Rollups Ethereum - це рішення для масштабування другого рівня, які призначені для збільшення масштабованості та пропускної здатності (або швидкості транзакцій) мережі блокчейн Ethereum.

Незважаючи на те, що блокчейн Ethereum відомий своєю високою безпекою, він не є природно масштабованим. Однак по мірі зростання потребувалося збільшення його масштабованості та потужності обробки транзакцій. Для досягнення цієї мети були розроблені роллапи Ethereum.

Шляхом пакування або скручування декількох транзакцій, які потім подаються до блокчейну Ethereum як одна транзакція, роллапи Ethereum полегшують головний ланцюжок Ethereum, збільшуючи швидкість обробки транзакцій або пропускну спроможність мережі блокчейн Ethereum.

Типи роллапів Ethereum: оптимістичні роллапи та роллапи з нульовим знанням

Оптимістичні роллапи Ethereum

Оптимістичні роллапи - це роллапи, які припускають дійсність транзакцій на L2. Як із назви, вони не перевіряють дійсність транзакцій роллапу. Вони припускають, що транзакції є дійсними, якщо не доведено протилежне.

Щоб забезпечити, що неправильні транзакції не обчислюються та не надсилаються на головний ланцюг Ethereum, Оптимістичні роллапи дають користувачам період виклику від 7 до 14 днів, протягом якого вони можуть викликати дійсність транзакцій роллапу.

Якщо виникає помилка, вже обчислені транзакції повторно виконуються, і правильний стан роллапу оновлюється на головному ланцюгу Ethereum. Це не закінчується тут - послідовний обчислювач, відповідальний за обчислення та включення помилкової транзакції, отримує покарання за зниження.

Arbitrum - це приклад роллапу Optimistic Ethereum. Це масштабувальне рішення другого рівня, яке забезпечує швидкі транзакції з розумними контрактами для мережі блокчейн Ethereum.

Він обробляє операції та пакує транзакції блокчейну Ethereum, зменшуючи затори та вартість транзакцій для блокчейну Ethereum.

Благодаря своїй унікальній функції стиснення транзакцій, яка допомагає зменшити комісії за газ, Arbitrum зараз використовується проєктами DeFi, такими як Sushiswap та Aave, для ефективного та економічного обміну у DeFi.

Zero-Knowledge (ZK) роллапи

Zero-knowledge Ethereum rollups перевіряють дійсність транзакцій. На відміну від оптимістичних роллапів, які припускають, що транзакції роллапу є дійсними, роллапи з нульовими знаннями не припускають, а замість цього вони проводять перевірку дійсності транзакцій.

Після того, як транзакції роллапу перевірені та підтверджені, роллап з нульовими знаннями подає криптографічний доказ на головний ланцюг Ethereum, підтверджуючи їхню дійсність. Смарт-контракти забезпечують можливість верифікації транзакцій роллапу.

ZK sync – це рішення L2, створене в першу чергу для масштабування мережі блокчейну Ethereum і збільшення її пропускної здатності або швидкості обробки транзакцій. За допомогою своїх ZK-ролапів ZKSync може обробляти транзакції в основному ланцюжку Ethereum, групуючи їх і відправляючи назад у блокчейн Ethereum після завершення. Scroll і Starkware – ще два відомі ролапи з нульовим розголошенням.

Як працюють роллапи Ethereum? Операції поза ланцюжком та пакетне виконання операцій

Оффчейн транзакція

Оскільки роллапи є рішеннями блокчейну 2-го рівня, вони не обробляють транзакції в основній мережі блокчейну Ethereum. Вони обробляють транзакції поза мережею Ethereum.

Сутність або компонент rollup, відомий як послідовник, відповідає за підтвердження транзакцій rollup, конструювання блоків L2 та надсилання криптографічних доказів на основний ланцюг Ethereum.

Групування транзакцій

Групування транзакцій складається в процесі групування кількох транзакцій послідовника. Послідовник полегшує основний ланцюжок Ethereum, видаляючи деякі транзакції з основного ланцюжка Ethereum і групуючи їх в одну транзакцію.

Після того, як транзакції груповані, зведення розміщує дані транзакцій у ланцюжку L1 за допомогою смарт-контрактів. Після додавання до ланцюжка L1 Ethereum одну транзакцію зведення не можна змінити або модифікувати.

Крім того, деякі нуль-знання роллапи також публікують підсумки або криптографічні докази на головний ланцюжок Ethereum, що підтверджують дійсність надісланих транзакцій.

Механізми підтвердження блокчейну: доказ шахрайства та доказ дійсності

доказ шахрайства

Доказ шахрайства, також відомий як доказ надійності, є механізмом блокчейн-доказу, який використовується для підтвердження автентичності даних, опублікованих оптимістичними роллапами.

Щоб запобігти оптимістичним роллапам подання неправильних даних на ланцюг Ethereum L1, механізми доказу шахрайства дозволяють користувачам на блокчейні Ethereum викликати пакетні транзакції роллапу.

Після того як помилкову транзакцію помічено серед пакетованих транзакцій, вона видаляється та перевиконується, після чого перевірена транзакція повертається назад у пакет. Також покарано послідовника, відповідального за включення помилкової транзакції.

Однак, якщо під час періоду виклику не було виявлено помилкових транзакцій, зміна стану оптимістично вважається правильною.

Типи доказу шахрайства: одноразовий інтерактивний та багаторазовий інтерактивний

Інтерактивне доказ шахрайства за один раунд

Однораундовий інтерактивний доказ - це механізм доказу шахрайства, що дозволяє викликачу спростувати автентичність або дійсність транзакції роллап без постійної взаємодії або комунікації з оператором, оскільки транзакцію можна перевірити одним разом.

