Що таке ZK Rollups?

З моменту запуску у 2015 році Ethereum став провідною блокчейн-платформою для смартконтрактів та децентралізованих застосунків. Зі зростанням мережі виникли проблеми масштабованості. Вони спричинили високі комісії та перевантаження мережі. Це підштовхнуло розробників і користувачів до впровадження рішень масштабування другого рівня. ZK rollups стали однією з найбільш перспективних технологій для підвищення ефективності Ethereum із збереженням його безпеки.

Що таке Crypto Rollup?

Rollup — це суттєвий крок у розвитку технологій масштабування блокчейну. Щоб зрозуміти, що таке rollup у криптовалюті, слід знати: rollup — це набір криптовалютних транзакцій, які обробляють і перевіряють поза основним блокчейном, а потім групують та надсилають на блокчейн першого рівня для остаточного підсумку. Термін «rollup» точно описує процес об’єднання багатьох транзакцій у єдиний пакет.

Архітектура системи rollup має дворівневу структуру. Протокол другого рівня обробляє складні обчислення поза основним ланцюгом. Блокчейн першого рівня виконує функцію арбітра й шару доступності даних. Взаємодія між цими рівнями відбувається через смартконтракти, що забезпечує децентралізований і бездовірчий процес.

Аналізуючи rollup у криптовалюті, важливо враховувати переваги для блокчейн-мереж. Перенесення виконання транзакцій поза основним ланцюгом знижує обчислювальне навантаження на блокчейн, зменшує перевантаження й підвищує ефективність мережі. Протоколи rollup застосовують сучасне стиснення даних, максимально використовуючи простір блоків у мережах першого рівня. Це поєднання дає швидке підтвердження транзакцій, вищу пропускну здатність і нижчі комісії для користувачів. Перерозподіл активності з головного ланцюга допомагає уникати критичних заторів і зберігати стабільність роботи мережі.

Що таке ZK Rollup?

ZK rollups, тобто zero-knowledge rollups, — це особливий тип rollup-технології з унікальною методикою перевірки. ZK rollups застосовують zero-knowledge proofs — криптографічний метод, що дозволяє підтвердити володіння інформацією без її розкриття.

У системі ZK rollup спеціалізовані процесори виконують складні криптографічні обчислення поза блокчейном для перевірки пакетів транзакцій. Коли ці процесори надсилають свої пакети транзакцій у головний блокчейн, вони додають “validity proof” — криптографічний сертифікат, який математично підтверджує, що транзакції оброблені відповідно до правил мережі. Цей доказ є незаперечним підтвердженням правильності позаланцюгових обчислень.

Основна перевага системи — її ефективність: вузли-валідатори на блокчейні першого рівня не виконують і не аналізують окремі транзакції пакета. Вони не мають інформації про деталі транзакцій (“zero knowledge”), але можуть перевірити правильність validity proof через просту криптографічну перевірку. Це схоже на королівську печатку на офіційному документі: печатка підтверджує справжність без перевірки кожного слова. Блокчейн першого рівня перевіряє математичну коректність validity proof перед додаванням транзакцій до реєстру.

Як працює ZK Rollup?

Механізм роботи ZK rollups має спільні риси з proof-of-work у Bitcoin, хоча їхні цілі й контексти різняться. В proof-of-work майнери витрачають обчислювальні ресурси для розв’язання складних математичних задач і забезпечують цілісність блокчейну. Аналогічно, процесори ZK rollup виконують складні криптографічні обчислення для створення validity proofs для своїх пакетів транзакцій.

Головна відмінність між ZK rollups і proof-of-work полягає у розміщенні та призначенні. Proof-of-work працює на основному блокчейні для досягнення консенсусу. ZK rollup обчислення виконують поза основним ланцюгом як рішення для масштабування. ZK-процесори агрегують і стискають дані транзакцій поза блокчейном, а потім надсилають цю інформацію на головний блокчейн через смартконтракти. Обидві системи застосовують обчислювальну складність як механізм захисту — це робить атаки економічно недоцільними і дозволяє чесним учасникам ефективно перевіряти стан мережі.

