Що таке ZK Rollups?

Із 2015 року Ethereum (ETH) залишається провідним блокчейном для розробників смартконтрактів і децентралізованих застосунків (dApps). Все більше користувачів переходять з основного ланцюга Ethereum на протоколи другого рівня, побудовані поверх мережі. Протоколи L2 використовують новітні блокчейн-технології для взаємодії з базовим протоколом Ethereum без високих комісій за газ. Саме ZK rollups стали однією з технологій, що стимулюють стрімке впровадження L2-мереж.

ZK rollups не єдиний спосіб масштабування мережі Ethereum, але вони швидко набирають популярності серед провідних крипторозробників. Співзасновник Ethereum Віталік Бутерін також виділяє ZK rollups як провідне рішення для масштабування L2 у Web3. У цьому матеріалі розглядається суть ZK rollups, принцип їхньої роботи та потенційний вплив на ринок криптовалют.

Що таке криптовалютний rollup?

Rollup — це група криптотранзакцій, об’єднаних для подальшої обробки. Тобто кілька переказів «згортаються» в одну цифрову упаковку. Такі операції не реєструються напряму в блокчейні першого рівня, як-от Ethereum. Rollups використовують позаланцюгові програмні засоби для верифікації та впорядкування даних, незалежно від основного блокчейна.

Мережі L2 із технологією rollup надсилають пакети криптотранзакцій на блокчейн L1 із встановленою періодичністю для остаточного підтвердження. Для збереження децентралізації та довіри до передачі даних rollup у L2 застосовуються смартконтракти для зв’язку з блокчейном L1. Це формує надійний міст між позаланцюговою обробкою та основним блокчейном.

Використання rollups забезпечує комплексні переваги. По-перше, ці операції виносяться поза межі основного ланцюга, що знижує навантаження та затори на самому блокчейні. По-друге, протоколи rollup стискають значні обсяги інформації у компактні «байтові» фрагменти, оптимізуючи простір блоку в мережах L1. Обидві властивості підвищують ефективність криптовалютних мереж — користувачі отримують швидше підтвердження, більшу пропускну здатність і нижчі комісії. Крім того, зменшення частки активності на основному ланцюгу мінімізує ризик критичних заторів, забезпечуючи стійке масштабування.

Що таке ZK Rollup?

Назва ZK rollups походить від «zero-knowledge proofs» — особливого способу верифікації, який використовується перед відправкою зібраних криптотранзакцій у головний блокчейн. Комп’ютери в мережі ZK rollup виконують складні позаланцюгові обчислення, перш ніж надіслати історію криптоплатежів у блокчейн. Кожен раз, коли ZK-процесор надсилає rollups у головний ланцюг, він додає «доказ коректності» (validity proof), який підтверджує правильність організації та перевірки історії транзакцій.

У цій архітектурі вузли-валідатори блокчейна L1, такого як Ethereum, не мають жодної інформації про деталі вхідних транзакцій («zero knowledge»). Водночас validity proofs доводять, що позаланцюгові ZK-процесори виконали суттєві обчислення для перевірки достовірності операцій. Умовно такі докази схожі на унікальну печатку монарха на листі, яку перевіряють перед прийняттям змісту. Подібно, блокчейни L1 перевіряють автентичність validity proof перед тим, як приймати платіжні дані в розподілений реєстр.

Як працює ZK Rollup?

ZK rollups працюють за принципом, схожим на консенсус proof-of-work (PoW), що лежить в основі блокчейна Bitcoin (BTC). У PoW майнери розв’язують складні алгоритмічні задачі, що унеможливлює зловживання та фальсифікацію історії транзакцій BTC. Аналогічно, у мережі ZK rollup процесори виконують складні обчислення, щоб опублікувати validity proof для свого пакета транзакцій.

Головна різниця між системою ZK rollup і PoW-блокчейном на зразок Bitcoin — у тому, що перша працює поза основною мережею. Крім того, ZK rollups стискають усі дані про транзакції поза ланцюгом і лише потім надсилають їх у головний ланцюг через смартконтракти. В обох випадках для перевірки потрібна інтенсивна обчислювальна робота, що гарантує безпеку й захист від шахрайства.

