Seri Bukti Layer2 (Bagian 1) - OP Stack Fraud Proof: Permasalahan, Solusi, dan Inovasi

Ikhtisar

Solusi Layer 2 kini menjadi pendekatan utama untuk mengatasi keterbatasan skalabilitas Layer 1. Seri ini membahas solusi bukti L2, dengan fokus pada mekanisme fraud proof. Fraud proof adalah sistem kriptografi yang dirancang untuk memvalidasi serta memverifikasi transaksi atau komputasi di blockchain, sehingga integritas dan keamanan operasi ledger terdistribusi tetap terjaga.

Ringkasan Alur Kerja Optimistic Rollup

Alur kerja Optimistic Rollup terdiri dari tujuh tahap utama yang membangun pipeline verifikasi transaksi yang komprehensif. Pengguna memulai transaksi di jaringan Layer 2 dengan mengirimkannya langsung ke L2 sequencer. L2 sequencer mengeksekusi transaksi tersebut menggunakan salinan chain L2 miliknya dan menghasilkan state root baru yang menggambarkan ledger yang telah diperbarui.

Setelah eksekusi, sequencer mengirimkan transaksi asli beserta state root baru ke blockchain Layer 1. Setelah diterima, smart contract L1 memasuki jendela waktu khusus untuk tantangan, di mana siapa saja di blockchain dapat mengajukan keberatan terhadap validitas transaksi atau hasil eksekusi dari L2 sequencer. Fase tantangan ini krusial untuk menjaga keamanan sistem dan mencegah tindakan jahat.

Setelah periode tantangan selesai, blockchain Layer 1 memfinalisasi pencatatan eksekusi L2. Jika sequencer terbukti tidak jujur selama fase tantangan, penalti akan diterapkan dan state root dihitung ulang untuk memastikan akurasi serta memulihkan integritas sistem.

Mengapa Mekanisme Pembuktian Penting untuk Keamanan L2

Mekanisme fraud proof dan sistem tantangan sangat penting untuk mengurangi risiko dari perilaku sequencer yang tidak jujur. Dengan bukti kriptografi, kebenaran transaksi rollup dan state root dapat diverifikasi secara independen oleh siapa pun di blockchain L1 tanpa perlu eksekusi ulang seluruh riwayat transaksi.

Optimism menggunakan jendela tantangan yang diperpanjang sehingga berbagai peserta—termasuk pengguna dan verifikator independen—dapat memverifikasi hasil eksekusi dan state root. Durasi verifikasi yang lebih lama memungkinkan komunitas menemukan dan menantang pengajuan yang berpotensi curang, sehingga membangun model keamanan berbasis insentif ekonomi dan verifikasi kriptografi, bukan hanya kepercayaan pada satu pihak.

Fraud Proof vs Validity Proof

Terdapat dua kategori solusi bukti dalam ekosistem blockchain, dengan pendekatan dan kompromi berbeda. Sistem validity proof mengharuskan sequencer menyertakan bukti validitas kriptografi saat mengirimkan hasil eksekusi ke Layer 1. Bukti ini memungkinkan siapa pun di jaringan Layer 1 untuk segera memverifikasi kebenaran hasil eksekusi tanpa eksekusi ulang transaksi di L2, meski membutuhkan perhitungan matematika kompleks dan sistem zero-knowledge proof.

Sistem fraud proof, atau fault proof, berasumsi sequencer jujur dan menggunakan mekanisme tantangan untuk memastikan kebenaran. Dalam model ini, peserta diberi waktu untuk menantang pengajuan yang diduga curang, sehingga beban pembuktian berpindah dari sequencer ke challenger, dan efisiensi meningkat ketika kebanyakan pengajuan memang jujur.

Solusi Fraud Proof

Fraud proof dapat diimplementasikan melalui dua pendekatan utama: solusi non-interaktif dan interaktif, dengan karakteristik arsitektur dan performa yang berbeda.

Pengantar Fraud Proof Non-Interaktif

Fraud proof non-interaktif bekerja dengan mengeksekusi ulang semua transaksi dari L2 di L1. Pendekatan ini memerlukan infrastruktur yang memadai agar transaksi L2 dapat dijalankan di lingkungan L1 dan memverifikasi perubahan state L2 melalui lapisan verifikasi L1. Tantangan utama fraud proof non-interaktif adalah eksekusi ulang transaksi dari L2 di L1 serta menyelesaikan masalah inkonsistensi state antara lingkungan L2 dan L1 demi verifikasi yang akurat.

