Что такое ZK Rollups?

ZK rollups — это инновационное решение второго уровня, разработанное для масштабирования Ethereum без ущерба для безопасности и децентрализации. С момента запуска в 2015 году Ethereum сталкивается с растущими запросами со стороны разработчиков и пользователей, стремящихся создавать смарт-контракты и децентрализованные приложения. Однако из-за перегруженности сети и высоких комиссий криптосообщество начало искать технологии второго уровня, позволяющие повысить эффективность обработки транзакций при сохранении надежности Ethereum.

Что такое crypto rollup?

Crypto rollup — это пакет криптовалютных транзакций, которые обрабатываются и подтверждаются вне основной сети блокчейна. Название связано с принципом «сворачивания» множества транзакций в один общий пакет. В отличие от операций на блокчейне первого уровня, таких как Ethereum, rollups используют специализированное off-chain ПО для проверки и организации транзакционных данных перед отправкой их в основную сеть.

Механизм работы rollups заключается в том, что протоколы второго уровня регулярно отправляют пакеты валидированных транзакций в блокчейн первого уровня для финального подтверждения. Для поддержки децентрализации и доверия решения L2 используют смарт-контракты как коммуникационные мосты между своими сетями и блокчейнами L1.

Rollups обеспечивают ряд важных преимуществ. Во-первых, обработка транзакций вне основной цепи значительно снижает вычислительную нагрузку и уменьшает перегруженность блокчейна. Во-вторых, технологии rollup применяют современные методы сжатия, позволяющие упаковывать большие объемы данных в компактные блоки, что увеличивает эффективность использования пространства в блоках первого уровня. Эти преимущества увеличивают пропускную способность сети, ускоряют подтверждение транзакций и существенно снижают комиссии. Кроме того, rollups снижают риск возникновения узких мест на уровне первого слоя, перераспределяя поток операций вне основной сети.

Что такое ZK Rollup?

ZK rollups (Zero-Knowledge Proof rollups) используют уникальную технологию верификации перед отправкой пакетов транзакций в основной блокчейн. В сети ZK rollup специализированные компьютеры выполняют сложные off-chain вычисления, а затем передают историю платежей в главную цепь. При отправке rollup в основную сеть они прикладывают validity proof — криптографический сертификат, подтверждающий корректность организации и проверки всей истории транзакций.

В системе ZK rollup валидаторы первого уровня не имеют доступа к данным внутри пакетов транзакций («zero knowledge»), но validity proofs криптографически доказывают, что off-chain процессоры действительно провели необходимую верификацию. Это можно сравнить с проверкой подлинности печати на официальном письме: перед тем как принять содержимое, получатель убеждается в достоверности печати, а блокчейн — в достоверности validity proof перед записью данных в распределённый реестр.

Как работает ZK Rollup?

ZK rollups работают по принципу, похожему на механизм консенсуса proof-of-work в Bitcoin. В PoW-цепях майнеры используют вычислительную мощность для регулярного решения алгоритмических задач, создавая барьер для вмешательства в историю блокчейна. Аналогично, процессоры в сетях ZK rollup выполняют криптографические вычисления для формирования validity proofs для своих транзакций.

Главное отличие между ZK rollup и PoW-блокчейнами — в расположении вычислений. ZK rollups проводят валидацию вне основной сети, что снижает нагрузку на главную цепь. Кроме того, все транзакционные данные сжимаются off-chain и только затем отправляются в основную сеть через смарт-контракты. Несмотря на различия архитектуры, обе технологии требуют криптографического подтверждения проделанной работы.

ZK Rollups и Optimistic Rollups

Optimistic rollups — это другое решение второго уровня, также обрабатывающее транзакции вне основной сети перед отправкой их в блокчейн первого уровня. Главное отличие между ZK rollups и optimistic rollups — в подходе к верификации. Optimistic rollups не прилагают validity proofs к своим транзакциям, а предполагают легитимность всех записей — отсюда и название «optimistic».

Это поднимает вопрос: если optimistic rollups не проводят предварительную проверку, как валидация достигается на первом уровне? Конкретные механизмы различаются, но все optimistic rollups используют fraud proofs вместо validity proofs. Предполагаемая честность не отменяет контроля — ноды следят за возможными нарушениями. Если обнаружена подозрительная транзакция, она отмечается для внутренней проверки и не будет внесена в основной блокчейн до подтверждения отсутствия мошенничества.

Протоколы optimistic rollup предусматривают экономические стимулы и санкции для предотвращения злоупотреблений. Обычно ноды должны внести залог (stake) при отправке новых транзакций или запросе fraud proofs. Если система второго уровня определяет транзакцию как недействительную, залог нарушителя передается стороне, выявившей ошибку.

