Що таке зведення?

Вступ

Rollups є одним із найпопулярніших і ефективних рішень для масштабування Ethereum. Будучи рішенням для масштабування поза ланцюгом рівня 2, Rollup об’єднує тисячі транзакцій поза ланцюгом у пакети та надсилає їх до основного блокчейну для зберігання та перевірки. Це значно покращує обсяг і швидкість транзакцій, успадковуючи безпеку основної мережі Ethereum.

Вступ

Зараз усі блокчейни борються з проблемою «неможливого трикутника»: децентралізація, масштабованість і безпека. Будь-який блокчейн може мати щонайбільше два з них. Наприклад, коли Ethereum досягає децентралізації та безпеки, він жертвує масштабованістю. Оскільки кількість користувачів у мережі зростає, Ethereum перевантажений і не може витримувати такий величезний трафік. У результаті виникають такі проблеми, як низька швидкість транзакцій і високі комісії.

Основною метою масштабованості є збільшення швидкості транзакцій і пропускної здатності (транзакцій за секунду, TPS) без шкоди для безпеки чи децентралізації.
Зведені терміни, останнім часом найчастіше згадуваний термін, є рішеннями для масштабування Ethereum. Це найбільш прийнятне рішення для масштабування Ethereum до завершення шардингу та масштабування Mainnet.

Масштабованість Ethereum

Існує два типи масштабування блокчейна: масштабування в ланцюжку та масштабування поза ланцюгом.

Масштабування в мережі

Масштабування в ланцюжку передбачає зміну протоколу Ethereum, щоб справді покращити швидкість і пропускну здатність транзакцій. На даний момент основним напрямком масштабування в ланцюжку є шардинг. Масштабування в ланцюжку складніше, ніж масштабування поза ланцюгом.

Шардинг

Технологія шардингу не є новою концепцією. Він давно використовується в традиційних комерційних базах даних. Шардинг — це процес горизонтального поділу бази даних на кілька сегментів для полегшення навантаження. Розрізнені дані будуть випадковим чином призначені кожному вузлу та оброблятимуться незалежно й одночасно паралельно.
Шардинг ефективно покращить швидкість транзакцій і пропускну здатність блокчейна. Це може навіть допомогти Ethereum вирішити проблему «неможливого трикутника».

Масштабування поза мережею

Масштабування поза ланцюгом означає покращення масштабованості Mainnet за допомогою інновацій за межами Mainnet, які не призведуть до змін у протоколі Ethereum. Крім Layer 2, іншими популярними рішеннями для масштабування поза ланцюгом на даний момент є Sidechain і Plasma тощо.

Масштабування рівня 2

Децентралізація та безпека ніколи не повинні ставитися під загрозу для досягнення масштабованості. Рівень 2 - це незалежний блокчейн. Оскільки рівень 2 успадковує безпеку та децентралізацію основної мережі, він має потенціал для досягнення вищої масштабованості. Наразі існує два типи масштабування рівня 2 – зведення та канали стану.
Наразі зведення є основним рішенням для масштабування Ethereum. Вони відіграють вирішальну роль у формуванні дорожньої карти Ethereum. Виходячи з моделі безпеки, зведені дані можна розділити на дві категорії: оптимістичні зведені та зведені з нульовими знаннями.
Державні канали дозволяють користувачам здійснювати транзакції безпечно, швидко та дешево поза ланцюгом, а потім остаточно врегулювати з Mainnet.

Сайдчейни

Сайдчейни — це сумісні з EVM блокчейни, які працюють незалежно від основної мережі Ethereum. Сайдчейни сумісні з Ethereum Mainnet через міжланцюгові мости та працюють за власними алгоритмами консенсусу паралельно з Mainnet. На відміну від Ethereum, сайдчейни жертвують деякою мірою децентралізації або безпеки, щоб досягти високої пропускної здатності та швидкості транзакцій. Двома найпопулярнішими сайдчейном є Polygon і Fantom.

