ما هو ZK Rollup المرتقب بشدة؟

ما هو ZK Rollup؟

تُعد تقنية Rollup من أكثر حلول التحجيم للطبقة الثانية انتشارًا في منظومة البلوكشين الحالية. وتنقسم هذه الحلول إلى نوعين رئيسيين: Optimistic Rollup وZK Rollup. يركز هذا المقال على استكشاف تقنية ZK Rollup وابتكاراتها التقنية.

ZK اختصار لـ Zero-Knowledge، ويشير إلى إثباتات المعرفة الصفرية (Zero-Knowledge Proofs). تتيح هذه التقنية التشفيرية للمستخدمين إثبات ملكية بيانات أو حقوق دون كشف معلومات حساسة مثل المفاتيح الخاصة لمحافظهم. ويكفل هذا المبدأ الأساسي الشفافية والخصوصية في تعاملات البلوكشين.

Rollup هو حل للطبقة الثانية يعزز الكفاءة عبر تجميع عدة معاملات في دفعة واحدة. وبعد إنجاز المعاملات، تُرسَل البيانات المجمعة إلى الشبكة الرئيسية. وتركز التقنية على التحجيم وزيادة إنتاجية المعاملات مع الاعتماد على الشبكة الأساسية لضمان الأمان، ما يقلل العبء الحسابي على الطبقة الأولى.

ZK Rollup هو حل تحجيم يستخدم إثباتات الصحة للتحجيم الحسابي، حيث تُنفذ العمليات خارج السلسلة وتُقدم إثباتات الصحة إلى الشبكة الرئيسية. وتضمن هذه الآلية سلامة المعاملات مع الحفاظ على ضمانات أمان شبكة البلوكشين الأساسية.

خصائص تقنية المعرفة الصفرية

يرتكز مبدأ تقنية المعرفة الصفرية على طرفين: المُثبِت (Prover) والمُحقِق (Verifier). يُنشئ المُثبِت الإثبات، ويتحقق المُحقِق منه دون الاطلاع على المعلومات الفعلية. وتتيح هذه العملية التشفيرية الأمان والكفاءة في أنظمة البلوكشين، ومن أبرز خصائصها:

1. الإكتمال: إذا امتلك المُثبِت الإجابة الصحيحة، يمكنه إثبات صحتها للمُحقِق. وبذلك لا يمكن إنكار الحقيقة، ما يضمن قبول المعاملات الصحيحة دائمًا من الشبكة.

2. الصحة: إذا لم يمتلك المُثبِت الإجابة الصحيحة، لا يستطيع إثبات صحتها للمُحقِق. أي أن المعاملات الزائفة لا يمكن إثباتها، ما يحمي النظام من الاحتيال ويحافظ على سلامته.

3. خاصية المعرفة الصفرية: خلال عملية الإثبات، يتعرف المُحقِق فقط على صحة الإثبات دون أي معلومات إضافية، ما يضمن الخصوصية مع إمكانية التحقق، وهو توازن أساسي في تطبيقات البلوكشين.

في تطبيقات ZK Rollup، غالبًا ما تُطبق الخاصيتان الأوليان لتحقيق ضغط حسابي وخفض التكاليف. ونتيجة ذلك، تبقى بيانات معاملات المستخدمين متاحة للتدقيق والاستعلام، ما يعزز الشفافية ويستفيد من كفاءة تقنية المعرفة الصفرية.

مزايا وعيوب حلول ZK Rollup

المزايا:

1. التحويل السريع للأصول: بالمقارنة مع Optimistic Rollup الذي يحتاج نحو ٧ أيام للتحقق، توفر حلول ZK Rollup سرعة أكبر في تحويل الأصول. ويعود ذلك إلى اختلاف آليات التحقق. بعد المعاملة، تُعالج البيانات في شبكة الطبقة الثانية:

   • ينشئ ZK Rollup إثبات معرفة صفرية عند رفع الكتلة إلى شبكة Ethereum الرئيسية. تتحقق عقد الشبكة من الإثبات، ولا يلاحظ المستخدم عادة أي تأخير. وتمنح هذه النهائية الفورية قيمة كبيرة للتطبيقات الحساسة للوقت وتحسن تجربة المستخدم.

   • يتطلب Optimistic Rollup فترة انتظار ٧ أيام يمكن خلالها لعقد Ethereum الطعن وإثبات زيف المعاملة. رغم أن هذا يوفر حماية، إلا أنه يؤثر سلبًا على تجربة المستخدم وكفاءة رأس المال.

