Ethereum įsitvirtino kaip decentralizuotos finansų ir platesnės Web3 ekosistemos pagrindas. Jis veikia kaip atsiskaitymo sluoksnis milijardams dolerių vertės ir talpina tūkstančius decentralizuotų programų. Tačiau šis didžiulis populiarumas sukėlė reikšmingų iššūkių dėl tinklo talpos. Kai vis daugiau vartotojų plūsta į tinklą, blokų erdvės paklausa viršija pasiūlą. Ši spūstis sukelia tinklo užsikimšimą ir staigiai kylančias transakcijų mokesčius, kurie dažnai tampa nepasiekiami paprastiems vartotojams.
Bendruomenė seniai pripažino, kad pagrindinis Ethereum blockchain'as, dažnai vadinamas 1 sluoksniu, negali vienas pats apdoroti viso pasaulio transakcijų apimties. Tinklas reguliariai apdoroja daugiau nei milijoną transakcijų per dieną, tačiau to nepakanka globaliai paklausai patenkinti. Norėdami to išspręsti, kūrėjai sukūrė sprendimus, kurie veikia virš pagrindinio tinklo. Šie sprendimai bendrai vadinami 2 sluoksnio mastelio sprendimais. Jie siekia padidinti transakcijų pralaidumą neaukojant patikimos saugumo, kuris daro Ethereum vertingą.
Įvairių mastelio sprendimų tarpe rollup'ai iškilo kaip perspektyviausia technologija tinklo ilgalaikiai ateičiai. Rollup'ai apdoroja transakcijas už Ethereum pagrindinės grandinės ribų, bet siunčia transakcijų duomenis atgal į ją. Šis požiūris sumažina naštą pagrindiniam tinklui, tuo pačiu užtikrindamas duomenų prieinamumą ir saugumą. Šioje kategorijoje du pagrindiniai konkurentai išsiskyrė: Optimistic Rollups ir Zero-Knowledge (ZK) Rollups.
Mastelio iššūkis ir 2 sluoksnis
Norint suprasti, kodėl rollup'ai yra būtini, pirmiausia reikia suvokti blockchain dizaino apribojimus. Tai dažnai apibūdinama kaip „blockchain trilema“. Koncepcija teigia, kad decentralizuotas tinklas gali optimizuoti tik dvi iš trijų pagrindinių savybių vienu metu: decentralizaciją, saugumą ir mastelį. Ethereum istoriškai prioritetizavo decentralizaciją ir saugumą. Šis pasirinkimas reiškia, kad bazinio sluoksnio mastelis yra natūraliai ribotas.
Užsikimšimo kaina
Kai tinklas tampa užimtas, mechanizmas, įtraukiantis transakcijas į bloką, primena aukcioną. Vartotojai iš esmės konkuruoja siūlydami kainas, kad jų transakcijos būtų apdorotos validatorių. Tai sukelia nepastovias dujų kainas. Aukštos paklausos laikotarpiu paprasta žetonų keitimas ar sąveika su decentralizuota programa gali kainuoti neįtikėtinai brangiai. Ši trintis riboja ekosistemos augimą ir trukdo plačiai decentralizuotų programų (DApp) įsisavinimui.
Perkėlimas vykdymo už grandinės ribų
2 sluoksnio sprendimai tai išsprendžia perkeldami sunkius skaičiavimus nuo pagrindinės Ethereum grandinės. Užuot kiekvienas mazgas pagrindiniame tinkle apdorojęs kiekvieną skaičiavimą, vykdymas vyksta antriniame sluoksnyje. 2 sluoksnio tinklas tvarko skaičiavimus ir būsenos pokyčių saugojimą. Tada jis periodiškai siunčia santrauką ar įrodymą į Ethereum pagrindinį tinklą. Tai pritvirtina 2 sluoksnio būseną prie 1 sluoksnio, pasinaudodamas Ethereum saugumu be jo užsikimšimo.
Mastelio sprendimų tipai
Nors rollup'ai yra pagrindinis dėmesys, egzistuoja ir kiti sprendimai. Kanalai, panašūs į Bitcoin Lightning Network, leidžia vartotojams bekaintiškai transakcijoms už grandinės ribų ir tik galutinę balansą įtraukti į grandinę. Plasma kuria dukterines grandines, naudojančias pagrindinę grandinę pasitikėjimo arbitražui. Nepriklausomos šalutinės grandinės veikia lygiagrečiai Ethereum su savo konsensuso mechanizmais. Tačiau rollup'ai įgijo pirmenybę, nes duomenys lieka grandinėje, užtikrindami aukštesnes saugumo garantijas nei šalutinės grandinės ar Plasma.
