Що означає широко очікуваний ZK Rollup?

Що таке ZK Rollup?

Rollup — це одне з найпоширеніших рішень масштабування другого рівня в сучасній блокчейн-екосистемі. Такі рішення поділяють на два основних типи: Optimistic Rollup та ZK Rollup. У цій статті досліджуються ZK Rollup і їхні технологічні інновації.

ЗК означає Zero-Knowledge, тобто нульове розкриття знань, і стосується Zero-Knowledge Proofs. Цей криптографічний метод дозволяє користувачам підтверджувати знання важливих даних або права власності, не розкриваючи чутливу інформацію, таку як приватні ключі гаманця. Такий принцип гарантує прозорість і приватність у блокчейн-транзакціях.

Rollup — це рішення другого рівня, що підвищує ефективність шляхом об'єднання кількох транзакцій у пакет. Після завершення транзакцій агреговані дані повертаються до головної мережі. Технологія Rollup фокусується на масштабуванні й підвищенні пропускної здатності транзакцій, залишаючи функції безпеки за основною мережею. Це значно зменшує обчислювальне навантаження на базовий рівень.

ZK Rollup — це технологія масштабування, що використовує докази коректності для підвищення обчислювальної ефективності. Обчислення виконуються поза ланцюгом, а докази коректності повертаються до головної мережі. Такий механізм забезпечує цілісність транзакцій і підтримує безпеку базової блокчейн-мережі.

Характеристики технології Zero-Knowledge

Технологія Zero-Knowledge базується на взаємодії двох сторін: Продавця (Prover) і Перевіряча (Verifier). Продавець формує доказ, а Перевіряч підтверджує його коректність без доступу до самої інформації. Така криптографічна модель забезпечує безпеку й ефективність блокчейн-систем. Основні характеристики:

1. Повнота: Якщо Продавець має правильну відповідь, він зможе довести її коректність Перевірячу. Тобто істину не можна зробити хибною. Це гарантує, що дійсні транзакції завжди приймає мережа.

2. Достовірність: Якщо Продавець не володіє відповіддю, він не зможе довести її правильність Перевірячу. Тобто неправду не можна представити як істину. Це захищає мережу від шахрайства і підтримує її цілісність.

3. Властивість нульового розкриття знань: Під час доведення Перевіряч отримує лише інформацію про сам доказ і не має доступу до додаткових даних. Це забезпечує приватність при збереженні можливості перевірки, що особливо важливо для блокчейн-застосунків.

У реалізаціях ZK Rollup зазвичай застосовують лише перші дві властивості для досягнення обчислювальної компресії та зниження витрат. Тому інформація про транзакції користувачів залишається відкритою для перевірок та аудиту, забезпечуючи прозорість і ефективність завдяки технології нульового розкриття знань.

Переваги та недоліки рішень ZK Rollup

Переваги:

1. Швидкі перекази активів: У порівнянні з Optimistic Rollup, де перевірка триває близько 7 днів, ZK Rollup забезпечує значно швидший рух активів. Це пояснюється різними процедурами перевірки. Після транзакції дані обробляються у мережі другого рівня:

   • ZK Rollup створює доказ із нульовим розкриттям під час подання блоку в головну мережу Ethereum. Вузли перевіряють доказ, і користувачі не відчувають затримок. Така миттєва фіналізація має значення для часочутливих сервісів і покращує досвід користувачів.

   • Optimistic Rollup має 7-денний період очікування, протягом якого вузли Ethereum можуть оскаржити транзакцію й довести її хибність. Це підвищує безпеку, але негативно впливає на досвід користувачів і ефективність капіталу.

2. Низькі комісії за транзакції: ZK Rollup виконує обчислення поза ланцюгом і надсилає докази коректності в головний ланцюг, не дублюючи всі транзакційні дані у мережі. Це значно знижує комісії. Файл доказу невеликий, а час перевірки незмінний, тому розмір доказу не зростає з кількістю транзакцій. Така масштабованість робить ZK Rollup перспективним для великих обсягів операцій.

Недоліки:

3. Висока технічна складність: ZK Rollup використовує складні алгоритми нульового розкриття знань, які не сумісні з Ethereum Virtual Machine. Тому розробникам, які хочуть впроваджувати Ethereum-застосунки у мережах другого рівня на базі ZK Rollup, потрібно не лише переписати програми, але й оволодіти новими мовами розробки для цих мереж. Такий поріг входу й додаткові витрати ускладнюють впровадження, особливо для малих команд.

Чому комісії gas у ZK такі високі?

Комісії gas, які сплачують користувачі, складаються з винагород для вузлів-валідаторів, комісій за подання в головну мережу та витрат на зберігання. Розуміння цих складових пояснює структуру комісій у мережах ZK Rollup.

Валідатори підтверджують і ретранслюють транзакції від імені користувачів, і для цього їм потрібні стимули. Комісія gas за подання в мережу зростає із завантаженням мережі. Такий динамічний механізм ціноутворення підтримує стабільність під час пікового навантаження.

Витрати на зберігання відносно фіксовані. Чим більше користувачів використовує ресурси, тим нижча середня вартість на користувача. ZK Rollup ще не досяг широкого впровадження, тому комісії gas значно вищі, ніж в Optimistic Rollup, який використовується частіше. Зі зростанням кількості користувачів і розподілом фіксованих витрат комісії можуть суттєво знизитися. Такий економічний ефект масштабування визначає довгострокову життєздатність ZK Rollup.