2. انخفاض تكاليف المعاملات: ينفذ ZK Rollup العمليات خارج السلسلة ويرسل إثباتات الصحة إلى الشبكة الرئيسية، دون الحاجة لإرسال كافة بيانات المعاملات. ويخفض ذلك التكاليف بشكل كبير. كما أن ملف الإثبات صغير وزمن التحقق ثابت، فلا يتضخم حجم الإثبات مع زيادة عدد المعاملات، ما يجعل ZK Rollup مناسبًا للتطبيقات ذات حجم المعاملات المرتفع.

العيوب:

3. تعقيد تقني مرتفع: تعتمد حلول ZK Rollup على خوارزميات إثبات معرفة صفرية متقدمة لا تتوافق مع Ethereum Virtual Machine. ويجب على المطورين الراغبين في نشر تطبيقاتهم على الطبقة الثانية باستخدام ZK Rollup إعادة بناء تطبيقاتهم وتعلم لغات تطوير خاصة بالطبقة الثانية، ما يشكل عائقًا أمام التبني خاصة للفرق الصغيرة.

لماذا رسوم الغاز في ZK مرتفعة؟

تتكون رسوم الغاز التي يدفعها المستخدم من حوافز لعقد التحقق، ورسوم إرسال للشبكة الرئيسية، وتكاليف تخزين. وفهم هذه المكونات يوضح هيكل الرسوم في شبكات ZK Rollup.

تؤكد عقد التحقق وتبث المعاملات للمستخدمين، وتتطلب حوافز لذلك. وتزداد رسوم إرسال المعاملات مع ازدحام الشبكة، ما يضمن استقرار الشبكة في فترات الذروة عبر نظام تسعير ديناميكي.

تكاليف التخزين ثابتة نسبيًا، وعندما يزداد عدد المستخدمين تقل التكلفة المتوسطة لكل مستخدم. لم تنتشر شبكات ZK Rollup على نطاق واسع بعد، لذا رسوم الغاز فيها أعلى من Optimistic Rollup الأكثر استخدامًا. ومع توسع التبني وزيادة المستخدمين، ستنخفض رسوم الغاز بشكل كبير، ويعد هذا التأثير الاقتصادي عاملًا رئيسيًا في استدامة حلول ZK Rollup.

الحلول المتاحة حاليًا لـ ZK Rollup

من بين الحلول المتوافقة مع EVM، تبرز StarkNet، zkSync، Polygon، وScroll كتطبيقات متميزة تقدم حلولًا فريدة للتحجيم مع الحفاظ على الأمان واللامركزية.

StarkNet

تطوير StarkNet من قبل فريق StarkWare. وعلى عكس حلول ZK الأخرى، يستخدم StarkNet إثباتات STARK بينما تعتمد الحلول الأخرى على SNARK. ويمكن تمييز النظامين كما يلي:

• يوفر STARK أمانًا أعلى ويقلل الاعتماد على المركزية، ومقاوم للحوسبة الكمومية ولا يحتاج إلى إعداد موثوق، ما يجعله ملائمًا للبنية التحتية للمدى الطويل. إلا أن إثباتات STARK أكبر حجمًا عادةً.

• يسمح SNARK بالتحقق السريع ويقلل رسوم المعاملات. وحجم الإثبات الأصغر يجعل SNARK ملائمًا لخفض التكاليف الفورية، لكنه يتطلب إعدادًا موثوقًا وقد يتعرض لمخاطر الحوسبة الكمومية.

zkSync

تم تطوير zkSync بواسطة Matter Labs ويعمل على شبكة zkSync Era. وتتمثل مزايا الشبكة فيما يلي:

• ضغط البيانات: يعزز zkSync توفر البيانات ويخفض تكلفة المعاملات ذات المدخلات الكبيرة، ويفيد ذلك العقود الذكية المعقدة والعمليات الدفعية.

• تجريد الحساب: ميزة جديدة لتحسين تجربة المستخدم والمطورين، حيث يمكن دفع رسوم الغاز بأي عملة، ما يزيل عقبة أمام المستخدمين الجدد ويوفر مرونة أكبر في تصميم المحافظ.

Polygon zkEVM

اعتمدت Polygon توافق EVM على مستوى البايت كود إلى جانب آلية إجماع جديدة هي إثبات الكفاءة (Proof of Efficiency)، ما يعزز اللامركزية ويحسن أمان الشبكة. وتسمح هذه الآلية بتوزيع الموارد بكفاءة ومعالجة المعاملات بسرعة دون التأثير على ضمانات الأمان التي يتوقعها مستخدمو Layer 2.