Kaip veikia rollup'ai
Rollup'ai pavadinti pagal procesą „sujungti“ arba suvynioti šimtus ar tūkstančius transakcijų į vieną paketą. Užuot siuntus kiekvieną transakciją atskirai į Ethereum pagrindinį tinklą, rollup operatorius siunčia suspaustą duomenų paketą. Tai ženkliai sumažina duomenų pėdsaką 1 sluoksnyje. Dalijantis transakcijų mokesčius siuntimui tarp daug vartotojų, kaina vienam vartotojui krenta dramatiškai.
Kritinis skirtumas tarp dviejų pagrindinių rollup tipų slypi tame, kaip jie įrodo pagrindiniam tinklui, kad už grandinės transakcijos yra galiojančios. Pagrindiniam tinklui reikia būdo užtikrinti, kad siunčiami duomenys yra teisingi ir kad niekas neapdorotų negaliojančių transakcijų ar nevogtų lėšų. Optimistic Rollups ir ZK-Rollups naudoja du iš esmės skirtingus filosofinius ir techninius požiūrius šiam patvirtinimo procesui.
Optimistic Rollups: Nekaltumo prezumpcija
Optimistic Rollups veikia pagal principą, panašų į „nekaltas, kol neįrodytas kaltas“. Kai transakcijų paketas siunčiamas į Ethereum pagrindinį tinklą, sistema automatiškai laiką, kad transakcijos galiojančios. Ji neatlieka iš karto sunkių skaičiavimų kiekvienai parašui ar būsenos pokyčiui patikrinti. Ši „optimistinė“ prielaida leidžia ženkliai pagerinti greitį ir pralaidumą, nes pašalinamas nuolatinio patvirtinimo krūvis.
Sukčiavimo įrodymo mechanizmas
Norėdami užtikrinti saugumą, Optimistic Rollups naudoja mechanizmą, vadinamą sukčiavimo įrodymu. Nors sistema pagal nutylėjimą laiko galiojančiu, yra specifinis laiko tarpas po siuntimo, vadinamas iššūkio periodu. Per šį langą, kuris paprastai trunka apie septynias dienas, kiti tinklo dalyviai gali ginčyti transakcijų paketo galiojumą. Jei kas nors aptinka piktybišką veiklą ar negaliojantį skaičiavimą, jie gali pateikti įrodymą pagrindiniam tinklui, ginčydami paketą.
Jei iššūkis patvirtinamas kaip teisingas, negaliojantis transakcijų paketas atšaukiamas. Piktybiškas aktorius, pateikęs blogą paketą, baudžiamas, dažnai prarandant lėšas, kurias jis įdėjo ar „užstavo“ kaip validatoriui dalyvauti. Šis „morkos ir lazdos“ požiūris skatina sąžiningą elgesį. Dalyviai žino, kad jei bandys apgauti, greičiausiai bus pagauti ir finansiškai nubausti iššūkio lango metu.
Suderinamumas ir kūrimas
Vienas pagrindinių Optimistic Rollups pranašumų yra jų įgyvendinimo sudėtingumo lygis. Jie remiasi standartine kriptografine technologija, kuri yra gerai suprasta pramonėje. Kadangi nereikia sudėtingų naujų matematinių įrodymų kiekvienam paketui, juos lengviau kurti. Dar svarbiau, jie siūlo aukštą suderinamumą su Ethereum Virtual Machine (EVM).
Šis EVM suderinamumas reiškia, kad kūrėjai gali perkelti esamas decentralizuotas programas iš Ethereum 1 sluoksnio į Optimistic Rollup su minimaliais pakeitimais. Išmaniosios sutartys, parašytos pagrindiniam tinklui, paprastai veikia sklandžiai šiuose 2 sluoksniuose. Tai leido greitam įsisavinimui, nes pagrindiniai DeFi protokolai ir projektai gali mastelinti savo operacijas be kodo bazės perrašymo.