плазма

Плазмові ланцюжки — це окремі блокчейни, прив’язані до основної мережі Ethereum, які використовують докази шахрайства для вирішення спорів. На відміну від сайдчейнів, плазмові ланцюги побудовані на основі блокчейну Ethereum і можуть розширювати багато «дочірніх» ланцюжків. Певною мірою ланцюги Plasma виграють від безпеки Ethereum Mainnet. Plasma колись розглядалася як рішення для масштабування Ethereum, але потім була замінена Layer 2. Добре відомим блокчейном Plasma є OMG Network.

Чому зведені пакети мають значення?

Масштабування поза ланцюжком рівня 2 є основним рішенням для масштабування

Масштабування в ланцюжку важко реалізувати, оскільки воно вимагає змін у протоколі Ethereum. Таким чином, масштабування поза ланцюгом наразі є основним напрямком оновлення масштабування.
Масштабування поза мережею означає покращення масштабованості основної мережі Ethereum за допомогою інновацій поза нею. Цей метод не потребує зміни оригінального протоколу Ethereum. Поширені рішення масштабування поза ланцюгом включають рівень 2, плазму, бічні ланцюги тощо.
Рівень 2 наразі є найпопулярнішим рішенням для масштабування поза ланцюгом, яке має наступні функції:

1. Відрізняється високою пропускною здатністю транзакцій, покращує взаємодію з користувачем і зменшує перевантаження мережі Ethereum.

2. Зведення рівня 2 може стиснути велику кількість транзакцій і знизити вартість використання мережі.

3. Досягає децентралізації та безпеки, одночасно прагнучи до масштабованості, що відрізняє його від інших рішень для масштабування поза мережею.

Найпопулярнішою та широко використовуваною технологією рівня 2 є зведення, яке має високу пропускну здатність транзакцій, низькі комісії за транзакції та доступ до активів рівня 1.

Дорожня карта Ethereum, орієнтована на зведення

У 2020 році Віталік запропонував Дорожню карту Ethereum, орієнтовану на Rollup, і концепцію multi-rollup.
Мульти-зведення, хоча все ще знаходиться в зародковому стані, може створити більше можливостей для Ethereum у майбутньому. Враховуючи можливість досягнення високої пропускної здатності зведених транзакцій у поєднанні з масштабуванням у ланцюжку – шардингом, об’єднаним для зберігання доступності даних (DA), у майбутньому можуть бути запропоновані зведені пакети як послуга (RaaS), що дозволить будь-кому швидко запустити власні зведені.
Поява мульти-згортань також створює попит на технологію перехресного згортання. Коли зведені пакети стають основними, необхідно розробити технології, які зможуть забезпечити зручну та безпечну передачу активів між зведеними пакетами, одночасно усуваючи високі комісії за транзакції в Ethereum.

Що таке зведення

Наразі зведення є основним варіантом реалізації рівня 2. Самі зведення є незалежними блокчейнами, де користувачі здійснюють транзакції, а потім надсилають дані в Ethereum для зберігання. Таким чином Rollups може отримати вигоду від безпеки основної мережі. Крім того, завдяки об’єднанню сотень даних про транзакції в один пакет, зведення допомагає значно зменшити комісію за транзакції, оскільки комісія розподіляється для всіх.
Зведені пакети мають на меті покращити масштабованість Ethereum шляхом обчислення транзакцій у незалежному блокчейні, а також упаковки даних транзакцій і надсилання їх на Ethereum для зберігання.
Наразі існує два типи зведених даних: оптимістичні зведені та зведені з нульовими знаннями. Вони відрізняються один від одного різними моделями безпеки.

Що таке OP-зведення

Оптимістичні зведення вважаються «оптимістичними», оскільки вони припускають, що всі транзакції в OP-Rollups є реальними та дійсними, і розглядають усі транзакції оптимістично.

Як OP-Rollups перевіряє правильність транзакції?

