції. Вони спеціально створюють короткі неінтерактивні докази нульових знань (SNARKs або STARKs), щоб підтвердити правильність транзакцій без виявлення будь-яких додаткових даних. Ця система гарантує, що кожна транзакція є законною, і скасовує потребу в періоді виклику.
Транзакції у ZK-згортку обробляються поза ланцюгом і надсилаються на основну мережу Ethereum разом з доказом валідності. Розумний контракт основної мережі гарантує правильні переходи стану, перевіряючи цей доказ. Коли відбувається зняття коштів, цей підхід надає майже миттєву фінальність, що є великою перевагою порівняно з оптимістичними згортуваннями.
Однією з основних переваг ZK-згортків є їхні значні гарантії безпеки. Кожен пакет транзакцій супроводжується доказом клаптиковості, таким чином геймтеоретичні стимули або добросовісні учасники не потрібні для виявлення шахрайства. ZK-згортки є досить безпечними завдяки цій кріптографічній гарантії.
Провідні втілення ZK-згорток включають проекти, такі як ZKSync, створені Matter Labs, та StarkWare's StarkEx. Масштабність та ефективність цих проектів показали високий прогрес. Наприклад, zkSync обіцяє підтримувати високі стандарти безпеки, знижуючи витрати на газ в 100 разів.
ZK-згортки, однак, стикаються з складністю обчислень. Докази нульових знань вимагають ресурсів, тому підтримка довільної логіки смарт-контрактів може бути складною. ZK-згортки стають більш ефективними для підтримки складніших операцій, навіть якщо вони нині більш ефективні для простих транзакцій, таких як торгівля та перекази.
Іншим обмеженням є відсутність повної сумісності з EVM. Смарт-контракти Ethereum не призначені для взаємодії з доказами нульових знань, тому розробникам може знадобитися переписувати контракти або використовувати спеціальні мови програмування. Над вирішенням цієї проблеми працюють проекти, такі як zkEVM, зусилля по створенню сумісного з EVM ZK-згортку.
Незважаючи на ці труднощі, миттєва фінальність і криптографічна стійкість ZK-згортків роблять їх привабливими для використання там, де необхідна швидкість та безпека. Зрілість технології повинна дозволити ширший спектр функцій.
Порівняння оптимістичних згортувань і ZK-згортків
Хоча як оптимістичні згортування, так і ZK-згортування прагнуть масштабувати Ethereum, обробляючи транзакції поза ланцюгом, їхні основні механізми призводять до різних компромісів.
Валідація та безпека
Оптимістичні згортування покладаються на докази шахрайства та період виклику для забезпечення валідності транзакцій. Це означає, що недійсні транзакції можуть бути відхилені, але лише якщо хтось виявить та повідомить про них. На противагу цьому, ZK-згортування використовують докази валідності, що криптографічно гарантують правильність кожної партії транзакцій, надісланих на основну мережу.
Згідно з звітом Electric Capital, "ZK-згортки пропонують більш сильні гарантії безпеки, оскільки вони не спираються на геймтеоретичні припущення".
Затримка при знятті
Оптимістичні згортування мають значну затримку при знятті через період виклику, що може тривати до тижня. Це можна пом'якшити за допомогою постачальників ліквідності, але додає складності. ZK-згортки дозволяють негайну Контент: зняття, тому що докази коректності забезпечують, що стан правильний.
Сумісність з EVM
Optimistic Rollups загалом більш сумісні з EVM, дозволяючи розробникам розгортати існуючі смарт-контракти Ethereum з мінімальними змінами. ZK-Rollups історично мали проблеми з сумісністю EVM через обчислювальну інтенсивність створення доказів для складних операцій. Однак такі досягнення, як zkEVM, спрямовані на закриття цього розриву.
Продуктивність і Масштабованість
ZK-Rollups можуть забезпечити більшу пропускну здатність і нижчі збори, особливо для простих транзакцій, оскільки докази коректності стискають дані транзакцій більш ефективно. Optimistic Rollups можуть мати більші накладні витрати через необхідність доказів чесності.
