Что такое блокчейн-роллапы?

Миссия Ledger заключается в обеспечении безопасности цифровых активов пользователей, а также расширении возможностей последних путём обучения. Благодаря этому держатели цифровых активов смогут извлечь из них максимум полезного.

Блокчейн-роллапы — тема непростая, однако данная статья поможет с ней разобраться. Сегодня познакомимся с особенностями функционирования такого решения.

В последние годы в сети Эфириума наблюдается невероятный рост количества пользователей, применяемой ценности, а также общего объёма данных, которые обрабатывает сеть. Дополнительными стимулами для этого стала поддержка блокчейном смарт-контрактов вместе с массовой популяризацией цифровых активов в 2021 году.

По последним данным платформы State of the Dapps, в мире было около 4 тысяч децентрализованных приложений — и 3 тысячи из них работали на базе сети Эфириума. Ethereum также доминирует в индустрии децентрализованных финансов, поскольку на блокчейн приходится 191 DeFi-проект из 216 существующих проектов в рамках экосистемы. Ещё сеть второй криптовалюты по рыночной капитализации является наиболее популярным решением для NFT.

Однако активизация пользователей Эфириума также привела к достижению сетью пика своих возможностей и последовавшей перегрузке блокчейна. И как раз задержки в обработке транзакций сетью стали причиной появления многих конкурентов Эфириума.

В итоге решить проблемы масштабируемости Эфириума и других блокчейнов вызвались так называемые решения второго уровня, то есть надстройки поверх обычных блокчейнов первого уровня. Одним из таких явлений стали роллапы — решения масштабирования, которые улучшают обработку транзакций в мейннете, то есть основной сети. В данной статье разбираем тему роллапов и особенностей их работы.

Блокчейн-роллапы

Обычные блоки в сети Эфириума в состоянии хранить ограниченный объём данных. В то же время на фоне растущего числа пользователей блокчейна и приложений трафик сети Ethereum существенно увеличивается.

А поскольку место в блоках остаётся прежним, блокчейну требуется больше времени для обработки всех транзакций. Приоритет при этом отдаётся транзакциям с наибольшей комиссией за проведение, ну а остальные переводы вынуждены ждать своего подтверждения дальше.

В целом в мейннет Эфириума можно публиковать две разновидности информации — непосредственно транзакции и данные. Хранение информации о самих транзакциях вместе с их обработкой в рамках блокчейна порой оказываются непростой задачей для блокчейна. Одновременно с этим данные с итогами проведения транзакций менее тяжёлые, а их размер остаётся одним и тем же, несмотря на количество переводов. Здесь в качестве иллюстрации можно представить чек, вес которого не меняется вне зависимости от размера вписанной в него суммы.

В итоге вместо хранения целой транзакции и её обработки можно хранить данные, затрагивающие сразу несколько транзакций. Но зачем вообще нужна обработка транзакций за рамками блокчейна с последующим внесением его результатов в мейннет? Дело в том, что такой подход даёт возможность сети справляться с большим количеством операций, ведь её ресурсы при таком сценарии экономятся. Данный подход предполагает два преимущества. Всё же обработка транзакций за рамками блокчейна снижает нагрузку на мейннет, вдобавок единица данных может хранить в себе информацию о нескольких транзакциях одновременно.

Блокчейн-роллапы как бы «сворачивают» (от английского — «roll up») несколько транзакций в единицу данных, после чего отправляют полученный результат в основную сеть Эфириума. То есть они уводят транзакции из мейннета и обрабатывают их за рамками основного блокчейна, затем переводят данные об операциях в единицу данных и далее возвращают информацию в основную сеть Ethereum. Именно поэтому роллапы также считаются «безблокчейновыми решениями масштабирования» — их активность происходит за пределами определённого блокчейна.

Обработка и объединение роллапами нескольких транзакций в одну единицу информации существенно повышает масштабируемость Эфириума. Вообще существует две разновидности блокчейн-роллапов — каждая со своей моделью безопасности. Обсудим их отдельно.

ZK Rollups

ZK или роллапы с нулевым разглашением (от английского — «zero knowledge») способствуют масштабированию мейннета Эфириума за счёт перемещения вычислений и хранения данных за рамки основного блокчейна. ​​Цепочка с использованием ZK-роллапов является протоколом на базе основного блокчейна Эфириума.

В целом данная технология в состоянии объединять тысячи транзакций в единый пакет информации и выполнять их на базе протокола второго уровня. . ZK-роллапы создают доказательство подтверждения, которое свидетельствует о правильности обработанных транзакций. Наконец, в итоге они отправляют минимальный объём данных в мейннет Эфириума. Разберём две разновидности ZK-роллапов.

ZK-SNARK

ZK-SNARK означает краткий неинтерактивный аргумент знания с нулевым разглашением (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge).

Технология ZK-SNARK предполагает взаимодействие так называемых верифаеров и пруверов, то есть сторон проверки и доказательства. Обе составляющие изучают все транзакции в определённом роллапе и подтверждают операции за пределами основного блокчейна. Верифаеры регулярно требуют от пруверов проверить валидность выбранных транзакций. И если последние оказываются правильными, «доказательства подтверждения» о них отправляются в основную сеть Эфириума.

Делегирование определённого объёма работы на проверку ZK-SNARK позволяет сети Эфириума обрабатывать больше транзакций. Вдобавок технология ZK-SNARK известна благодаря небольшому размеру доказательств и постоянной проверке данных.

Разберёмся с каждой составляющей аббревиатуры ZK-SNARK.

ZK — нулевое разглашение или «zero-knowledge». Благодаря ему факт валидности транзакций не требует никаких дополнительных данных.