OP-Rollups використовує криптоекономічні стимули, щоб переконатися, що валідатори діють чесно. Будь-хто в блокчейні може стати валідатором, але повинен сплатити певні депозити, що схоже на Proof-of-Stake. Якщо валідатор пропонує недійсну транзакцію або намагається зловмисно розгалужитись, його депозити будуть скорочені.
OP-Rollups використовує докази шахрайства для визначення автентичності транзакцій. Після того, як транзакції в OP-Rollups об’єднуються в пакети та надсилаються в мережу Ethereum Mainnet, з’являється часове вікно під назвою «Період перевірки», протягом якого будь-хто може перевірити пакети, обчислюючи докази шахрайства.

Введення OP-зведення

Щоб отримати доступ до OP-Rollups, користувачі повинні внести ETH, токени ERC-20 або інші прийнятні криптовалютні активи в міжланцюговий міст. Прохідний контракт передасть транзакцію на рівень 2 (або OP-Rollups), де еквівалентна кількість активів карбується та надсилається на адресу, вибрану користувачем у OP-Rollup.

Вихід із зведених OP

Вихід із зведень складніший. Якщо користувач хоче вийти з OP-Rollups, він може зняти свої кошти, зібрані в Ethereum Mainnet, лише після періоду перевірки, протягом якого кожен може оскаржити результати транзакції. Хоча цей процес досить простий для користувачів, він займає багато часу, оскільки зазвичай займає 1-2 тижні.

Сумісність з EVM

Перевагою OP-Rollups є його сумісність з EVM, що дозволяє командам розробників переносити існуючі смарт-контракти на Ethereum на OP-Rollups без змін кодів. Це не тільки економить час, але й забезпечує зручність, використовуючи переваги інфраструктури Ethereum, як-от мови програмування, інструменти тестування тощо.
Щоб дізнатися більше про EVM (віртуальну машину Ethereum), відвідайте сторінку Що таке EVM на Gate Learn.

Арбітр

Arbitrum — це провідний блокчейн рівня 2, який використовує OP-Rollups, на нього припадає майже половина загальної ринкової капіталізації рівня 2.

Окрім деяких успішних проектів, які вже запущені на Arbitrum, таких як Uniswap, Yearn і Sushiswap, існують інші унікальні нативні проекти, зокрема GMX, похідний протокол і TreasureDAO, який має намір створити величезну екосистему NFT тощо.
Незважаючи на те, що Arbitrum ще не має рідного токена, це найбільша мережа рівня 2 від TVL, що змушує її інвесторів уважно стежити за її розвитком. Arbitrum запустив подію Arbitrum Odyssey у квітні 2022 року, щоб надати користувачам повну подорож до екосистеми Arbitrum. Подія була проведена у співпраці з Project Galaxy і розрахована на 8 тижнів. Користувачі могли отримувати аірдропи NFT, виконуючи щотижневі завдання. Зібравши 13 або більше NFT, користувачі можуть отримати нагороду ексклюзивними NFT, які знаменують кінець подорожі Arbitrum.
Але лише через тиждень після початку заходу велика кількість користувачів зібралася, що призвело до різкого збільшення обсягу транзакцій і перевантаженості мережі, а також різкого зростання плати за мережу. Враховуючи цю ситуацію, Arbitrum вирішив призупинити Odyssey і відновити його після випуску Nitro.

Щоденний обсяг транзакцій Arbitrum
(Джерело зображення: Arbiscan)

Унікальні адреси Arbitrum
(Джерело зображення: Arbiscan)

ОПТИМІЗМ

ОПТИМІЗМ, відомий як OP, також є ланцюжком рівня 2, що підтримується OP-Rollups. Це друга за величиною мережа рівня 2 за ринковою капіталізацією. На відміну від Arbitrum, OP оголосила про свій перший airdrop 1 червня 2022 року, після чого відбулася програма стимулювання екосистеми. Стимульовані високими винагородами, інвестори кинулися до OP, що призвело до значного збільшення його TVL.

