Что такое ZK Rollups?

ZK rollups — это современное решение второго уровня для масштабирования блокчейн-сетей, прежде всего Ethereum. По мере развития криптовалютной индустрии растет спрос на быстрые, доступные и эффективные способы обработки транзакций, что стимулирует инновации в технологии блокчейна. ZK rollups признаны одними из самых перспективных технологий для преодоления ограничений масштабируемости Ethereum при сохранении высокого уровня безопасности и децентрализации — фундаментальных принципов блокчейна.

Что такое Crypto Rollup?

Crypto rollup — это объединение криптовалютных транзакций, которые обрабатываются и проверяются вне основной блокчейн-сети. Суть rollup — это группировка множества транзакций в один пакет, как если бы несколько документов были собраны в одну папку. Такой подход вне основной цепочки решает две ключевые задачи масштабирования блокчейна.

Во-первых, rollup существенно снижает нагрузку на основной блокчейн, поскольку проверка и организация транзакций происходит через отдельные программные системы. Это разгружает сети первого уровня, например Ethereum, позволяя основной цепочке заниматься финальным расчетом и обеспечением безопасности. Во-вторых, протоколы rollup используют современные методы сжатия, чтобы преобразовать большие объемы данных о транзакциях в компактные форматы, максимально эффективно используя пространство блока на основном блокчейне.

Механизм работы rollup подразумевает, что протоколы второго уровня периодически отправляют пакеты проверенных транзакций в блокчейн первого уровня для окончательного подтверждения. Чтобы обеспечить децентрализацию и надежность, решения второго уровня применяют смарт-контракты как мосты для взаимодействия с сетью первого уровня. Эта архитектура дает явные преимущества: ускоряет подтверждение транзакций, увеличивает пропускную способность и значительно снижает комиссии по сравнению с прямой обработкой на основной цепочке. Активность пользователей переносится на сети второго уровня, что предотвращает перегрузки и узкие места в блокчейнах первого уровня при высоком спросе.

Что такое ZK Rollup?

ZK rollup — это Zero-Knowledge rollup, отличающийся уникальной криптографической процедурой верификации. Термин «zero-knowledge» обозначает математические доказательства, которые процессоры формируют перед отправкой пакета транзакций в основной блокчейн. В такой системе специализированные вычислительные устройства в сети ZK rollup проводят сложные внецепочные вычисления, чтобы проверить и организовать криптовалютные транзакции.

Главная особенность ZK rollup — это доказательство корректности, сопровождающее каждый пакет транзакций, направляемый в основную цепочку. Это доказательство служит криптографическим подтверждением, что процессор организовал и проверил историю транзакций в соответствии с правилами протокола. Когда валидаторы первого уровня получают эти пакеты, они не видят содержимого транзакций («zero knowledge»), но доказательство подтверждает, что вне цепочки была проведена большая вычислительная работа для обеспечения достоверности и легитимности данных.

Этот процесс можно сравнить с королевской печатью на указе: получатель сначала проверяет подлинность печати, а затем принимает документ. Аналогично блокчейны первого уровня проверяют математическую корректность доказательства прежде чем записать данные транзакций в распределенный реестр. Такая криптографическая проверка гарантирует высокий уровень безопасности без необходимости повторной обработки каждой отдельной транзакции основной цепочкой.

Как работает ZK Rollup?

Механизм работы ZK rollup похож на консенсус Bitcoin — proof-of-work, но с важными отличиями. В proof-of-work майнеры используют мощные компьютеры для решения сложных криптографических задач, создавая экономические барьеры для мошенников и обеспечивая целостность истории транзакций. Процессоры ZK rollup также проводят значительные вычисления, чтобы сформировать доказательства корректности своих пакетов транзакций.

Ключевое отличие — место верификации. Если proof-of-work выполняется непосредственно на блокчейне Bitcoin всеми участниками, то ZK rollup полностью обрабатывается вне основной сети. Процессоры ZK rollup сжимают данные о транзакциях, формируют необходимые доказательства корректности и отправляют только сжатые данные с доказательствами в основную цепочку через смарт-контракты.

Такое разделение позволяет ZK rollup наследовать свойства безопасности основной сети первого уровня и значительно увеличивать масштабируемость. Валидаторы основной цепочки проверяют только доказательство корректности, а не повторно выполняют каждую транзакцию, что существенно снижает нагрузку на сеть. При этом криптографические доказательства обеспечивают безопасность, сопоставимую с прямой обработкой в сети первого уровня.

