Что такое роллапы?

Введение

Роллапы представляют собой одно из самых популярных и эффективных решений для масштабирования Ethereum. В качестве решения для масштабирования внецепочечных транзакций второго уровня, Rollup объединяет тысячи внецепочечных транзакций в пакеты и отправляет их в основной блокчейн для хранения и проверки. Она значительно повышает объем и скорость транзакций, наследуя при этом безопасность Ethereum Mainnet.

Введение

В настоящее время все блокчейны борются с проблемой "невозможного треугольника": децентрализация, масштабируемость и безопасность. Любой блокчейн может иметь не более двух из них. Например, когда Ethereum достигает децентрализации и безопасности, он жертвует масштабируемостью. По мере увеличения количества пользователей в сети, Ethereum перегружается и не может выдержать такой огромный трафик. В результате возникают такие проблемы, как низкая скорость транзакций и высокие комиссии.

Основной целью масштабируемости является увеличение скорости и пропускной способности транзакций (транзакций в секунду, TPS) без ущерба для безопасности или децентрализации.
Роллапы, наиболее часто упоминаемый в последнее время термин, - это решения для масштабирования Ethereum. Это наиболее реальное решение для масштабирования Ethereum до завершения шардинга и масштабирования Mainnet.

Масштабируемость Ethereum

Существует два типа масштабирования блокчейна: масштабирование на цепи и масштабирование вне цепи.

Масштабирование на цепочке

Масштабирование на цепочке предполагает изменение протокола Ethereum, чтобы действительно повысить скорость и пропускную способность транзакций. В настоящее время основным направлением масштабирования на цепочке является шардинг. Масштабирование в цепи сложнее, чем масштабирование вне цепи.

Шардинг

Технология шардинга не является новой концепцией. Он уже давно используется в традиционных коммерческих базах данных. Шардинг - это процесс горизонтального разделения базы данных на несколько шардов для облегчения нагрузки. Разделенные данные будут случайным образом назначаться каждому узлу и обрабатываться независимо и одновременно параллельно.
Шардинг эффективно улучшит скорость транзакций и пропускную способность блокчейна. Это может даже помочь Ethereum решить проблему "невозможного треугольника".

Внецепочечное масштабирование

Внецепочечное масштабирование относится к улучшению масштабируемости Mainnet за счет инноваций вне Mainnet, которые не повлекут за собой изменений в протоколе Ethereum. Помимо Layer 2, другими популярными решениями для масштабирования вне цепочки в настоящее время являются Sidechain, Plasma и т.д.

Масштабирование второго уровня

Децентрализация и безопасность никогда не должны ставиться под угрозу при достижении масштабируемости. Уровень 2 - это независимый блокчейн. Поскольку он наследует безопасность и децентрализацию сети Mainnet, Layer 2 имеет потенциал для достижения более высокой масштабируемости. В настоящее время существует два типа масштабирования Layer 2 - Rollups и каналы состояния.
В настоящее время роллапы являются основным решением для масштабирования Ethereum. Они играют решающую роль в формировании дорожной карты Ethereum. Исходя из модели безопасности, роллапы можно разделить на две категории: оптимистичные роллапы и роллапы с нулевым знанием.
Государственные каналы позволяют пользователям безопасно, быстро и дешево совершать транзакции вне сети, а затем окончательно рассчитываться с Mainnet.

Сайдчейн

Сайдчейны - это EVM-совместимые блокчейны, которые работают независимо от Ethereum Mainnet. Сайдчейны совместимы с Ethereum Mainnet через межцепочечные мосты и работают под управлением собственных алгоритмов консенсуса параллельно с Mainnet. В отличие от Ethereum, сайдчейны жертвуют некоторой мерой децентрализации или безопасности для достижения высокой пропускной способности и скорости транзакций. Два самых популярных сайдчейна - это Polygon и Fantom.