ZK Rollups проти Optimistic Rollups

Досліджуючи екосистему rollup у криптовалюті, слід розуміти: optimistic rollups — це альтернативний підхід до масштабування другого рівня, який відрізняється принципом перевірки. ZK rollups підтверджують дійсність кожного пакета транзакцій криптографічними доказами. Optimistic rollups працюють за припущенням про чесність учасників.

Основна риса optimistic rollups — у назві: такі rollups вважають усі транзакції дійсними, якщо не доведено протилежне. Замість обов’язкових доказів дійсності, вони використовують “fraud proofs”, які учасники можуть подати при виявленні некоректної транзакції. Після передачі пакета транзакцій у головний ланцюг настає період оскарження, під час якого будь-хто може заявити про шахрайство. Якщо хтось знаходить недійсну транзакцію, він подає fraud proof, і починається процес перевірки для вирішення спору.

Для підтримки цілісності системи протоколи optimistic rollup запроваджують економічні стимули. Зазвичай учасники мають внести криптовалюту як заставу під час надсилання чи оскарження транзакцій. Якщо шахрайство доведено, протокол карає недоброчесного учасника, спалює заставу і винагороджує опонента. Це створює вагомі економічні стримувачі для нечесної поведінки.

Вибір між цими підходами має важливі наслідки. Optimistic rollups мають довший час остаточного підтвердження — користувачі можуть чекати понад тиждень для завершення транзакцій на основному ланцюгу через період оскарження. Водночас ці rollups пропонують більшу гнучкість і менші обчислювальні вимоги, оскільки не потрібно генерувати складні криптографічні докази для кожної транзакції. Вони простіші для розробників і легше інтегруються з існуючими застосунками Ethereum. ZK rollups забезпечують миттєву фіналізацію та вищу безпеку, але потребують більше обчислювальних ресурсів і складніші для інтеграції.

Переваги і недоліки ZK Rollups

ZK rollups — це технологічний прорив у масштабуванні блокчейнів, але вони мають важливі компроміси, які слід враховувати розробникам і користувачам при виборі rollup-рішення.

Переваги ZK rollups суттєві. Вони забезпечують максимальну безпеку завдяки суворій криптографічній перевірці. На відміну від систем, які покладаються на економічні стимули або теорію ігор, ZK rollups використовують математичні докази, що унеможливлюють підтвердження недійсних транзакцій. Це усуває довіру до сторонніх. ZK rollups ефективно використовують простір блокчейну: тисячі транзакцій стискаються у компактні докази, що займають мінімальний простір блоку, і це суттєво знижує вартість транзакцій у порівнянні з обробкою на першому рівні. Вони підвищують швидкість і пропускну здатність мережі, дозволяють блокчейнам на кшталт Ethereum обробляти більше операцій, знижують навантаження на основний ланцюг і покращують досвід користувача.

Водночас ZK rollups мають свої обмеження. Вони економічно ефективніші, ніж перший рівень, але менш вигідні, ніж деякі альтернативні рішення. Високі обчислювальні витрати на створення validity proofs підвищують операційні витрати, тому комісії можуть бути трохи більшими, ніж у optimistic rollups. Через складність zero-knowledge proof-систем їх важче інтегрувати для існуючих застосунків Ethereum, ніж більш гнучкі рішення, такі як optimistic rollups. Значні апаратні вимоги для роботи ZK-процесора створюють бар’єри для участі, концентрують потужності у невеликої кількості учасників і можуть підвищувати ризик централізації, що суперечить децентралізації блокчейну.

Приклади проектів ZK Rollup

Екосистема ZK rollup досягла зрілості, і вже існують проекти, що формують майбутнє масштабування Ethereum та демонструють практичне застосування rollup-рішень.