Išėmimo spūstis
Prielaida iššūkio periodo sukelia reikšmingą vartotojo patirties trūkumą. Kadangi tinklas turi laukti, ar bus pateiktas sukčiavimo įrodymas, turto perkėlimas iš 2 sluoksnio atgal į 1 sluoksnį nėra momentinis. Vartotojai paprastai turi laukti, kol baigsis ginčo periodas, kuris gali užtrukti savaitę ar daugiau. Nors trečiųjų šalių likvidumo teikėjai gali pasiūlyti greitesnius išėjimus už mokestį, gimtoji tiltas išlaiko šį vėlavimą saugumui užtikrinti.
ZK-Rollups: Matematine tikrumas
Zero-Knowledge (ZK) Rollups naudoja priešingą požiūrį. Užuot laikę transakcijas galiojančiomis, jie pateikia aiškų įrodymą, kad jos galiojančios. Kiekvieną kartą sujungus transakcijų paketą, 2 sluoksnio operatorius generuoja kriptografinį įrodymą, konkrečiai Zero-Knowledge Proof (SNARK arba STARK). Šis įrodymas siunčiamas į Ethereum pagrindinį tinklą kartu su transakcijų duomenimis.
Galiojimo įrodymai
Įrodymas veikia kaip matematine garantija, kad paketą transakcijos buvo vykdomos teisingai pagal protokolo taisykles. Ethereum pagrindinis tinklas patikrina šį įrodymą. Jei įrodymas patvirtinamas, būsenos atnaujinimas finalizuojamas iš karto. Nereikia pasitikėti operatoriumi ar laukti, kol kas nors iššuks duomenis. Matematika užtikrina, kad negaliojantis būsenos perėjimas negali būti sugeneruotas iš pat pradžių.
Momentinis finalumas
Kadangi galiojimas patvirtinamas momentiniai siunčiant į 1 sluoksnį, ZK-Rollups nereikia iššūkio periodo. Kai paketas priimamas, lėšos saugios ir būsena finalizuota. Tai išsprendžia išėmimo vėlavimo problemą, būdingą Optimistic Rollups. Vartotojai gali išimti lėšas iš 2 sluoksnio į 1 sluoksnį, kai tik įrodymas patvirtintas, be kelių dienų laukimo. Tai siūlo geresnę vartotojo patirtį perkelti turtą tarp sluoksnių.
Skaičiavimo intensyvumas
ZK-Rollups trūkumas yra milžiniška skaičiavimo galia, reikalinga galiojimo įrodymams generuoti. Zero-Knowledge įrodymo kūrimas yra sudėtinga ir resursų reikalaujanti užduotis. Šis aukštas skaičiavimo krūvis gali riboti paties rollup pralaidumą ar padidinti blokų generavimo išlaidas. Tačiau, kai aparatinė įranga gerėja ir pagrindo kriptografinė technologija subręsta, šios išlaidos mažėja.
Techninis sudėtingumas
ZK-Rollups remiasi naujesniais, sudėtingesniais kriptografiniais primityvais palyginti su Optimistic Rollups. Jų įgyvendinimas yra ženkliai sunkesnis. Be to, visiškai su EVM suderinamo ZK-Rollup kūrimo istorijoje buvo didelis inžinerinis iššūkis. Nors progresas vyksta, bendros paskirties skaičiavimai ZK-Rollups atsiliko nuo lengvo suderinamumo, siūlomo Optimistic sprendimų.
Palyginimas kompromisų
Abu rollup tipai siūlo skirtingus pranašumus priklausomai nuo programos ir vartotojo poreikių. Jie abu saugiai veikia virš Ethereum, gaunami saugumą iš pagrindinio tinklo, bet jų veikimo mechanizmai lemia skirtingus stipriąsias ir silpnąsias puses.
| Savybė | Optimistic Rollups | ZK-Rollups |
|---|---|---|
| Patvirtinimo metodas | Sukčiavimo įrodymai (ginčo modelis) | Galiojimo įrodymai (matematinis patvirtinimas) |
| Išėmimo laikas | Lėtas (apie 7 dienas) | Greitas (minutės iki valandų) |
| Sudėtingumas | Žemesnis (standartinė kriptografija) | Aukštas (nauja kriptografinė tech) |
Saugumo aspektai
Optimistic Rollups remiasi bent vienu sąžiningu dalyviu, stebinčiu grandinę, kad pateiktų sukčiavimo įrodymą, jei kažkas negerai. Priešingai, ZK-Rollups remiasi matematika; pagrindinio tinklo išmanioji sutartis paprasčiausiai atmeta bet kokį paketą be galiojančio įrodymo. Nors abu laikomi labai saugiais palyginti su šalutinėmis grandinėmis, ZK-Rollups teoriškai siūlo stipresnę saugumo garantiją, nes jie nepriklauso nuo žaidimų teorijos paskatų ar aktyvių stebėtojų sukčiavimui aptikti.
