Що таке ZK Rollups?

ZK rollups — це сучасне рішення для масштабування другого рівня блокчейн-мереж, головно Ethereum. Екосистема криптовалют розвивається, тому зростає потреба у швидкій, дешевій та ефективній обробці транзакцій. Це стимулює розвиток блокчейн-технологій. ZK rollups стали однією з найперспективніших технологій для вирішення проблем масштабованості Ethereum, водночас зберігаючи безпеку й децентралізацію, що є основними цінностями блокчейн-мереж.

Що таке Crypto Rollup?

Crypto rollup — це сукупність криптовалютних транзакцій, які обробляють і перевіряють поза основною блокчейн-мережею. Суть rollup полягає у згортанні декількох транзакцій в один пакет. Це схоже на об’єднання декількох документів в одну посилку. Така позаланцюгова обробка має дві ключові функції для масштабування блокчейнів.

По-перше, rollup суттєво зменшує обчислювальне навантаження на основний блокчейн. Верифікація й організація транзакцій відбувається через окремі програмні системи. Це знімає навантаження з мереж першого рівня, таких як Ethereum, і дозволяє основному ланцюгу зосередитись на фінальному розрахунку й безпеці. По-друге, протоколи rollup застосовують сучасні методи стиснення для ущільнення великих обсягів даних у компактні формати, що підвищує ефективність використання простору блоку в основному блокчейні.

Операційна модель rollup полягає у періодичній передачі пакетів перевірених транзакцій з протоколів другого рівня на блокчейн першого рівня для остаточного підтвердження. Для підтримки децентралізації та відсутності довіри ці рішення використовують смартконтракти як містки комунікації з відповідними мережами першого рівня. Така архітектура дає суттєві переваги: прискорює підтвердження транзакцій, підвищує пропускну здатність і значно знижує комісії порівняно з безпосередньою обробкою в основному ланцюгу. Перенесення користувацької активності на мережі другого рівня допомагає уникати заторів і перевантажень блокчейнів першого рівня в періоди високого попиту.

Що таке ZK Rollup?

ZK rollup, тобто zero-knowledge rollup, відрізняється особливим криптографічним механізмом перевірки. Термін «zero-knowledge» означає математичні докази, які обробники генерують перед тим, як надсилати пакети транзакцій у головний блокчейн. У цій системі спеціалізовані комп’ютери мережі ZK rollup виконують складні обчислення поза ланцюгом для перевірки та організації криптовалютних транзакцій.

Визначальною ознакою ZK rollup є доказ коректності, який супроводжує кожен пакет транзакцій, що надходить на основний ланцюг. Цей доказ — це криптографічне підтвердження того, що обробник правильно організував і перевірив історію транзакцій відповідно до протоколу. Коли вузли-валідатори першого рівня отримують такі пакети, вони не знають змісту самих транзакцій («zero knowledge»). Проте доказ коректності підтверджує, що обробку даних виконано поза ланцюгом із гарантією точності та легітимності.

Цей процес можна порівняти з офіційною печаткою короля на указі. Одержувачі перевіряють справжність печатки перед тим, як прийняти зміст документа. Аналогічно, блокчейни першого рівня перевіряють математичну коректність доказу, перш ніж прийняти і записати дані транзакції у розподілений реєстр. Така криптографічна перевірка гарантує безпеку без необхідності повторно обробляти кожну транзакцію на основному ланцюгу.

Як працює ZK Rollup?

Операційний механізм ZK rollup подібний за концепцією до proof-of-work у Bitcoin, але має важливі відмінності. У proof-of-work майнери використовують потужне обладнання для розв’язання складних криптографічних задач, що створює бар’єр для шахрайства й забезпечує цілісність історії транзакцій. Обробники ZK rollup так само виконують великі обчислення для створення доказів коректності своїх пакетів транзакцій.

Однак головна відмінність — у місці перевірки. Proof-of-work виконується безпосередньо на блокчейні Bitcoin усіма учасниками мережі, а обробка ZK rollup відбувається повністю поза основною мережею блокчейну. Обробники ZK стискають дані транзакцій поза ланцюгом, генерують докази коректності й через смартконтракт надсилають на основний ланцюг лише стиснені дані з доказами.

Така архітектура дозволяє ZK rollup наслідувати властивості безпеки базового блокчейну першого рівня та підвищувати масштабованість. Валідаторам основного ланцюга потрібно лише перевірити доказ коректності, а не виконувати повторну обробку кожної транзакції. Це значно знижує обчислювальне навантаження на мережу. Криптографічна природа доказів забезпечує рівень безпеки, зіставний з обробкою транзакцій безпосередньо у мережі першого рівня.