OP також отримав підтримку від деяких відомих проектів, таких як Uniswap і Aave. Крім того, Velodrome, базовий рівень ліквідності екосистеми OP, є децентралізованою біржею, яка використовує модель ve(3,3) і досягла значного успіху. TVL навіть перевершив Uniswap, провідну децентралізовану біржу.

Що таке ZK-зведення

Трохи відрізняючись від OP-Rollups, ZK-Rollups об’єднує велику кількість транзакцій у пакети, які виконуються поза мережею та оновлюють стан смарт-контракту, надсилаючи докази дійсності до основної мережі. ZK-Rollups потребує лише публікації мінімальних підсумкових даних у Mainnet для перевірки.

Як ZK-Rollups перевіряє коректність транзакцій

Стан ZK-Rollups підтримується смарт-контрактами, розгорнутими в Ethereum Mainnet. За допомогою підтвердження дійсності стан ZK-Rollups буде оновлено після перевірки Mainnet. Зведені дані, надіслані в Mainnet, містять зміни смарт-контракту Ethereum і криптографічний доказ того, що ці зміни правильні

ZK-Rollups також використовує Proof-of-Stake для вибору операторів. Оператори повинні заздалегідь внести криптовалюту в контракт як ставки. Розмір кожної ставки впливатиме на шанси гравця бути обраним. Якщо оператор діє зловмисно, його ставку можуть скоротити.
Якщо користувач вирішить вийти з ZK-Rollup, він також повинен об’єднати транзакції, а також перевірити й оновити стан смарт-контракту за допомогою підтвердження дійсності. На відміну від OP-Rollups, ZK-Rollups не мають періоду перевірки.

Сумісність з EVM

ZK-Rollups нелегко бути сумісними з EVM. Запускати складні смарт-контракти набагато складніше, ніж проводити прості обчислення, тому розробка ZK-Rollups відбувається набагато повільніше, ніж OP-Rollups. Але з удосконаленням технології підтвердження нульового знання за останні роки реалізувати zkEVM стало неважко.

Докази дійсності

ZK-Rollups об’єднує транзакції в ланцюжку в пакети, які є підтвердженням дійсності. Підтвердження дійсності дозволяє сторонам доводити правильність твердження, не розкриваючи самого твердження. Тому їх також називають доказами з нульовим знанням.
На даний момент існує два типи доказів дійсності:

1. ZK-SNARK (короткий неінтерактивний аргумент знань із нульовим знанням)
   ZK-SNARK користуються популярністю через невеликі розміри перевірок і різко збільшену швидкість і пропускну здатність транзакцій. Якщо інформація, яка використовується для створення загальнодоступних параметрів, потрапляє у володіння зловмисників, може бути створено фальшиве підтвердження дійсності. Тому ZK-SNARK стикається з проблемами безпеки та довіри.

2. ZK-STARK (масштабований прозорий аргумент знань без знань)
   ZK-STARK вважається вдосконаленням ZK-SNARK через свою прозорість. Він покладається на випадковість, яку можна публічно перевірити, щоб налаштувати параметри для створення та перевірки доказів. Крім того, ZK-STARK є масштабованим і вимагає менше часу для перевірки великих наборів даних.
   Однак, оскільки ZK-STARK виробляє більші розміри пробних матеріалів, перевірка в мережі Mainnet коштує дорожче.

Незмінний X

Immutable X, заснований у 2018 році, є одним із найвідоміших блокчейнів, які використовують ZK-Rollup. Він характеризується тим, що забезпечує надійне середовище транзакцій NFT. Багато великих блокчейн-ігор планується випустити на Immutable X, включаючи Illuvium, Ember World тощо.
Великою популярністю користується також карткова гра Gods Unchained, запущена на ранньому етапі. У Gods Unchained гравці будуть купувати, будувати та збирати карти, які можна використовувати для створення колод і битви з іншими гравцями.