Pralaidumo potencialas
ZK-Rollups taip pat turi pranašumą duomenų efektyvume. Kadangi pats galiojimo įrodymas patvirtina pokyčių teisingumą, ZK-Rollups techniškai turi siųsti mažiau duomenų į pagrindinę grandinę nei Optimistic Rollups. Optimistic sprendimai turi publikuoti pakankamai duomenų, kad bet kas galėtų peržaisti transakciją ir patvirtinti iššūkio metu. Šis nedidelis skirtumas reiškia, kad ZK-Rollups teoriškai gali pasiekti aukštesnį pralaidumą ilgalaikėje perspektyvoje.
Ateities ekosistema
Šių technologijų konkurencija nėra nulinės sumos žaidimas. Jos gali egzistuoti kartu metus, aptarnaudamos skirtingas nišas. Tačiau daugelio tyrėjų konsensusas yra tas, kad ZK-Rollups reprezentuoja Ethereum mastelio ilgalaikę ateitį. Optimistic Rollups iš karto pranašumai – diegimo paprastumas ir EVM suderinamumas – leido jiems įgyti ankstyvą lyderystę įsisavinime. Projektai kaip Polygon naudojo Optimistic technologiją, kad suteiktų momentinę pagalbą nuo užsikimšimo.
Hibridiniai požiūriai
Įdomu, kad ribos gali susilieti. Kai kurios platformos, kaip Polygon, tyrinėjo ZK technologijos integraciją į savo kelionių žemėlapius, nepaisant pradžios su kitais karkasais. Ekosistema greičiausiai matys hibridinius sprendimus ar palaipsninę migraciją, kur Optimistic įgyvendinimai atnaujins į ZK įrodymus, kai technologija taps prieinamesnė ir EVM suderinama.
Šardinimo vaidmuo
Abu rollup tipai pasinaudos būsimais Ethereum atnaujinimais, konkrečiai šardinimu. Šardinimas skaidytų tinklą į mažesnius gabalus, kad apdorotų daugiau duomenų. Rollup'ams pagrindinė nauda yra padidėjusi duomenų prieinamumas. Kadangi rollup'ai turi siųsti transakcijų duomenis į 1 sluoksnį, pagrindinio tinklo erdvės kiekis juos riboja. Šardinimas ženkliai padidins Ethereum duomenų talpą, leidžiant rollup'ams apdoroti eksponentiškai daugiau transakcijų už mažesnes mokesčius.
Kūrėjų įsisavinimas
Dabar kūrėjai renkasi pagal dabartinį subrendimą. DApp, reikalaujančios pilno EVM palaikymo šiandien, dažnai renkasi Optimistic Rollups. Tačiau, kai „zkEVM“ (EVM suderinami ZK-Rollups) technologija subręs, galiojimo įrodymo modelio įėjimo barjeras išnyks. Kai sudėtingumo išlaidos sumažės, momentinių išėmimų ir matematnio saugumo pranašumai greičiausiai paskatins perėjimą prie ZK sprendimų.
Išvada
Ethereum mastelis yra būtinas tinklui įgyvendinti savo potencialą kaip globalaus finansinio pagrindo. 2 sluoksnio sprendimai perėjo nuo teorinių koncepcijų iki gyvybiškai svarbių infrastruktūros dalių. Optimistic Rollups šiuo metu teikia pragmatišką, veikiančią sprendimą, mažinantį užsikimšimą naudojant standartinę technologiją ir žaidimų teoriją. Jie siūlo kūrėjams lengvą kelią mastelinti esamas programas, nors su kompromisu vėlavimo išėmimuose.
ZK-Rollups siūlo techniškai sudėtingesnį sprendimą, žadantį momentinį finalumą ir griežtą saugumą per galiojimo įrodymus. Nors jie susiduria su iššūkiais dėl skaičiavimo kainos ir įgyvendinimo sudėtingumo, jie išsprendžia išėmimo spūsčių problemas, kamuojančias optimistinius modelius. Kai kriptografiniai tyrimai pažengs, ZK-Rollups yra pasirengę tapti standartu aukšto našumo blockchain masteliui.
Pasirinkimas tarp jų šiuo metu priklauso nuo momento suderinamumo poreikio prieš ilgalaikį efektyvumą.