Сравнение ZK Rollups и Optimistic Rollups

Optimistic rollups — альтернативный подход второго уровня, позволяющий обрабатывать криптотранзакции вне основной цепочки до отправки в блокчейн первого уровня. Принципиальное отличие ZK rollup и optimistic rollups — в философии и времени проверки.

Optimistic rollups работают на основе предположения о честности участников («optimistic»). Вместо предварительной проверки каждой транзакции посредством доказательств корректности, optimistic rollups сначала принимают все транзакции как допустимые. Для обеспечения безопасности применяются «доказательства мошенничества» (fraud proofs), а не «доказательства корректности» (validity proofs). Участники сети контролируют отправленные транзакции и могут оспорить подозрительные операции, инициируя проверку. При вызове запускается процесс разрешения спора для проверки оспариваемых транзакций.

Для защиты от злоупотреблений протоколы optimistic rollup используют экономические стимулы: участники вносят криптовалюту в качестве залога при отправке транзакций или вызове проверки мошенничества. При выявлении недействительных транзакций залог изымается и передается тому, кто обнаружил мошенничество. В случае необоснованных вызовов залог теряет инициатор проверки.

Главный компромисс optimistic rollups — время против вычислительной эффективности. Для финализации транзакций требуется период вызова, в течение которого возможны оспаривания. Этот период может длиться более недели даже для корректных транзакций. Зато такой подход позволяет снизить вычислительные затраты, так как не требуется формировать доказательства корректности для каждого пакета транзакций.

ZK rollup обеспечивает быструю финализацию, поскольку транзакции проверяются заранее с помощью доказательств корректности. Такая скорость требует высоких вычислительных ресурсов для генерации криптографических доказательств. Выбор между ZK rollup и optimistic rollups зависит от задачи: ZK rollup подходит для сценариев, где критична скорость финализации, а optimistic rollups — когда важна минимальная нагрузка и гибкость.

Преимущества и недостатки ZK Rollups

ZK rollups — важный этап развития технологий масштабирования блокчейна, однако трейдерам, разработчикам и пользователям важно понимать их плюсы и минусы.

Преимущества ZK Rollups

Главное преимущество ZK rollup — максимальная безопасность. В отличие от optimistic rollups, где используются игровые допущения и периоды вызова, ZK rollup применяет строгие криптографические доказательства корректности для каждого пакета транзакций. Это гарантирует, что в блокчейн первого уровня поступают только проверенные данные, обеспечивающие уровень безопасности, сопоставимый с основной цепочкой.

ZK rollup значительно снижает сетевые комиссии благодаря эффективному сжатию данных. Объединяя тысячи транзакций в компактные пакеты, занимающие минимум места на первом уровне блокчейна, ZK rollup существенно снижает стоимость одной транзакции. Это делает технологию доступной для большего числа пользователей и сценариев применения.

ZK rollup заметно увеличивает пропускную способность для сетей вроде Ethereum. Проверка транзакций происходит вне цепочки, а в блокчейн отправляются только сжатые данные и доказательства корректности, что позволяет обрабатывать значительно больший объем транзакций за короткое время. Перенос вычислительных процессов с основной цепочки также снижает риск перегрузки при высокой активности сети.

Недостатки ZK Rollups

Несмотря на очевидные преимущества, ZK rollups сопряжены с рядом сложностей. ZK rollup снижает расходы по сравнению с транзакциями первого уровня, но требует больше вычислительных ресурсов, чем, например, optimistic rollups. Высокая вычислительная нагрузка для генерации доказательств корректности приводит к немного более высоким комиссиям на сетях ZK rollup по сравнению с отдельными решениями второго уровня.

Высокая техническая точность ZK rollup затрудняет интеграцию. Строгие требования к математике делают ZK rollup менее гибким для сложных приложений. Разработчикам чаще проще переносить dApp из Ethereum на optimistic rollup, чем адаптировать проект под архитектуру ZK rollup. Такая несовместимость может замедлять внедрение и увеличивать затраты на разработку.