Плазма

Плазменные цепи - это отдельные блокчейны, привязанные к Ethereum Mainnet, которые используют доказательства мошенничества для арбитража споров. В отличие от сайдчейнов, цепи Plasma строятся поверх блокчейна Ethereum и могут расширять множество "дочерних" цепей. В некоторой степени цепочки Plasma выигрывают от безопасности Ethereum Mainnet. Когда-то Plasma рассматривалась как решение для масштабирования Ethereum, но затем была заменена на Layer 2. Известным блокчейном Plasma является OMG Network.

Почему роллы имеют значение?

Внецепочечное масштабирование второго уровня является основным решением для масштабирования

Масштабирование на цепочке сложно реализовать, поскольку оно требует внесения изменений в протокол Ethereum. Поэтому внецепочечное масштабирование в настоящее время является основным направлением модернизации масштабирования.
Внецепочечное масштабирование относится к улучшению масштабируемости Ethereum Mainnet за счет инноваций за его пределами. Этот метод не требует изменения оригинального протокола Ethereum. К распространенным внецепочечным решениям для масштабирования относятся Layer 2, Plasma, Sidechains и т.д.
Layer 2 в настоящее время является самым популярным решением для масштабирования вне цепочки, обладающим следующими преимуществами:

1. Обеспечивает высокую пропускную способность транзакций, улучшает пользовательский опыт и снижает перегрузки сети Ethereum.

2. Свертывание на уровне 2 может сжать большое количество транзакций и снизить стоимость использования сети.

3. Достигает децентрализации и безопасности, одновременно стремясь к масштабируемости, что отличает ее от других решений по масштабированию вне цепочки.

Наиболее популярной и широко используемой технологией 2-го уровня является rollup, которая отличается высокой пропускной способностью транзакций, низкой комиссией за транзакции и доступностью к активам 1-го уровня.

Дорожная карта Ethereum, ориентированная на ролл-ап

В 2020 году Виталик предложил дорожную карту Ethereum, ориентированную на роллапы, и концепцию мультироллапов.
Мультиролл-апы, хотя они все еще находятся в зачаточном состоянии, могут создать больше возможностей для Ethereum в будущем. Учитывая возможность роллапов достигать высокой пропускной способности транзакций в сочетании с масштабированием на цепи - шардингом, объединенным для хранения доступности данных (DA), в будущем может быть предложена услуга Rollups as a Service (RaaS), позволяющая любому человеку быстро запускать свои собственные роллапы.
Появление мультироллапов также создает спрос на технологию мостового перехода между роллапами. Когда роллапы станут мейнстримом, необходимо создать технологии, которые позволят добиться удобной и безопасной передачи активов между роллапами, одновременно устраняя высокие комиссии за транзакции на Ethereum.

Что такое роллапы

В настоящее время роллапы служат основным вариантом реализации второго уровня. Сами роллапы представляют собой независимые блокчейны, где пользователи совершают транзакции, а затем отправляют данные в Ethereum для хранения. Таким образом, Rollups может воспользоваться преимуществами безопасности основной сети. Кроме того, объединяя сотни данных о транзакциях в один пакет, роллапы помогают значительно снизить комиссию за транзакции, так как комиссия делится на всех.
Роллапы нацелены на улучшение масштабируемости Ethereum путем вычисления транзакций в независимом блокчейне, а также упаковки данных транзакций и передачи их на хранение в Ethereum.
В настоящее время существует два вида роллапов: оптимистичные роллапы и роллапы с нулевым знанием. Они отличаются друг от друга различными моделями безопасности.

Что такое ОП-роллапы

Оптимистичные роллапы считаются "оптимистичными", потому что они предполагают, что все транзакции на OP-роллапах реальны и действительны, и относятся ко всем транзакциям оптимистичным образом.

Как OP-роллапы проверяют правильность транзакции?