Доступні зараз рішення ZK Rollup

Серед рішень з EVM-сумісністю виокремлюють StarkNet, zkSync, Polygon і Scroll. Кожен підхід вирішує проблему масштабованості із збереженням безпеки та децентралізації.

StarkNet

StarkNet створює команда StarkWare. На відміну від інших ZK-рішень, StarkNet використовує STARK-докази, а інші застосовують SNARK. Відмінності таких систем:

• STARK зменшує залежність від централізації та підвищує безпеку. Він стійкий до квантових атак і не потребує довіреної ініціалізації, що робить його придатним для довгострокової інфраструктури блокчейна. Проте докази STARK більші за розміром.

• SNARK забезпечує швидшу перевірку і знижує транзакційні витрати. Завдяки меншому розміру SNARK-­докази ефективні для оптимізації поточних витрат, але потребують процедури довіреної ініціалізації та потенційно вразливі до квантових обчислень.

zkSync

zkSync розробляє команда Matter Labs, і рішення працює у мережі zkSync Era. Основні переваги мережі zkSync:

• Стиснення даних: zkSync покращує доступність даних і знижує вартість транзакцій із великим обсягом вхідних даних. Це особливо вигідно для складних смартконтрактів і пакетних транзакцій.

• Абстракція акаунтів: Нещодавно впроваджена функція для покращення досвіду користувачів і розробників. Спочатку вона дозволяє сплачувати комісії gas у будь-якій валюті, що спрощує вхід для новачків і відкриває можливості для розробки складних гаманців.

Polygon zkEVM

Окрім EVM-сумісності на рівні байт-коду, Polygon впровадив новий механізм консенсусу Proof of Efficiency. Цей підхід підсилює децентралізацію й безпеку мережі. Proof of Efficiency дозволяє ефективніше розподіляти ресурси та прискорювати транзакції без втрати гарантій безпеки Layer 2.

Scroll

Scroll нещодавно запущено, і він проходить тестування. Scroll забезпечує повну сумісність з Ethereum Virtual Machine на рівні байт-коду. Відтак розробники можуть використовувати будь-яку EVM-сумісну мову для створення смартконтрактів і розгортати їх на платформі Scroll. Це знижує поріг входу для розробників і полегшує міграцію застосунків Ethereum на другий рівень.

Порівняльна таблиця чотирьох рішень:

Майбутній потенціал

Рішення ZK Rollup досягли балансу між ефективністю й приватністю, забезпечуючи більшу кількість TPS (Transactions Per Second) і нижчі витрати. Головне обмеження нинішнього етапу розвитку — технічні фактори, зокрема сумісність із EVM. Різні команди розробників запропонували власні рішення, які наразі тестуються.

Коли ці проекти вийдуть у головну мережу, це може відкрити шлях до масового впровадження ZK Rollup. Поєднання покращених інструментів для розробників, зниження комісій gas завдяки зростанню користувачів і нових функцій, як-от абстракція акаунтів, робить ZK Rollup провідним рішенням для масштабування блокчейнів. У міру розвитку технологій та міграції все більшої кількості застосунків у мережі ZK Rollup очікується суттєве зростання пропускної здатності, ефективності й зручності використання блокчейна. Подальший розвиток криптографії з нульовим розкриттям знань та EVM-сумісності прискорить цей процес і зробить ZK Rollup ключовим елементом блокчейн-екосистеми у найближчі роки.

FAQ

Що таке ZK Rollup? Як це працює?

ZK Rollup — це рішення масштабування другого рівня, яке використовує докази з нульовим розкриттям для об'єднання транзакцій поза ланцюгом. Система обробляє кілька транзакцій разом і надсилає стиснені докази у головний блокчейн, підвищуючи пропускну здатність і знижуючи комісії з дотриманням безпеки через криптографічну перевірку.

У чому різниця між ZK Rollup і Optimistic Rollup?

ZK Rollup використовує докази з нульовим розкриттям для миттєвої перевірки, надаючи безпеку без постійного моніторингу. Optimistic Rollup вважає транзакції дійсними за замовчуванням і перевіряє їх лише у разі оскарження. Для цього потрібен постійний моніторинг, але система дає більше гнучкості для складних застосунків.

Які основні переваги й недоліки ZK Rollup?

Переваги: швидкі перекази активів за кілька хвилин, висока безпека через криптографічні докази, нижчі транзакційні витрати. Недоліки: складна технічна реалізація, вищі витрати на розробку та обмежена сумісність зі смартконтрактами.

Які проекти чи блокчейни використовують або розробляють технологію ZK Rollup?

zkSync, StarkNet і Polygon zkEVM — провідні проекти, що впроваджують ZK Rollup. Loopring, Scroll, IMX і Syscoin також застосовують ZK Rollup для масштабування й підвищення пропускної здатності транзакцій в Ethereum та інших блокчейнах.

Як ZK Rollup підвищує швидкість транзакцій і знижує витрати?

ZK Rollup обробляє транзакції поза основним ланцюгом і надсилає докази з нульовим розкриттям у головний ланцюг, скорочуючи обсяги транзакцій і комісії gas. Об'єднання кількох транзакцій і стиснення даних підвищує пропускну здатність і масштабованість із забезпеченням безпеки.

Як гарантується безпека ZK Rollup?

Безпеку ZK Rollup забезпечують криптографічні докази з нульовим розкриттям, які дозволяють перевіряти транзакції при збереженні приватності. Це надійніше, ніж у Optimistic Rollup, оскільки система не спирається на штрафні механізми.