Высокие аппаратные требования для работы процессором ZK создают риск централизации. Для работы требуется специализированное оборудование, поэтому меньше людей и компаний могут участвовать в обработке, чем в системах типа optimistic rollup. Это может привести к концентрации влияния, что противоречит принципам децентрализации блокчейна.

Примеры проектов на ZK Rollup

Несколько ведущих проектов активно внедряют технологию ZK rollup, предлагая различные подходы и возможности для экосистемы.

Polygon, ранее Matic Network, стала комплексным решением второго уровня для масштабирования Ethereum. Изначально Polygon была известна сайдчейном на proof-of-stake, но платформа расширилась и теперь предлагает zkEVM (zero-knowledge Ethereum Virtual Machine). Эта технология обеспечивает преимущества безопасности и скорости ZK rollup для экосистемы Ethereum, позволяя создавать масштабируемые приложения без снижения безопасности и децентрализации.

StarkWare Industries разработала две отдельные платформы ZK rollup для разных задач. StarkEx — разрешенная SaaS-платформа для крупных разработчиков децентрализованных приложений, позволяющая интегрировать ZK-технологии в действующие решения. StarkNet — открытое решение, доступное любому разработчику для реализации функционала ZK rollup. Такой подход позволяет StarkWare работать как с корпоративными клиентами, так и с независимыми разработчиками.

Immutable X специализируется на применении ZK rollup для гейминга и торговли NFT. Платформа поддерживает игры «Gods Unchained» и «Illuvium», демонстрируя, как ZK rollup обеспечивает безопасность сети Ethereum, одновременно предоставляя высокую скорость и низкие комиссии, необходимые для гейминг- и NFT-маркетплейсов. Это иллюстрирует практическое применение ZK-технологии в популярных секторах криптовалютного рынка.

Заключение

ZK rollup — это ключевая технология масштабирования блокчейна, эффективно решающая проблемы скорости, стоимости и пропускной способности, сдерживающие массовое внедрение. Благодаря криптографическим доказательствам корректности и обработке вне основной цепочки ZK rollup позволяет сетям, таким как Ethereum, обрабатывать существенно больше транзакций при сохранении надежной безопасности и принципов децентрализации.

Технология позволяет сжимать большие массивы данных и обеспечивать мгновенную финализацию, что делает ZK rollup оптимальным выбором для приложений, требующих высокой пропускной способности и надежных гарантий безопасности. Несмотря на такие сложности, как высокие требования к вычислениям, интеграции и риски централизации, постоянное развитие технологий помогает постепенно решать эти задачи.

Проекты Polygon, StarkWare и Immutable X на практике реализуют ZK rollup во множестве сценариев — от DeFi до гейминга и NFT, подтверждая жизнеспособность технологии как основы будущего Web3. Поддержка со стороны лидеров отрасли, включая Виталика Бутерина, подчеркивает потенциал ZK rollup стать ведущим решением второго уровня. По мере развития технологии ZK rollup занимает ключевую роль в масштабировании блокчейнов для массового внедрения при сохранении их безопасности и децентрализации.

FAQ

Что такое пример zk proof?

Пример zk proof — это сценарий с пещерой Али-Бабы, где человек доказывает знание секрета, не раскрывая его. Такой подход иллюстрирует zero-knowledge proof — он обеспечивает приватность в криптографических протоколах при доказательстве математической достоверности.

Что означает zk?

zk — это сокращение от zero knowledge, криптографического метода, позволяющего доказать наличие информации без раскрытия самих данных, обеспечивая безопасность и приватность транзакций.

Как работает zero-knowledge proof?

Zero-knowledge proof позволяет доказателю убедить проверяющего в знании утверждения, не раскрывая саму информацию. Подтверждается только истинность утверждения, а все чувствительные детали остаются скрытыми.

Какие практические применения ZK proofs в блокчейне?

ZK proofs позволяют масштабировать блокчейн, ускорять транзакции и обеспечивать приватность без раскрытия чувствительных данных. Основные применения: защищенное голосование, обмен медицинскими данными, идентификация личности и защита финансовых транзакций с сохранением конфиденциальности и безопасности.

Каковы преимущества и ограничения zero-knowledge proofs?

Преимущества: повышенная приватность, возможность доказательства без раскрытия исходных данных, усиленная безопасность. Ограничения: сложная реализация, высокая вычислительная нагрузка, сложность для разработчиков.