В OP-Rollups используются криптоэкономические стимулы, чтобы убедиться, что валидаторы действуют честно. Любой человек на блокчейне может стать валидатором, но должен заплатить определенный депозит, что похоже на Proof-of-Stake. Если валидатор предлагает недействительную транзакцию или пытается совершить форк злонамеренно, его депозиты будут урезаны.
OP-роллапы используют доказательства мошенничества для определения подлинности транзакций. После того, как транзакции на OP-Rollups объединяются в партии и подаются в Ethereum Mainnet, существует временное окно, называемое Challenge Period, в течение которого любой желающий может проверить партии путем вычисления доказательства мошенничества.

Ввод ОП-роллапов

Чтобы войти в OP-Rollups, пользователям необходимо внести ETH, токены ERC-20 или другие принятые криптовалютные активы в межцепочечный мост. Мостовой контракт передает транзакцию на Уровень 2 (или ОП-роллапы), где майнится эквивалентное количество активов и отправляется на выбранный пользователем адрес на ОП-роллапе.

Выход из ОП-роллапов

Выход из рулонов более сложен. Если пользователь захочет выйти из OP-Rollups, он сможет вывести свои средства, скроллированные в Ethereum Mainnet, только после периода оспаривания, в течение которого любой желающий может оспорить результаты транзакции. Хотя этот процесс довольно прост для пользователей, он отнимает много времени, так как обычно занимает 1-2 недели.

Совместимость с EVM

Преимуществом OP-Rollups является его совместимость с EVM, что позволяет командам разработчиков переносить существующие смарт-контракты на Ethereum на OP-Rollups без изменений в кодах. Она не только экономит время, но и обеспечивает удобство, используя преимущества инфраструктуры Ethereum, такие как языки программирования, инструменты тестирования и т.д.
Чтобы узнать больше о EVM (Ethereum Virtual Machine), посетите сайт Что такое EVM на Gate Learn.

Arbitrum

Arbitrum является ведущим блокчейном второго уровня, использующим OP-Rollups, на долю которого приходится почти половина общей рыночной капитализации второго уровня.

Помимо некоторых успешных проектов, которые уже работают на Arbitrum, таких как Uniswap, Yearn и Sushiswap, есть и другие уникальные местные проекты, включая GMX, протокол деривативов, TreasureDAO, который намерен построить огромную экосистему NFT, и т.д.
Хотя у Arbitrum еще нет собственного токена, она является крупнейшей цепочкой 2-го уровня по версии TVL, что заставляет инвесторов внимательно следить за ее развитием. В апреле 2022 года компания Arbitrum запустила мероприятие Arbitrum Odyssey, цель которого - предоставить пользователям полное путешествие по экосистеме Arbitrum. Мероприятие проводилось совместно с проектом "Галактика" и было рассчитано на 8 недель. Пользователи могли получать воздушные десанты NFT, выполняя еженедельные задания. Собрав 13 NFT или больше, пользователи могут быть вознаграждены эксклюзивными NFT, которые ознаменуют окончание путешествия по Арбитруму.
Но уже через неделю после начала мероприятия в сеть хлынуло большое количество пользователей, что привело к взрывному росту объема транзакций и перегрузке сети, а также к стремительному росту платы за пользование сетью. Учитывая эту ситуацию, Arbitrum решил приостановить Odyssey и возобновить ее после выхода Nitro.

Arbitrum Daily Transaction Volume
(Источник изображения: Arbiscan)

Arbitrum Unique Addresses
(Источник изображения: Arbiscan)

ОПТИМИЗМ

OPTIMISM, называемый OP, также представляет собой цепочку 2-го уровня, работающую на OP-Rollups. Это вторая по величине сеть второго уровня по рыночной капитализации. В отличие от Arbitrum, OP объявила о своем первом airdrop 1 июня 2022 года, за которым последует программа стимулирования экосистемы. Стимулируемые высоким вознаграждением, инвесторы стекались в ОП, что привело к значительному увеличению его ТВЛ.