Polygon став комплексним масштабуючим рішенням другого рівня, що пропонує декілька технологій для розробників Ethereum. Спочатку Polygon отримав визнання завдяки proof-of-stake-сайдчейну, але згодом платформа впровадила zkEVM — zero-knowledge Ethereum Virtual Machine. Це рішення забезпечує гарантії безпеки та переваги продуктивності ZK rollups для екосистеми Ethereum, дозволяючи розгортати застосунки, що зберігають сумісність з Ethereum і використовують ZK-технології.

StarkWare Industries став піонером у розробці ZK rollup і пропонує два окремі рішення для різних потреб. StarkEx — дозволена платформа software-as-a-service для впровадження ZK rollup із професійною підтримкою та налаштуванням. StarkNet — це відкрита загальнодоступна платформа, на якій будь-який розробник може створювати децентралізовані застосунки з використанням ZK rollups. Такий підхід дозволяє StarkWare обслуговувати як корпоративних замовників із специфічними вимогами, так і незалежних розробників.

Immutable X — це спеціалізоване рішення ZK rollup для геймінгу та NFT. Його створили як рішення другого рівня для торгівлі цифровими активами й блокчейн-ігор. Immutable X поєднує безпеку і децентралізацію Ethereum із високою швидкістю транзакцій і низькими комісіями, що необхідно у сфері ігор. Відомі ігри, зокрема «Gods Unchained» і «Illuvium», використовують інфраструктуру Immutable X, що доводить життєздатність ZK rollups для високочастотних і дешевих транзакцій у геймінгу й цифрових колекціях.

Висновок

ZK rollups — це прорив у технології масштабування блокчейнів, який пропонує ефективне рішення масштабованості Ethereum. Розуміння суті rollup у криптовалюті показує, як такі рішення застосовують складні криптографічні методи для досягнення того, що раніше здавалося неможливим — збереження безпеки та децентралізації блокчейнів першого рівня при значному зростанні швидкості, пропускної здатності й зниженні комісій.

Основна інновація технології — у використанні zero-knowledge proofs для перевірки пакетів транзакцій поза блокчейном із подальшою передачею доказів дійсності на основний ланцюг. Це дає математичну впевненість у коректності транзакцій без повторного виконання, забезпечує миттєву фіналізацію і максимальні гарантії безпеки. Попри складність впровадження, високі обчислювальні вимоги і потенційні ризики централізації, переваги ZK rollups у безпеці, ефективності й масштабованості роблять їх привабливими для розробників і користувачів.

Приклади таких проектів, як Polygon, StarkWare та Immutable X, показують, що технологія ZK rollup вже знайшла застосування у різних сферах — від загальних обчислень до ігор і NFT. Завдяки подальшому розвитку та підтримці лідерів галузі, таких як Віталік Бутерін, ZK rollups можуть стати основою масштабованої інфраструктури Web3, дозволяючи новому поколінню децентралізованих застосунків досягти масового використання без компромісів щодо безпеки й децентралізації. У міру розвитку екосистеми розуміння rollup у криптовалюті і його реалізацій стає дедалі важливішим для учасників блокчейн-ринку.

FAQ

Що таке rollup у криптовалюті?

Rollup — це рішення для масштабування другого рівня, що групує кілька транзакцій в одну транзакцію на Ethereum, знижує комісії і навантаження на мережу, зберігаючи безпеку першого рівня.

Як працює rollup?

Rollup групує транзакції поза основним ланцюгом, стискає їх у єдиний пакет і надсилає стиснені дані на головний блокчейн. Це зменшує потребу у зберіганні й вартість gas, а безпека гарантується криптографічними доказами.

У чому різниця між rollup та ZK?

Rollups об’єднують транзакції поза ланцюгом для зниження витрат. ZK-Rollups застосовують zero-knowledge proofs для перевірки дійсності, забезпечують конфіденційність і безпеку. Optimistic Rollups вважають транзакції дійсними, якщо немає доказу зворотного, і надають перевагу швидкості.