S — краткий или «succinct». Имеется в виду небольшой размер доказательств, что обеспечивает быструю и лёгкую обработку транзакций. Соответственно, данная особенность технологии ZK-SNARK позволяет Эфириуму справляться с большим количеством транзакций.

N — неинтерактивный или «non-interactive». Речь идёт об отсутствии необходимости во взаимодействии между людьми, которые проверяют работу транзакций.

ARK — аргумент знания или «argument of knowledge». Данная часть предполагает, что доказательства подтверждения от стороны проверки — подтверждения валидности транзакций — являются правдивыми. Она также предполагает высокое качество вычислительной мощности технологии ZK-SNARK.

В целом ZK-SNARK гарантирует безопасность и конфиденциальность транзакций. Однако технология также уязвима для определённой разновидности взломов с задействованием квантовых вычислений.

ZK-STARK

ZK-STARK означает масштабируемый прозрачный аргумент знания с нулевым разглашением (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge). В данный момент такие доказательства разрабатываются представителями StarkWare Industries и преимущественно направлены на масштабируемость.

В целом ZK-STARK работает по аналогии с ZK-SNARK. Здесь также идёт речь об объединении транзакций, их подтверждении за пределами основного блокчейна, создании доказательств подтверждения, а также его последующую отправку в мейннет Эфириума. Однако ZK-STARK является более свежей и улучшенной версией ZK-SNARK — в первую очередь благодаря улучшенной масштабируемости и прозрачности.

Разберёмся с каждой составляющей аббревиатуры ZK-STARK.

S — масштабируемый или «scalable». Это отражает большую масштабируемость ZK-STARK в сравнении с ZK-SNARK, причём в данном случае продвинутые технологии позволяют первой быстрее генерировать доказательства подтверждения. Такая особенность и обеспечивает большую масштабируемость ZK-STARK.

T — прозрачный или «transparent». Это самая заметная разница между ZK-STARK и ZK-SNARK. Дело в том, что ZK-STARK не зависит от доверенных сторон, благодаря чему эта разновидность более прозрачна, чем ZK-SNARK.

ARK — аргумент знания или «argument of knowledge». Имеется в виду та же особенность, что и в ZK-SNARK, однако здесь применяется другой подход к вычислениям и заодно устраняется необходимость в доверенных сторонах.

В целом ZK-STARK быстрее создают доказательства подтверждения ввиду применения более продвинутой технологии. При этом размер таких доказательств больше, а значит на их подтверждение уходит больше времени, чем в случае с ZK-SNARK. ZK-STARK более масштабируемые, безопасные и прозрачные в сравнении с ZK-SNARK.

Однако ZK-SNARK расходуют около 24% комиссий за Газ, благодаря чему проведение транзакций оказывается более доступным для конечного пользователя. В то же время ZK-STARK хоть и использует более продвинутые технологии, но всё равно находится на начальной стадии развития и может ещё нескоро доказать собственную эффективность.

Optimistic Rollups

Optimistic-роллапы также обрабатывают транзакции за пределами основного блокчейна и затем отправляют информацию о транзакциях под названием «данные вызова» в основной блокчейн. Данная технология задействует техники сжатия для снижения объёма данных, передаваемых в сеть Эфириума. Это, в свою очередь, позволяет обрабатывать больше транзакций и повысить масштабируемость основного блокчейна.

Такие решения второго уровня называют оптимистичными или «optimistic», поскольку они по умолчанию предполагают валидность всех транзакций, с учётом чего все транзакции также подтверждаются в мейннете Эфириума. Данный подход экономит много времени и ресурсов, которые потребовались бы на проведение транзакций и отправку соответствующей информации в основную цепочку.

После отправки пакета данных от роллапа Optimistic в сеть Эфириума любой желающий может оспорить новые транзакции в течение определённого периода времени.

И пока ZK-роллапы используют доказательства подтверждения, в роллапах Optimistic применяются доказательства мошенничества. Последние используют специальный механизм идентификации мошенничества для определения невалидных транзакций.

Если какая-либо транзакция кажется недействительной и оказывается неправомерной, протокол роллапа проводит все транзакции повторно и обновляет роллап. И если недействительность транзакции подтверждается, валидатор соответствующего блока получает штраф.

Смарт-контракты на основе Эфириума контролируют работу оптимистичных роллапов, а значит они зависят от мейннета Эфириума в контексте безопасности. Однако при этом они всё равно подвержены большей вероятности мошенничества при недостатке честных валидаторов или нод.

Optimistic-роллапы легко внедрить, к тому же они менее дорогостоящие в сравнении с ZK-роллапами. Одной из причин этого является то, что технология ZK-SNARK требует наличия передового железа для создания доказательств подтверждения обработанных транзакций. В то же время ZK-STARK и Optimistic-роллапы более прозрачны на фоне ZK-SNARK.

Масштабируемое будущее

Блокчейн-роллапы — это инновационные и важные решения для повышения масштабируемости сети Эфириума. Роллапы делятся на разные виды, каждый из которых по-своему подходит к решению существующих проблем в контексте безопасности и эффективности.

Технология роллапов всё ещё молода, в связи с чем нам только предстоит ознакомиться со всем её потенциалом и масштабом влияния на происходящее в блокчейне. Однако даже само существование роллапов и прочих решений масштабирования чётко даёт понять, что экосистеме блокчейна ещё очень далеко до своей финальной стадии развития. А поскольку над эффективностью и масштабируемостью технологии работает огромное количество заинтересованных сторон, вариантов применения блокчейна в будущем наверняка будет куда больше.

Знания — сила.