OP также получил поддержку от некоторых хорошо зарекомендовавших себя проектов, таких как Uniswap и Aave. Кроме того, Velodrome, базовый слой ликвидности экосистемы OP, является децентрализованной биржей, которая использует модель ve(3,3) и достигла значительного успеха. Она даже превзошла Uniswap, ведущую децентрализованную биржу, на TVL.

Что такое ZK-роллапы

Немного отличаясь от OP-Rollups, ZK-Rollups объединяют большое количество транзакций в пакеты, которые выполняются вне цепи и обновляют состояние смарт-контракта, отправляя доказательства достоверности в Mainnet. ZK-роллапам нужно только размещать минимальные итоговые данные в Mainnet для проверки.

Как ZK-роллапы проверяют правильность транзакций

Состояние ZK-Rollups поддерживается смарт-контрактами, развернутыми на Ethereum Mainnet. Благодаря доказательству действительности, состояние ZK-роллапов будет обновляться после проверки со стороны Mainnet. Сводные данные, переданные в Mainnet, содержат изменения смарт-контракта Ethereum и криптографическое доказательство того, что эти изменения верны

ZK-роллапы также используют Proof-of-Stake для выбора операторов. Операторы должны заранее внести криптовалюту в контракт в качестве ставок. Размер каждой ставки влияет на шансы ставочника быть выбранным. Если оператор действует злонамеренно, его ставка может быть снижена.
Если пользователь решает выйти из ZK-Rollup, он также должен завершить транзакции, проверить и обновить состояние смарт-контракта с помощью доказательства достоверности. В отличие от OP-роллапов, у ZK-роллапов нет периода испытания.

Совместимость с EVM

Нелегко совместить ZK-роллапы с EVM. Выполнение сложных смарт-контрактов намного сложнее, чем проведение простых вычислений, поэтому разработка ZK-роллапов происходит намного медленнее, чем OP-роллапов. Но с усовершенствованием технологии доказательства нулевого знания в последние годы, реализовать zkEVM больше не сложно.

Доказательства валидности

ZK-роллапы объединяют транзакции на цепочке в партии, которые являются доказательствами действительности. Доказательство достоверности позволяет сторонам доказать правильность утверждения без раскрытия самого утверждения. Следовательно, их также называют доказательствами с нулевым знанием.
В настоящее время существуют следующие два типа доказательств достоверности:

1. ZK-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge)
   ZK-SNARK популярны благодаря малым размерам доказательств и резко увеличенной скорости и пропускной способности транзакций. Если информация, используемая для создания публичных параметров, попадет в руки злоумышленников, могут быть сгенерированы ложные доказательства достоверности. Таким образом, ZK-SNARK сталкивается с проблемами безопасности и доверия.

2. ZK-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge)
   ZK-STARK считается улучшением ZK-SNARK благодаря своей прозрачности. Он полагается на публично проверяемую случайность, чтобы установить параметры для генерации и проверки доказательств. Кроме того, ZK-STARK масштабируется и требует меньше времени для проверки больших наборов данных.
   Однако, поскольку ZK-STARK производит доказательства большего размера, его верификация в Mainnet обходится дороже.

Неизменный X

Immutable X, основанный в 2018 году, является одним из самых известных блокчейнов, использующих ZK-Rollup. Она характеризуется обеспечением надежной среды для транзакций NFT. На Immutable X планируется выпустить много крупных блокчейн-игр, включая Illuvium, Ember World и т.д.
Карточная игра Gods Unchained, запущенная на более ранней стадии, также очень популярна. В Gods Unchained игроки будут покупать, строить и собирать карты, которые можно использовать для построения колод и сражений с другими игроками.