Багатокутник zkEVM (Гермез)

Останнім часом Polygon продовжив розширення свого бізнесу в ZK-Rollups. Після зусиль із придбання Mir Protocol і Hermez Network Polygon запустив Polygon Hermez у липні 2022 року. Це перший проект zkEVM з відкритим кодом, еквівалентний EVM. Скориставшись потужним брендом Polygon, Hermez привернув велику увагу, щойно був запущений. Після запуску тестової мережі розробники зможуть безперешкодно розгортати будь-який смарт-контракт Ethereum на Polygon Hermez.

(Джерело зображення: Polygon zkEVM)

OP-зведення проти ZK-зведення

Модель безпеки

ZK-Rollups покладаються на надійний криптографічний механізм для забезпечення безпеки, тоді як OP-Rollups покладаються на криптоекономічні стимули для підтримки довіри.
OP-Rollups об’єднують кілька транзакцій у пакети та надсилають їх до основної мережі для перевірки. Вони не перевіряють автентичність цих транзакцій заздалегідь, але оптимістично припускають, що всі транзакції правильні. OP-Rollups мають складний період приблизно 1-2 тижні, що дозволяє будь-кому оскаржити автентичність транзакції шляхом обчислення доказів шахрайства, тим самим захищаючи стан блокчейну. Якщо користувач хоче вийти, він повинен дочекатися завершення періоду виклику, щоб визначити правильність транзакції.
ZK-Rollups заздалегідь підготує докази дійсності для пакетних транзакцій і надішле їх до смарт-контрактів у мережі Mainnet, щоб підтвердити правильність зміни стану. Оскільки для оновлення стану блокчейну можуть бути запропоновані докази дійсності, користувачі можуть вийти з ZK-Rollups у будь-який час.

Блок використання простору

OP-Rollups об’єднують велику кількість транзакцій у пакети та надсилають їх до основної мережі для перевірки. Навпаки, ZK-Rollups надсилають невеликі підсумкові дані до основної мережі. Оскільки вартість надсилання даних до мережі Mainnet є основною витратою, яку несе зведення, ZK-Rollup є кращим, оскільки їм потрібно надсилати лише мінімальні докази дійсності.

Сумісність з EVM і майбутнє зростання

Завдяки вищій сумісності з EVM, OP-Rollups займають більшу частину ринкової капіталізації рівня 2. Але остаточне визначення правильності транзакцій може бути затримано через докази шахрайства.
ZK-Rollups мають такі переваги, як низька вартість, надійність і швидше підтвердження транзакцій. Недоліком є те, що важко бути сумісним з EVM, а також багато існуючих проблем, які потрібно вирішити, наприклад, не повністю відкритий код і різні методи розробки.
Зі всебічної точки зору, OP-Rollups є більш відкритим кодом, ніж ZK-Rollups, що полегшує процес їх розробки. Ось чому на поточному ринку рівня 2 домінують OP-Rollups. Однак через стійкість до шахрайства OP-Rollups за своєю суттю поступаються ZK-Rollups з точки зору безпеки; тоді як ZK-Rollups обмежені проблемами високих технічних бар'єрів і незрілого розвитку тощо.
Що стосується майбутнього зведених пакетів, громадськість більше віддає перевагу OP-Rollups як ідеальне рішення в короткостроковій перспективі, яке може ефективно зменшити навантаження на Ethereum. І ZK-Rollups розглядається як набагато перспективніше рішення для досягнення вищої безпеки та масштабованості в середньостроковій та довгостроковій перспективі.

Проблеми зведення

Не повністю децентралізовано

Поточні зведені пакети можна розглядати з двох сторін. Блоки генеруються спеціальними операторами централізовано, але перевіряються Ethereum, який є надійним і дуже децентралізованим.

Певні оператори можуть надсилати докази даних на Рівень 1, але це може спричинити одну точку збою. Насправді Arbiturm кілька разів припинявся з цієї причини.

Безпека та складність розвитку

Залежно від того, як дані надсилатимуться в Ethereum, зведені пакети поділяються на два типи: оптимістичні зведені та зведені з нульовим знанням.