Scroll

أُطلقت Scroll حديثًا وتواصل مراحل الاختبار. وتهدف إلى توافق كامل مع Ethereum Virtual Machine على مستوى البايت كود، بحيث يمكن للمطورين استخدام أي لغة متوافقة مع EVM لإنشاء العقود الذكية ونشرها على Scroll، ما يسهل على المطورين الانتقال ويشجع على نقل تطبيقات Ethereum إلى الطبقة الثانية.

جدول مقارنة بين الحلول الأربعة:

الإمكانات المستقبلية

توفّر حلول ZK Rollup توازنًا بين الكفاءة والخصوصية، مع معدل معاملات أعلى وتكاليف أقل. ويكمن العائق الرئيسي حاليًا في الجانب التقني، خصوصًا توافق EVM. وتواصل الفرق التقنية العمل على حلولها، ولا تزال معظمها في طور الاختبار.

عند إطلاق هذه المشاريع على الشبكة الرئيسية، قد يؤدي ذلك إلى اعتماد واسع النطاق لحلول ZK Rollup. وسيسهم تطوير أدوات المطورين، وانخفاض رسوم الغاز مع تزايد المستخدمين، وميزات مثل تجريد الحساب في تعزيز مكانة ZK Rollup كخيار رائد لتحجيم البلوكشين. ومع نضوج التقنية وانتقال مزيد من التطبيقات إلى شبكات ZK Rollup، ستشهد المنظومة تحسينات كبيرة في الإنتاجية والكفاءة والتجربة الكلية. وستسهم التطورات المستمرة في تشفير المعرفة الصفرية وتوافق EVM في تسريع تبني هذه الحلول، ما يجعل ZK Rollup محورًا أساسيًا في قطاع البلوكشين خلال السنوات المقبلة.

الأسئلة الشائعة

ما هو ZK Rollup؟ وكيف يعمل؟

ZK Rollup هو حل تحجيم للطبقة الثانية يعتمد على إثباتات المعرفة الصفرية لتجميع المعاملات خارج السلسلة، ثم إرسال إثباتات مضغوطة إلى البلوكشين الرئيسي، ما يزيد الإنتاجية ويقلل الرسوم مع الحفاظ على الأمان عبر التحقق التشفيري.

ما الفرق بين ZK Rollup وOptimistic Rollup؟

ZK Rollup يستخدم إثباتات معرفة صفرية للتحقق الفوري وضمان الأمان دون الحاجة للمراقبة، بينما يعتمد Optimistic Rollup على افتراض صحة المعاملات ويجري التحقق فقط عند وجود طعن، ما يتطلب مراقبة نشطة ويوفر مرونة للتطبيقات المعقدة.

ما هي المزايا والعيوب الرئيسية لـ ZK Rollup؟

المزايا: تحويل سريع للأصول خلال دقائق، أمان مرتفع عبر إثباتات تشفيرية، وانخفاض تكاليف المعاملات. العيوب: تعقيد تقني مرتفع، تكاليف تطوير أعلى، وتوافق محدود مع العقود الذكية.

ما هي المشاريع أو سلاسل الكتل التي تستخدم أو تطور تقنية ZK Rollup؟

zkSync، StarkNet، Polygon zkEVM هي مشاريع رائدة في تقنية ZK Rollup، بالإضافة إلى Loopring، Scroll، IMX، وSyscoin التي تعتمد على ZK Rollup لتحسين التحجيم وزيادة الإنتاجية في Ethereum وسلاسل أخرى.

كيف يعزز ZK Rollup سرعة المعاملات ويخفض التكاليف؟

ZK Rollup يعالج المعاملات خارج السلسلة ويرسل إثباتات معرفة صفرية إلى الشبكة الرئيسية، ما يقلل حجم المعاملات ورسوم الغاز بشكل كبير. عبر تجميع المعاملات وضغط البيانات، يعزز الإنتاجية وقابلية التحجيم مع الحفاظ على الأمان.

كيف يتم ضمان أمان ZK Rollup؟

يتم ضمان أمان ZK Rollup عبر إثباتات معرفة صفرية تشفيرية، تتيح التحقق من المعاملات مع الحفاظ على الخصوصية، ويعد ذلك أكثر أمانًا من Optimistic Rollup لأنه لا يعتمد على آليات العقوبات.