ZK Rollups проти Optimistic Rollups

Optimistic rollups — це інший підхід до масштабування другого рівня, що передбачає обробку криптовалютних транзакцій поза ланцюгом та подання їх у блокчейн першого рівня. Головна різниця між ZK rollup і optimistic rollups — у філософії та часі перевірки.

Optimistic rollups працюють із припущенням добросовісності («optimistic»). Замість перевірки кожної транзакції доказами коректності, ці rollups спочатку приймають усі дані як дійсні. Безпека ґрунтується не на доказах коректності, а на proof of fraud («доказах шахрайства»). Учасники мережі стежать за транзакціями і можуть оскаржити підозрілі дії, позначивши їх для перевірки. У разі виклику мережа запускає процедуру розгляду спірних транзакцій.

Для підтримки безпеки й запобігання зловмисним діям протоколи optimistic rollup передбачають економічні стимули. Зазвичай учасники залишають заставу у криптовалюті при поданні транзакцій або ініціюванні виклику proof of fraud. Якщо система визнає, що учасник подав недійсні транзакції, його застава переходить тому, хто виявив шахрайство. За безпідставні виклики стягується застава з ініціатора.

Компроміс у optimistic rollups — це співвідношення часу та ефективності. Остаточність транзакцій на optimistic rollups потребує періоду для оскарження, коли можна подати заперечення. У деяких реалізаціях цей період триває понад тиждень, навіть якщо транзакції коректні. Проте така затримка дозволяє знизити вимоги до обчислень, оскільки не потрібно генерувати докази коректності для кожного пакета транзакцій.

Натомість ZK rollup забезпечує швидку остаточність, оскільки транзакції перевіряються доказами коректності до подання на основний ланцюг. Проте це потребує більше обчислювальних ресурсів для створення криптографічних доказів. Вибір між ZK rollup і optimistic rollups залежить від потреб: ZK rollup обирають, коли головне — швидкість остаточності, а optimistic rollups — коли важлива менша складність і більша гнучкість.

Переваги та недоліки ZK Rollups

ZK rollups — це значне досягнення у масштабуванні блокчейнів, але для трейдерів, розробників і користувачів важливо знати їхні переваги й обмеження.

Переваги ZK Rollups

Найсильніша сторона ZK rollup — максимальна безпека. На відміну від optimistic rollups, що спираються на теорію ігор і періоди оскарження, ZK rollups використовують криптографічні докази коректності для кожного пакета транзакцій. Математична перевірка гарантує, що на блокчейн першого рівня подають лише попередньо перевірені дані, що забезпечує безпеку на рівні основного ланцюга.

ZK rollup також значно знижує мережеві комісії завдяки стисканню даних. Тисячі транзакцій об’єднують у компактні пакети, які займають мінімум місця у блокчейні першого рівня, тож вартість транзакції суттєво зменшується. Це робить блокчейн-технологію доступнішою та вигіднішою для ширшого кола користувачів і застосувань.

Крім того, ZK rollup підвищує пропускну здатність мереж, таких як Ethereum. Перевірка поза ланцюгом і надсилання лише стиснених даних з доказами коректності дозволяють обробляти значно більше транзакцій у коротший час. Вивантаження перевірки з основного ланцюга також зменшує ризик заторів під час пікового навантаження.

Недоліки ZK Rollups

Разом із перевагами ZK rollups мають і виклики. Вартість транзакцій у ZK rollup нижча, ніж у першому рівні, але вища, ніж в окремих альтернативних рішеннях, наприклад, optimistic rollups. Генерація доказів коректності потребує більше обчислювальних ресурсів, що впливає на розмір комісій.

Високі технічні вимоги ускладнюють інтеграцію. Жорсткі математичні обмеження роблять ZK rollups менш гнучкими для складних застосувань. Часто розробникам легше перенести застосунок Ethereum на optimistic rollup, ніж адаптувати його під ZK rollup. Питання сумісності може сповільнювати впровадження та збільшувати витрати на розробку.

Крім того, великі апаратні потреби для роботи обробником ZK rollup створюють ризик централізації. Через специфічне обладнання та високі обчислювальні вимоги брати участь можуть менше осіб чи організацій порівняно з доступнішими системами, як optimistic rollups. Це може концентрувати вплив і підривати децентралізацію — ключовий принцип блокчейн-технології.