ZK Rollups і Optimistic Rollups

Optimistic rollups — це ще один популярний протокол L2, який обробляє криптотранзакції поза ланцюгом і передає їх у блокчейн L1. Основна відмінність між ZK rollups і optimistic rollups полягає у підході до перевірки. На відміну від ZK rollups, optimistic rollups не прикріплюють докази коректності до даних транзакцій. Замість цього optimistic rollup вважає всі транзакції, що потрапляють у головний ланцюг, дійсними за замовчуванням («optimistic» — оптимістичний підхід).

Виникає закономірне питання: якщо optimistic rollups не перевіряють транзакції заздалегідь, як вузли L1 впевнені у їхній достовірності? У кожного optimistic rollup свої нюанси, але всі вони ґрунтуються на «fraud proofs» (доказах шахрайства), а не на validity proofs. Хоча система вважає кожного відправника невинним, вона зберігає безпеку за рахунок постійного моніторингу. Якщо вузол виявляє підозру в пакеті, він позначає транзакцію для внутрішнього розгляду. Доки не буде підтверджено відсутність шахрайства, історія операцій не потрапить у блокчейн.

У протоколах optimistic rollup передбачені стимули й санкції для мінімізації зловживань. Наприклад, вузли повинні внести заставу у криптовалюті («bond»), щоб надсилати транзакції чи ініціювати fraud proofs. Якщо система L2 визнає транзакцію недійсною, застава порушника передається тому, хто виявив проблему, що створює фінансові перепони для шахраїв.

Optimistic rollups повільніші за ZK rollups, оскільки кожен пакет транзакцій публікується лише після завершення стадії fraud-proofing. У низці випадків користувачам доводиться довго чекати на підтвердження пакета в основному ланцюгу навіть без проблем із їхньою історією транзакцій. Водночас optimistic rollups простіше впроваджувати, адже вони менш вимогливі до ресурсів. Оскільки такі рішення вважають операції валідними за замовчуванням, їм не потрібно генерувати validity proofs для кожної транзакції, що підвищує доступність для розробників.

Переваги та недоліки ZK Rollups

ZK rollups стали проривом у блокчейн-технологіях, але мають і свої мінуси. Трейдерам і розробникам варто зважити переваги й недоліки ZK rollups порівняно з іншими L2 перед прийняттям рішень.

Переваги ZK Rollups:

Найвищий рівень безпеки: ZK rollups не потребують «game theory» (ігрової теорії), як optimistic rollups, для підтвердження блоків транзакцій. Жорстка перевірка validity proofs гарантує, що учасники мережі передають у L1 лише перевірені дані. Така криптографічна перевірка забезпечує найвищу безпеку порівняно із fraud proof-системами, тому ZK rollup вважається одним із найбезпечніших рішень масштабування.

Низькі мережеві комісії: ZK rollups дозволяють розмістити тисячі транзакцій у невеликому просторі блоку L1. Ефективне використання сховища в таких мережах, як Ethereum, робить обробку ZK rollups дешевшою, ніж прямі операції. Це стиснення даних — важлива інновація, яка робить ZK rollup привабливим для користувачів, що прагнуть економії.

Висока пропускна здатність: ZK rollups дають змогу блокчейнам (наприклад, Ethereum) швидко обробляти великі обсяги транзакцій. Вони переносять обчислювально складну валідацію за межі основного ланцюга Ethereum, знижуючи ризик перевантаження й підвищуючи продуктивність мережі для всіх користувачів. Це — ключова перевага інтеграції ZK rollup.

Недоліки ZK Rollups:

Дорожчі за окремі альтернативи: Хоч ZK rollups дешевші за прямі операції в ланцюгу L1, вони вимагають більше обчислювальних потужностей порівняно з оптимістичними рішеннями. Це означає, що комісії ZK rollup трохи вищі за частину альтернатив L2, що може вплинути на впровадження в чутливих до витрат сценаріях.

Складна інтеграція з комплексними програмами: Через високу технічну складність ZK rollups менш гнучкі порівняно з optimistic rollups. Розробникам легше переносити dApps Ethereum на платформи optimistic rollup, ніж адаптувати їх під ZK rollup. Такий бар’єр стримує поширення серед розробників.