Optimism Virtual Machine (OVM v1)

Untuk mengatasi masalah konsistensi state pada fraud proof non-interaktif, protokol Optimism menerapkan berbagai teknik canggih. Komitmen state dihasilkan secara berkala oleh L2, menciptakan bukti kriptografi atas seluruh state L2. Ketersediaan data dijamin saat validator L1 memastikan data yang diperlukan tersedia di chain L1. Verifikasi eksekusi dilakukan ketika validator L1 mengeksekusi ulang transaksi menggunakan data L2 dalam konteks L2. Komunikasi lintas-chain difasilitasi agar lapisan L1 dan L2 dapat saling berinteraksi. Insentif dirancang agar peserta tetap jujur.

Inovasi utama OVM adalah penciptaan “container” yang membuat eksekusi ulang di L1 setara dengan eksekusi di L2. Hal ini dicapai melalui preload state akun, modifikasi bytecode EVM terkait storage dan akses state, deployment smart contract di L1 untuk memodifikasi bytecode kontrak pengguna demi akses data eksternal, serta perubahan compiler Solidity untuk menghasilkan bytecode OVM, bukan EVM standar.

Kekurangan OVM

Walau inovatif, OVM memiliki sejumlah kelemahan. Kompleksitas meningkat karena modifikasi compiler bytecode kontrak asli, sehingga developer harus memahami bytecode non-standar. Ukuran kode membesar karena penggantian opcode dengan fungsi, yang menambah instruksi dan meningkatkan biaya deployment. Konsumsi gas naik drastis sebab fungsi umumnya lebih boros gas dibanding satu opcode, membuat transaksi OVM lebih mahal. Keterbatasan performa muncul karena OVM belum optimal, sehingga berpotensi memicu bottleneck pada pemrosesan transaksi.

Pengantar Fraud Proof Interaktif Optimism

Fraud proof interaktif menawarkan paradigma baru dengan protokol interaksi antara defender dan challenger untuk memverifikasi transisi state. Pendekatan ini lebih efisien karena kedua pihak dapat fokus pada bagian state transition yang diperdebatkan, tanpa perlu eksekusi ulang seluruh transaksi.

Implementasi terkini Optimism, yakni proyek Cannon, berfokus pada verifikasi hanya dengan satu instruksi MIPS di L1—mengurangi kebutuhan komputasi on-chain secara signifikan.

Gambaran Umum Cannon

Cannon bertujuan menghapus modifikasi smart contract di level opcode, sehingga kompleksitas skenario EVM-on-EVM dapat dihindari. Solusi ini menyederhanakan akses state L2 dan menurunkan biaya verifikasi fraud proof on-chain.

Cannon mewujudkan visi ini melalui sejumlah fitur utama. Solusi akses state terpadu menggunakan preimage oracle, mekanisme yang memungkinkan akses state Layer 2 lewat hash sebagai kunci. Alih-alih eksekusi ulang di level kontrak, Cannon memakai replay di level Geth yang lebih dekat dengan implementasi klien. Verifikasi on-chain dioptimalkan agar hanya memerlukan satu instruksi MIPS, sehingga overhead komputasi sangat kecil. Op-program menjadi jembatan akses dan generasi data preimage, serta mekanisme dispute game memungkinkan defender dan challenger berkolaborasi menemukan instruksi bermasalah.

Proses Cannon

Arsitektur Cannon terdiri dari beberapa komponen utama yang saling terintegrasi. Op-program adalah implementasi client-server untuk akses data preimage, dengan client dikompilasi ke instruksi MIPS dan server menangani query serta pengambilan data preimage. Cannon sendiri berfungsi sebagai emulator MIPS, dilengkapi komponen mipsevm dan smart contract on-chain. MIPS.sol menjadi interpreter instruksi MIPS on-chain, sedangkan PreimageOracle.sol melayani permintaan preimage dari MIPS.sol.