Приклади проектів ZK Rollup

Ряд провідних проектів впроваджують технологію ZK rollup, кожен із власним підходом та можливостями для екосистеми.

Polygon, раніше відомий як Matic Network, є комплексним рішенням масштабування другого рівня для Ethereum. Спочатку Polygon працював як proof-of-stake побічний ланцюг, але платформа розширилася до рішень zkEVM (zero-knowledge Ethereum Virtual Machine). Це дає змогу використовувати переваги безпеки і швидкості ZK rollup у всій екосистемі Ethereum. Розробники можуть створювати масштабовані застосунки без компромісів із безпекою чи децентралізацією.

StarkWare Industries запропонувала два різні рішення ZK rollup для різних категорій розробників. StarkEx — це дозволена платформа software-as-a-service, яку використовують творці децентралізованих застосунків для інтеграції ZK-технології у вже наявні системи. StarkNet — це бездозвільна платформа, відкрита для всіх розробників, які хочуть додати функціонал ZK rollup у свої продукти. Такий подвійний підхід дозволяє StarkWare обслуговувати як корпоративних клієнтів із кастомними потребами, так і незалежних розробників із відкритим доступом до технології.

Immutable X спеціалізується на використанні ZK rollup у блокчейн-іграх та торгівлі NFT. Платформа підтримує популярні ігри — «Gods Unchained» та «Illuvium», демонструючи, як ZK rollup забезпечує безпеку Ethereum і водночас дає швидкі транзакції та низькі комісії, необхідні для геймінгу й ринків NFT. Цей підхід ілюструє практичне застосування ZK rollup у галузях із високим попитом у криптоекосистемі.

Висновок

ZK rollup — це технологія, що змінює підходи до масштабування блокчейнів. Вона вирішує найважливіші проблеми швидкості, вартості й пропускної здатності, які стримують масове впровадження блокчейнів. Завдяки криптографічним доказам коректності й обробці поза ланцюгом ZK rollup дає змогу мережам на кшталт Ethereum обробляти значно більше транзакцій, зберігаючи безпеку й децентралізацію.

Технологія стискає великі обсяги даних і забезпечує миттєву остаточність, тому ZK rollup особливо підходить для застосувань із високими вимогами до швидкості та безпеки. Хоча ZK rollups мають виклики — підвищені обчислювальні вимоги, складність інтеграції та ризики централізації, постійний розвиток і оптимізація допомагають ці обмеження поступово усувати.

Проекти Polygon, StarkWare та Immutable X уже впроваджують ZK rollup у DeFi, геймінг і NFT. ZK rollups доводять свою спроможність стати ключовою технологією майбутнього Web3. Підтримка від лідерів галузі, зокрема співзасновника Ethereum Віталіка Бутеріна, підкреслює потенціал стати провідним рішенням для масштабування другого рівня. У міру розвитку й спрощення для розробників ZK rollup стає центральним інструментом для масштабування блокчейн-мереж, зберігаючи безпеку й децентралізацію, що визначають їхню цінність.

FAQ

Що таке приклад zk proof?

Приклад zk proof — це сценарій «Печера Алі-Баби», де особа доводить знання секрету, не розкриваючи його. Це ілюструє принципи zero-knowledge proof і забезпечує приватність у криптографічних протоколах при математичній достовірності.

Що означає zk?

zk означає zero knowledge — криптографічний підхід, який дає змогу довести володіння інформацією без розкриття самих даних, забезпечуючи безпечні й приватні транзакції.

Як працює zero-knowledge proof?

Zero-knowledge proof дає змогу довіднику підтвердити перевіряльнику знання твердження без розкриття жодної базової інформації. Верифікується лише істинність, усі чутливі деталі залишаються прихованими.

Які практичні застосування zk proofs у блокчейні?

zk proofs забезпечують масштабованість блокчейнів, прискорюють транзакції та гарантують приватність без розкриття конфіденційних даних. Основні сфери — безпечне голосування, обмін медичними даними, верифікація ідентичності й захист фінансових транзакцій із збереженням конфіденційності та безпеки.

Які переваги та обмеження zero-knowledge proofs?

Переваги: краща приватність, оскільки розкривається лише доказ без самих даних, зниження ризику витоку інформації, посилення безпеки. Обмеження: складність впровадження, велике обчислювальне навантаження, складність для розробників.