Полигон zkEVM (Гермез)

В последнее время компания Polygon продолжает расширять свой бизнес в сфере ZK-Rollups. После приобретения компаний Mir Protocol и Hermez Network компания Polygon запустила компанию Polygon Hermez в июле 2022 года. Это первый проект zkEVM с открытым исходным кодом, эквивалентный EVM. Воспользовавшись сильным брендом Polygon, Hermez привлек к себе широкое внимание сразу же после запуска. После запуска тестовой сети разработчики смогут беспрепятственно развернуть любой смарт-контракт Ethereum на Polygon Hermez.

(Источник изображения: Polygon zkEVM)

OP-Rollups против ZK-Rollups

Модель безопасности

ZK-роллапы полагаются на бездоверительный криптографический механизм для обеспечения безопасности, в то время как OP-роллапы полагаются на криптоэкономические стимулы для поддержания доверия.
OP-роллапы объединяют несколько транзакций в пакеты и отправляют их в Mainnet для проверки. Они не проверяют подлинность этих транзакций заранее, но оптимистично предполагают, что все транзакции верны. OP-роллапы имеют период оспаривания около 1-2 недель, позволяя любому желающему оспорить подлинность транзакции путем вычисления доказательств мошенничества, тем самым защищая состояние блокчейна. Если пользователь хочет выйти, он должен подождать до окончания периода вызова, чтобы определить правильность транзакции.
ZK-Rollups будет заранее готовить доказательства достоверности для объединенных транзакций и отправлять их смарт-контрактам в Mainnet, чтобы доказать правильность изменения состояния. Поскольку доказательства достоверности могут быть предложены для обновления состояния блокчейна, пользователи могут выйти из ZK-Rollups в любое время.

Использование пространства блока

OP-Rollups объединяет большое количество транзакций в пакеты и отправляет их в Mainnet для проверки. В противоположность этому, ZK-роллапы отправляют в Mainnet сводные данные небольшого размера. Поскольку стоимость отправки данных в Mainnet - это основные затраты, которые несут Rollups, ZK-Rollups превосходят их, поскольку им нужно отправлять только минимальные доказательства достоверности.

Совместимость EVM и будущий рост

Благодаря более высокой совместимости с EVM, OP-Rollups занимают большую часть рынка второго уровня. Но окончательное подтверждение правильности транзакций происходит с задержкой из-за доказательств мошенничества.
Преимущества ZK-роллапов заключаются в низкой стоимости, надежности и более быстром подтверждении транзакций. Недостатком является сложность совместимости с EVM, а также множество существующих проблем, которые необходимо решить, например, не полностью открытый код и различные методы разработки.
С комплексной точки зрения, OP-роллапы являются более открытыми, чем ZK-роллапы, что делает процесс их разработки более простым. Вот почему на современном рынке Layer 2 доминируют OP-Rollups. Однако, из-за доказательств мошенничества, OP-роллапы по своей сути уступают ZK-роллапам в плане безопасности; в то время как ZK-роллапы ограничены проблемами высоких технических барьеров, незрелой разработки и т.д.
Что касается будущего роллапов, то OP-Rollups более предпочтительны для общественности как идеальное решение в краткосрочной перспективе, которое может эффективно снять нагрузку с Ethereum. И ZK-Rollups рассматривается как гораздо более перспективное решение для достижения более высокой безопасности и масштабируемости в среднесрочной и долгосрочной перспективе.

Проблемы, связанные с рулонами

Не полностью децентрализованная

Текущий Rollups можно рассматривать с двух сторон. Блоки генерируются определенными операторами централизованно, но проверяются Ethereum, который является недоверчивым и в высшей степени децентрализованным.

Конкретные операторы могут подавать подтверждения данных на Уровень 1, но это может привести к возникновению единой точки отказа. На самом деле, Арбитурм несколько раз падал по этой причине.

Безопасность и трудности развития

В зависимости от того, как данные будут передаваться в Ethereum, роллапы делятся на два типа: оптимистичные роллапы и роллапы с нулевым знанием.