OP Stack - це приклад блокчейн-рішення, яке використовує механізм інтерактивного доказу шахрайства за один раунд. OP Stack - це модульний відкритий зразок, який використовується для побудови високомасштабних та взаємодійних блокчейнів.

Розроблений фондом Optimism, набір OP дозволяє розробникам створювати блокчейни, які можуть взаємодіяти з Optimism суперланцюгом. Використовуючи однораундову інтерактивну систему доказу шахрайства, набір OP утруднює шахрайство в блокчейнах.

Багаторазовий інтерактивний доказ шахрайства

Багатораундове інтерактивне доведення - це механізм доказу шахрайства, який вимагає, щоб опонент постійно або повторно взаємодіяв з оператором.

Оператор часто ділить оскаржений блок роллапу на рівні половини, а потім на набагато менші частини, поки оскаржувач не виявить помилку. Протягом цього процесу відбувається постійна комунікація між оператором та оскаржувачем.

Навіть якщо інтерактивне доказ в один раунд - це набагато швидший спосіб перевірки дійсності транзакції, він є дорогим. Навпаки, багаторазовий інтерактивний доказ, хоча й триваліший, є більш вигідним і ефективним для вирішення суперечок у складних угодах зі смарт-контрактами.

Arbitrum, рішення масштабування L2, використовує багатораундову інтерактивну систему доказу шахрайства. Як вже обговорювалося раніше, Arbitrum підвищує пропускну здатність блокчейну Ethereum, стискаючи транзакції та зменшуючи комісію за газ.

Як працює доказ шахрайства? Перевірка кореня Меркла

Перевірка кореня Меркла

Доказ шахрайства працює за допомогою перевірки коренів Меркла. Корінь Меркла - це структура даних, яка використовується для захисту блокчейну. Вона стискає дані в мережі блокчейну, щоб користувачам не довелося завантажувати весь блокчейн.

Для перевірки дійсності транзакцій роллапів механізм доказу шахрайства повинен порівнювати початковий та кінцевий стани коренів Меркла до та після транзакції, чи то через однораундовий, чи багатораундовий інтерактивний доказ.

Якщо обидва стани кореня Меркла відповідають, це означає транзакцію; інакше транзакція є недійсною і повторно виконується.

Отже, якщо перевірник хоче оскаржити дійсність транзакції rollup, йому потрібно лише подати поточний кореневий стан і конкретні частини дерева Меркля, які будуть використовуватися для обчислення правильного кореневого стану.

Переваги доказу шахрайства: низькі обчислювальні витрати, простота, низькі комісійні за газ

• Низькі обчислювальні витрати: Доказ шахрайства, який використовується для перевірки оптимістичних транзакцій роллапів, часто вимагає низького обчислювального зусилля. Його припущення про дійсність транзакцій робить його менш обчислювально інтенсивним.
• Простота: Оскільки системи доказу шахрайства не потребують складних криптографічних систем, вони є простими й гнучкими.
• Низькі комісії за газ: Низькі комісії за газ пов'язані з меншими криптографічними вимогами доказів дійсності при перевірці дійсності Оптимістичних роллапів.

доказ дійсності

Доказ дійсності, також відомий як доказ нульового знання, є механізмом підтвердження правдивості або дійсності даних, опублікованих нульовими роллапами.

Ця дійсність складається з трьох сутностей: доведувача, перевіряючого та свідка.

• Доказуючий - це сутність, яка створює доказ.
• Верифікатор - це сутність, яка перевіряє дійсність або точність даних про транзакції роллапу, доведених доведенням.
• Свідок - це дані, які обмінюються між доводником та перевіряючим.

Під час комунікації між доведенням та перевіркою важливо враховувати, що вміст свідка (або інформація, яка передається) не розголошується.

Як працює доказ дійсності? Поліноміальні зобов'язання

Поліноміальне зобов'язання

Докази правомірності залежать від поліноміальних зобов'язань для перевірки правомірності транзакцій ролапів. У поліноміальних зобов'язаннях інформація про транзакції, яку потрібно перевірити, кодується у поліноми, які є математичними виразами.

Цей процес перевірки і підтвердження автентичності і правильності транзакцій роллапу є набагато безпечнішим і складнішим для зламу, тому ефективним у запобіганні шахрайству в мережі блокчейн Ethereum.

Переваги доказу дійсності: міцна безпека, швидший час завершення, висока масштабованість

• Міцна безпека: Докази дійсності часто ґрунтуються на складній криптографії, що робить дуже важким включення шахрайських транзакцій до партійної транзакції.
• Швидший час виконання: Оскільки в системах з доказом шахрайства немає періодів виклику, транзакції можуть бути завершені вчасно.
• Висока масштабованість: Вилучення транзакцій з основного ланцюжка Ethereum та їх подальше пакування робить мережу блокчейн Ethereum високомасштабованою.

Висновок

Інтеграція доказу шахрайства та доказу дійсності в роллапах Ethereum значно покращила ефективність та безпеку мережі. Розробники та користувачі можуть використовувати переваги роллапів, зберігаючи цілісність екосистеми Ethereum.

З розвитком блокчейну Ethereum значення масштабованих та безпечних рішень лише зростатиме. Роллапи Ethereum, підтримані доказом шахрайства та доказом дійсності, можуть відіграти важливу роль у формуванні майбутньої технології блокчейну.