Вимогливість до апаратного забезпечення: Високі вимоги до обладнання процесора ZK призводять до меншої кількості учасників у мережі ZK rollup, ніж в optimistic rollup. Це може підвищити ризик централізації, адже мережа залежить від небагатьох потужних учасників.

Приклади ZK Rollup-проєктів

Технологія ZK rollup швидко розвивається, і вже є кілька провідних проєктів. Трейдери та розробники зазвичай вивчають токени й платформи, пов’язані з L2-рішеннями, зокрема:

Polygon: Колишній Matic Network, Polygon — L2-рішення для масштабування Ethereum із повним стеком інструментів для розробників. Платформа відома побічним ланцюгом proof-of-stake, але також пропонує zkEVM для забезпечення безпеки й швидкості ZK rollup у екосистемі Ethereum. Це спрощує доступ для розробників із досвідом роботи з Virtual Machine Ethereum.

StarkWare: StarkWare Industries — розробник програмного забезпечення, що створив два ZK rollup-рішення для екосистеми Ethereum: StarkEx і StarkNet. StarkEx — дозволене SaaS-рішення для використання ZK rollup у спеціалізованих dApp, StarkNet — бездозвільна платформа для інтеграції ZK rollups у будь-які проєкти, що забезпечує гнучкість для різних сценаріїв використання.

Immutable X: Immutable X — L2-рішення для масштабування Ethereum, яке застосовує ZK rollups для блокчейн-геймінгу та торгівлі NFT. Ігри «Gods Unchained» і «Illuvium» використовують цю систему, щоб поєднати безпеку децентралізованої мережі Ethereum із високою швидкістю й низькими комісіями, демонструючи практичність ZK rollup у масових продуктах.

Висновки

ZK rollups — це новий рівень масштабування блокчейнів, який ефективно вирішує проблему масштабованості Ethereum. Поєднання позаланцюгової обробки транзакцій із криптографічними validity proofs забезпечує максимальну безпеку, нижчі комісії та швидше підтвердження, ніж транзакції в основному ланцюгу. Попри вищі обчислювальні вимоги й складнішу інтеграцію порівняно з optimistic rollups, рівень безпеки й ефективності ZK rollups сприяє їхній популярності серед розробників і користувачів.

Досвід Polygon, StarkWare та Immutable X показує, що ZK rollup переходить від теорії до практики у різних сферах: від DeFi до геймінгу та торгівлі NFT. За підтримки лідерів галузі, таких як Віталік Бутерін, ZK rollups стають ключовим елементом майбутнього Web3 і масштабування блокчейнів. У міру розвитку й підвищення доступності технології очікується подальше впровадження й інновації, що зробить екосистему блокчейнів ефективнішою й зручнішою. Еволюція ZK rollup підтверджує їхній потенціал як базової технології для наступного покоління блокчейн-рішень.

FAQ

Що таке zk rollup?

zk rollup — це рішення масштабування другого рівня, яке переносить транзакції поза ланцюг і використовує докази з нульовим розголошенням для забезпечення безпеки та зниження вартості. Воно успадковує безпеку основного блокчейна й забезпечує швидкі та дешеві транзакції.

Що таке zk rollup L2?

zk rollup L2 — це рішення, що об’єднує транзакції поза ланцюгом і перевіряє їх за допомогою доказів з нульовим розголошенням, публікуючи у мережі лише криптографічний доказ. Це підвищує масштабованість і знижує навантаження на мережу при збереженні безпеки.

Які переваги має ZK rollup?

ZK rollups забезпечують високу масштабованість, обробляючи тисячі транзакцій за секунду поза ланцюгом зі збереженням безпеки на рівні блокчейна. Вони знижують вартість операцій завдяки ефективному пакетуванню й підвищують конфіденційність завдяки доказам з нульовим розголошенням.

Що означає zk?

ZK означає Zero-Knowledge — криптографічну технологію, яка дозволяє одній стороні довести іншій наявність інформації без її розголошення. У zk rollups це забезпечує перевірку й завершення транзакцій у блокчейні за допомогою математичних доказів із гарантією приватності та ефективності.