OP-Rollups мають зрілий відкритий код і швидко розвиваються, оскільки їх легше реалізувати. Однак, оскільки OP-Rollups припускає, що всі транзакції є правильними, необхідні докази шахрайства та токени, щоб стимулювати валідаторів за межами Mainnet перевіряти правильність транзакцій протягом періоду перевірки. Якщо користувачі хочуть зняти кошти, вони повинні дочекатися закінчення періоду виклику. Таким чином, OP-Rollups поступаються з точки зору безпеки.

Враховуючи це, слід запропонувати рішення проблем безпеки OP-Rollups. Інакше їх остаточно замінять ZK-Rollups, які є більш безпечними.

ZK-Rollups має надати докази дійсності для стислих транзакцій. Їм потрібно відправити дані транзакції в Ethereum для зберігання та підтвердити правильність зміни стану блокчейна. Користувачі можуть відмовитися від ZK-зведення в будь-який час, оскільки транзакції виходу виконуються після того, як контракт ZK-зведення підтвердить доказ дійсності.

Хоча ZK-Rollups мають більш високий рівень безпеки, все ще існує багато проблем, включаючи не повністю відкриті вихідні коди, різні методи розробки різними командами, обмежену швидкість транзакцій через обчислення нульового підтвердження (ZKP) і труднощі бути сумісним з EVM. Усі ці фактори обмежують впровадження ZK-Rollups у короткостроковій перспективі.

Перехресне згортання потрібне для реалізації кількох згортань. Оскільки крос-ланцюгові мости є менш безпечними та сприйнятливими до крадіжки активів, нам слід уникати прийняття дизайну крос-ланцюгових мостів, але зосередитися на їхній безпеці та сумісності. Оскільки технологія, що лежить в її основі, досить складна і все ще перебуває в зародковому стані, ми не будемо занурюватися в неї глибше в цій статті.
Бачення мультизведень справді привабливе, але наразі зведення все ще перебуває на ранній стадії. Оскільки все більше і більше професійних команд вступає в Rollups, багато проблем, які існують протягом тривалого часу, можуть бути вирішені, і широка освіта в цій галузі та кількість заявок також зростатимуть відповідно. У майбутньому ми обов’язково запровадимо всебічну екосистему з кількома зведеними пакетами.

Висновок

Оскільки технологія Rollup все ще знаходиться в зародковому стані, потрібно більше часу для проведення поглиблених досліджень і розробок. Наразі зведені пакети мають великі технічні бар’єри та труднощі в досягненні сумісності з EVM. Таким чином, OP-Rollups розглядаються як ідеальне рішення в короткостроковій перспективі, а ZK-Rollups — у середньостроковій та довгостроковій перспективі.
Зведені пакети мають на меті зменшити навантаження на Ethereum. Зараз щоденний обсяг транзакцій Arbitrum і Optimism, двох провідних мереж рівня 2, становить близько 100 000, що є відносно низьким показником. Навпаки, щоденний обсяг транзакцій Ethereum Mainnet досягає 1 мільйона. Очевидно, що шару 2 потрібно більше часу, щоб залучити більше користувачів і проектів з Mainnet.
Концепція Multi-rollups плюс масштабування в ланцюжку — шардинг, об’єднаний для зберігання доступних даних, може стати вирішенням проблеми «неможливого трикутника» блокчейну, розробка якого розпочне нову главу.

(Джерело зображення: Etherscan)

Метою масштабування Ethereum є покращення його масштабованості без шкоди для децентралізації чи безпеки з огляду на вирішення «неможливого трикутника». Зведений пакет — це лише один із багатьох можливих способів досягнення величезної мети масштабування. Зведення разом із технологією шардингу для масштабування в ланцюжку може справді покращити пропускну здатність Ethereum. До цього все, що ми можемо зробити, — це постійно оновлюватися з останніми технологіями та пов’язаними новинами, отримувати різні точки зору та будувати власну базу знань про майбутній розвиток цього сектора, створюючи тим самим власні потенційні можливості.