Складність та Зусилля з Розробки
Реалізація ZK-Rollups є більш складною через залучену передову криптографію. Це може уповільнити розробку та збільшити ймовірність помилок. Optimistic Rollups відносно простіше реалізувати, що призвело до швидшого розгортання додатків.
Адаптація Екосистеми
Обоє типів Rollups мають значну адаптацію. На даний момент Optimistic Rollups мають більше DeFi-додатків завдяки їхній сумісності з EVM. ZK-Rollups наздоганяють, коли рішення для сумісності з EVM дозрівають. За даними Dune Analytics, загальна заблокована вартість (TVL) в обох рішеннях зростає, що відображає зростаючу довіру та адаптацію.
Регуляторні Питання
Криптографічна природа ZK-Rollups може запропонувати кращі функції конфіденційності, що може бути палкою з двома кінцями з точки зору регуляторного дотримання. Optimistic Rollups є більш прозорими, що може краще відповідати регуляторним очікуванням.
Випадки Використання Optimistic Rollups та ZK-Rollups
Сумісність EVM Optimistic Rollups робить їх ідеальними для використання в складних додатках смарт-контрактів. Це робить їх ідеальними для DeFi платформ, ринків NFT та інших додатків, що вимагають складної логіки. Наприклад, Synthetix, система ліквідності деривативів, співпрацює з Optimism, щоб знизити збори і збільшити масштабованість. Користувачі цієї інтеграції змогли торгувати синтетичними активами швидше та з меншими труднощами.
Коли швидкість транзакцій та безпека абсолютно життєво важливі, ZK-Rollups сяють. Миттєва фінальність і висока пропускна здатність ZK-Rollups допоможуть платіжним додаткам, розподіленим обмінам для спотової торгівлі та ігровим платформам. Використовуючи ZK-Rollups, Loopring, протокол Layer 2, створив розподілений обмін, що забезпечує швидку та дешеву торгівлю. Дані Loopring вказують, що користувачі можуть торгувати зі зборами, що становлять всього 0,1% від вартості основної мережі, що робить це досить доступним.
Крім того, ZK-Rollups стають популярними в додатках, орієнтованих на конфіденційність, та верифікації ідентичності. Для дотримання вимог і приватності користувачів, докази з нульовим розкриттям дозволяють користувачам доводити властивості без розкриття приватної інформації — можливість досить цінна.
Такі проекти, як zkSync, прагнуть забезпечити смарт-контракти на ZK-Rollups, відкриваючи раніше обмежені випадки використання, засновані на Optimistic Rollups. Оскільки ці технології розвиваються, їхні лінії можливостей можуть розмитися та надати більше свободи для розробників.
Заключні Думки
Конкуренція між Optimistic Rollups та ZK-Rollups представляє здоровий прогрес у прагненні Ethereum до масштабованості. Обидві технології мають особливі переваги і є важливими для того, щоб мережа могла справлятися з зростаючим попитом.
З їхньою сумісністю з EVM та простішою реалізацією, оптимістичні Rollups стали досить популярними у DeFi-секторі. Більш сильні гарантії безпеки та миттєва фінальність, які надаються ZK-Rollups, розширюють межі криптографічного винаходу.
Обидва варіанти, ймовірно, співіснуватимуть у міру розвитку екосистеми Ethereum, обслуговуючи різні потреби та цілі. Оскільки їхній розвиток значною мірою вплине на напрямок розподілених додатків, розробники, інвестори та споживачі повинні залишатися проінформованими про ці технології.
"У короткостроковій перспективі, ролапи є єдиним безессійним рішенням для масштабування, а в довготривалій перспективі, вони є важливою частиною екосистеми Ethereum," зазначив Віталік Бутерін, справедливо підсумовуючи ситуацію.
Розвиток у Optimistic та ZK-Rollups підкреслює це бачення: обіцяна більш масштабована та ефективна мережа Ethereum.