OP-Rollups имеют зрелый открытый исходный код и быстро развиваются, потому что их легче реализовать. Однако, поскольку OP-Rollups предполагает, что все транзакции являются правильными, необходимы доказательства мошенничества и поощрения токенами, чтобы стимулировать валидаторов за пределами Mainnet проверять правильность транзакций в период испытания. Если пользователи хотят отказаться от участия, они должны дождаться окончания периода испытания. Таким образом, OP-роллапы уступают в плане безопасности.

Учитывая это, следует предложить решения проблем безопасности OP-Rollups. В противном случае их окончательно заменят ZK-Rollups, которые являются более безопасными.

ZK-Rollups необходимо создать доказательства достоверности для сжатых транзакций. Им необходимо отправить данные транзакции в Ethereum для хранения и доказать правильность изменения состояния блокчейна. Пользователи могли выйти из ZK-роллапа в любое время, поскольку транзакции выхода выполняются, как только контракт ZK-роллапа проверяет доказательство действительности.

Хотя ZK-роллапы обладают более высокой безопасностью, все еще существует много проблем, включая не полностью открытый исходный код, различные методы разработки разных команд, ограниченную скорость транзакции из-за вычисления доказательства нулевого знания (ZKP), а также трудности совместимости с EVM. Все эти факторы ограничивают внедрение ZK-роллапов в краткосрочной перспективе.

Для реализации многороликовых рулонов требуется перекрестное мостиковое соединение. Поскольку перекрестные мосты менее безопасны и подвержены краже активов, нам следует избегать перенимать дизайн перекрестных мостов, а сосредоточиться на их безопасности и совместимости. Поскольку лежащая в основе технология довольно сложна и все еще находится в зачаточном состоянии, мы не будем углубляться в нее в этой статье.
Видение мультироллапов действительно привлекательно, но в настоящее время роллапы все еще находятся на ранней стадии. По мере того, как все больше и больше профессиональных команд вступают в Rollups, многие проблемы, существовавшие в течение долгого времени, могут быть решены, а широкое образование в этой области и количество приложений также будут расти соответственно. В будущем мы обязательно создадим экосистему мультироллеров.

Заключение

Поскольку технология Rollup все еще находится в зачаточном состоянии, необходимо больше времени для проведения углубленных исследований и разработок. В настоящее время широко распространено мнение, что Rollups имеет высокие технические барьеры и трудности в достижении совместимости с EVM. Поэтому OP-роллапы считаются идеальным решением в краткосрочной перспективе, а ZK-роллапы - в среднесрочной и долгосрочной перспективе.
Свертывание направлено на снижение нагрузки на Ethereum. В настоящее время ежедневный объем транзакций Arbitrum и Optimism, двух ведущих сетей второго уровня, составляет около 100 000, что является относительно низким показателем. Для сравнения, ежедневный объем транзакций Ethereum Mainnet достигает 1 миллиона. Очевидно, что для уровня 2 необходимо больше времени, чтобы привлечь больше пользователей и проектов из Mainnet.
Концепция мультироллапов плюс масштабирование на цепочке - шардинг в сочетании с хранением доступности данных могут стать решением проблемы "невозможного треугольника" блокчейна, развитие которого положит начало совершенно новой главе.

(Источник изображения: Etherscan)

Целью масштабирования Ethereum является улучшение его масштабируемости без ущерба для децентрализации или безопасности, с целью решения "невозможного треугольника". Свертывание - это только один из многих возможных способов достижения цели огромного масштабирования. Роллы вместе с технологией шардинга для достижения масштабирования на цепочке могут действительно улучшить пропускную способность Ethereum. До этого все, что мы можем сделать, это постоянно знакомиться с новейшими технологиями и соответствующими новостями, получать различные точки зрения и строить собственную систему знаний о будущем развитии этого сектора, создавая тем самым собственные потенциальные возможности.