Alurnya: client op-program berbasis MIPS dimuat ke emulator Cannon, menghasilkan state awal untuk fraud proof. Eksekusi dimulai dari start point, menjalankan langkah-langkah di mipsevm sambil mencatat akses dan menyimpan data preimage yang diperlukan. Dispute game dimulai ketika challenger menemukan perbedaan antara perubahan state rollup L2 dan pencatatan di L1. Defender dan challenger menggunakan pencarian biner untuk menemukan instruksi yang menghasilkan state berbeda. Akhirnya, materi fraud proof disiapkan dan diajukan ke MIPS.sol untuk verifikasi on-chain.

Tantangan Fraud Proof Interaktif Optimism

Terlepas dari inovasinya, Cannon menghadapi tantangan besar. Pemilihan set instruksi MIPS didasari oleh dukungan native Golang, kemudahan implementasi interpreter, dan arsitektur sederhana, namun hal ini menciptakan hambatan belajar. Potensi eksploitasi runtime Golang menjadi isu keamanan, sebab Cannon menambal beberapa fungsi runtime Golang, termasuk menonaktifkan garbage collection, sehingga rawan error out-of-memory pada skenario memori intensif.

Jendela waktu tantangan fraud proof juga menjadi kelemahan utama dari sisi pengalaman pengguna. Periode yang panjang membuat pengguna harus menunggu sebelum dapat menarik token, menciptakan friksi pada aplikasi yang sensitif waktu. Selain itu, keamanan smart contract L1 dan komponen off-chain harus diperhatikan dan terus diawasi.

Solusi Alternatif

Komunitas blockchain terus mengeksplorasi pendekatan fraud proof alternatif, termasuk mekanisme berbasis zero-knowledge. Solusi ini bertujuan mengurangi atau bahkan menghapus fase interaktif fraud proof tradisional, sehingga memberikan finalitas lebih cepat dan kompleksitas lebih rendah, walaupun dengan kompromi berbeda terkait kebutuhan komputasi dan waktu pembuatan fraud proof.

Inisiatif Pengembangan Bukti L2

Seiring berkembangnya implementasi blockchain L2 berbasis OP Stack, banyak proyek aktif mengembangkan mekanisme fraud proof melalui berbagai inisiatif. Fokus utamanya adalah meningkatkan efisiensi infrastruktur fraud proof off-chain, mengoptimalkan jendela waktu tantangan demi finalitas lebih cepat bagi pengguna, memperkuat smart contract on-chain lewat pengujian dan audit menyeluruh, serta mengeksplorasi solusi bisnis alternatif yang lebih cocok untuk aplikasi dan komunitas pengguna yang beragam.

Kesimpulan

Artikel ini menelusuri evolusi sistem fraud proof Layer 2, dari pendekatan historis sampai inovasi fraud proof interaktif lewat proyek Cannon. Analisis mencakup prinsip desain OVM, termasuk upayanya menciptakan eksekusi kompatibel EVM di L1, serta detail desain dan implementasi Cannon yang merupakan terobosan besar dengan verifikasi on-chain hanya satu instruksi MIPS. Perkembangan ini menandai evolusi teknologi Layer 2 menuju efisiensi lebih tinggi, biaya lebih rendah, dan pengalaman pengguna lebih baik, sekaligus menjaga jaminan keamanan bagi aplikasi blockchain.

FAQ

Apa itu fraud proof?

Fraud proof adalah bukti kriptografi yang digunakan untuk menantang validitas transaksi di jaringan blockchain. Bukti ini memastikan integritas transaksi dan sangat penting untuk solusi skalabilitas blockchain.

Bagaimana fraud proof bekerja pada Optimistic Rollups?

Fraud proof memungkinkan pengguna menantang state L2 yang salah dari sequencer. Optimistic rollup mempublikasikan data transaksi dan mengandalkan pihak ketiga untuk memverifikasi state L2 dengan membangun ulang. Jika ditemukan ketidaksesuaian, challenger dapat menantang state di L1 lewat mekanisme bisection game, mengidentifikasi langkah komputasi yang salah dan menjalankan one-step proof untuk membuktikan fraud.

Apa perbedaan fraud proof dan validity proof?

Fraud proof memvalidasi transaksi secara tertunda dengan menantang transaksi palsu, sedangkan validity proof langsung mengonfirmasi transaksi menggunakan zero-knowledge cryptography. Validity proof lebih efisien dan memberi finalitas instan, sementara fraud proof memerlukan waktu tunggu untuk tantangan.