Optimistic rollups медленнее ZK rollups: транзакции не отправляются до завершения проверки fraud proof. Иногда пользователям приходится ждать более недели, пока транзакции не будут подтверждены в основной сети, даже если проблем не выявлено. Однако по сравнению с ZK rollups optimistic rollups более гибкие за счёт меньших вычислительных затрат — им не нужно формировать validity proofs для каждой транзакции.

Преимущества и недостатки ZK Rollups

ZK rollups — это значительный шаг вперед в технологиях масштабирования блокчейнов, однако при внедрении важно учитывать связанные с ними компромиссы.

Преимущества ZK Rollups

Главное преимущество ZK rollups — максимальная безопасность. В отличие от optimistic rollups, где используются экономические стимулы и игровые механики, ZK rollups обеспечивают верификацию транзакций за счёт строгих validity proofs. Это гарантирует, что все данные, поступающие в блокчейн первого уровня, предварительно криптографически проверены.

Еще одно ключевое преимущество — низкие комиссии. Благодаря эффективному сжатию данных ZK rollups позволяют размещать тысячи транзакций в минимальном объёме блокчейна первого уровня, что снижает стоимость обработки операций.

Быстрая обработка транзакций позволяет таким блокчейнам, как Ethereum, обрабатывать больше операций за меньшее время. Кроме того, ZK rollups снимают вычислительную нагрузку с основной сети, существенно снижая риск её перегруженности.

Недостатки ZK Rollups

Несмотря на преимущества, ZK rollups не всегда столь же экономичны, как альтернативные решения. Хотя использование ZK rollups дешевле, чем прямые транзакции в первом уровне, им требуется больше вычислительных ресурсов по сравнению с optimistic rollups, что делает комиссии немного выше.

Еще одна сложность — интеграция с продвинутыми программами. Из-за высокой технической сложности ZK rollups менее гибки, чем optimistic rollups. Разработчикам проще переносить dApp на optimistic rollup, чем адаптировать проекты под ZK rollup.

Высокие требования к оборудованию для процессоров ZK rollup могут привести к централизации. Из-за необходимости больших вычислительных мощностей участников этих сетей меньше, чем в optimistic rollups, что может вызывать опасения по поводу централизации.

Примеры проектов на базе ZK Rollup

С развитием технологии ZK rollup появляются и лидирующие проекты. Разработчики и трейдеры, выбирающие решения ZK rollup, обычно анализируют токены и платформы, связанные с ведущими проектами второго уровня.

Polygon (ранее Matic Network) — комплексное решение второго уровня для Ethereum с широким спектром инструментов для разработчиков. Первоначально известный своим сайдчейном на proof-of-stake, теперь Polygon предоставляет решение zkEVM, объединяющее преимущества безопасности и скорости ZK rollups в экосистеме Ethereum.

StarkWare Industries разработала две технологии ZK rollup для Ethereum: StarkEx и StarkNet. StarkEx — закрытая SaaS-платформа для интеграции ZK rollup в dApp, StarkNet — открытое решение для любого разработчика, позволяющее внедрять ZK rollups в свои продукты.

Immutable X — решение второго уровня для масштабирования Ethereum, ориентированное на блокчейн-игры и торговлю NFT. Популярные игры, такие как Gods Unchained и Illuvium, используют Immutable X для обеспечения безопасности Ethereum и одновременного увеличения скорости транзакций с низкими комиссиями.

Заключение

ZK rollups — это технологический прорыв для масштабирования блокчейнов, который помогает решать проблемы Ethereum, сохраняя его безопасность и децентрализацию. Благодаря off-chain вычислениям и криптографическим validity proofs ZK rollups обеспечивают более быструю обработку транзакций, увеличивают пропускную способность и снижают комиссии по сравнению с первым уровнем. Несмотря на более высокие вычислительные требования и сложность интеграции по сравнению с optimistic rollups, высокий уровень безопасности и эффективность делают ZK rollups перспективной технологической основой для будущего Web3. По мере развития проектов Polygon, StarkWare и Immutable X роль ZK rollups в экосистеме блокчейнов будет усиливаться, и они могут стать основным масштабируемым решением для Ethereum и других сетей.

FAQ

Что такое zk rollup?

zk rollup — это решение второго уровня, использующее zero-knowledge proofs для обработки транзакций вне основной сети, наследуя безопасность блокчейна и снижая издержки при обеспечении мгновенной финализации.

Что означает zk?

zk расшифровывается как Zero-Knowledge. Также используется как часть аббревиатуры zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge), что обозначает криптографическую технологию доказательств.

Каковы преимущества ZK rollup?

ZK rollups обеспечивают быструю обработку, низкие комиссии, высокую масштабируемость, усиленную безопасность и улучшенную совместимость блокчейн-сетей.

В чем разница между optimistic rollups и ZK rollups?

Optimistic rollups предполагают, что транзакции действительны, пока не доказано обратное, а ZK rollups используют zero-knowledge proofs для проверки валидности, что обеспечивает повышенную приватность и безопасность.