Оптимістичний Rollup і Zero-Knowledge Rollup: яка між ними різниця?

Вступ

Попит на криптовалюти зростає. Багато блокчейнів працюють на межі можливостей. Це призводить до перевантаження мережі та високих комісій за транзакції. Для вирішення цих проблем розробляють і тестують рішення для масштабування, які підвищують швидкість і пропускну здатність транзакцій. Такі рішення поділяють на дві основні групи: Layer 1 та Layer 2.

Масштабування Layer 1, як-от шардинг, передбачає зміни в основному блокчейні (базовому ланцюгу або Layer 1). Layer 2-рішення працюють поверх чинного блокчейну Layer 1. Прикладами Layer 2-рішень є state channels, sidechains та rollups блокчейну.

Rollups блокчейну — це протоколи для підвищення пропускної здатності і зниження витрат. Вони долають обмеження популярних блокчейнів, групуючи транзакції та зменшуючи розмір даних для ефективної обробки і зберігання. Популярність криптовалют і блокчейн-технологій стимулює розробників шукати нові способи масштабування і збільшувати можливості системи. Шардинг, sidechains, state channels і rollups — це основні напрямки розвитку. Rollups блокчейну переносять частину транзакцій на додатковий ланцюг, а дані транзакцій зберігають у головному блокчейні Layer 1. У статті розглядаємо два типи rollups у криптовалютній сфері: Optimistic Rollups і Zero-Knowledge Rollups.

Що таке rollups блокчейну?

Rollups — це Layer 2-рішення, які агрегують дані транзакцій і виводять їх із головного ланцюга (Layer 1). Виконання транзакцій відбувається поза блокчейном, а активи залишаються в on-chain смартконтракті. Після завершення дані транзакцій повертають у головний блокчейн.

Будь-яке Layer 1-рішення може впроваджувати rollups для підвищення ефективності обробки транзакцій. Rollups значно збільшують кількість транзакцій, що обробляються і записуються за певний час. Масштабування досягають без втрати гарантій безпеки Layer 1.

У блокчейн-індустрії основними типами rollups є Optimistic Rollups і Zero-Knowledge Rollups. Кожен використовує власні механізми перевірки транзакцій та забезпечення безпеки, що дозволяє застосовувати їх у різних мережах і сценаріях.

Що таке Optimistic Rollups?

Optimistic Rollups — це протоколи, які збільшують пропускну здатність, групуючи транзакції в «batches» (пакети) та виконуючи їх поза блокчейном. Дані транзакцій записують у головний ланцюг із застосуванням технологій стиснення для зниження витрат і підвищення швидкості. Дослідження блокчейн-мереж, зокрема основної платформи, показують, що Optimistic Rollups підвищують масштабованість у 10–100 разів у порівнянні зі стандартною обробкою в ланцюгу.

Термін «optimistic» означає припущення про валідність усіх транзакцій, що прискорює обробку. Протокол Optimistic Rollups припускає, що транзакції коректні, і перевіряє їх лише при оскарженні. Це знижує навантаження на головний ланцюг, зберігаючи безпеку за допомогою fraud-proof схем.

Як Optimistic Rollups перевіряють транзакції?

У Optimistic Rollups транзакції вважають валідними за замовчуванням для підвищення ефективності. Виникає питання, чи не знижує це безпеку. Протокол застосовує fraud-proof схему з періодом оскарження (challenge period). У цей час будь-хто може подати запит на перевірку транзакцій rollup.

Якщо в пакеті є помилки, rollup повторно виконує некоректні транзакції та оновлює блок. Сторони, що схвалили помилкові транзакції, караються slashing-механізмом, що підтримує цілісність системи. Challenge period триває кілька днів, що дає час для виявлення і повідомлення про порушення.

Fraud-proof механізм дозволяє валідаторам подавати докази некоректного переходу стану. Якщо доказ підтверджено, система анулює шахрайську транзакцію і карає оператора. Економічна мотивація стимулює операторів обробляти транзакції чесно.

Обмеження Optimistic Rollups

Optimistic Rollups усувають складну валідацію, але мають challenge period, якого не потребують Zero-Knowledge Rollups. Це збільшує час фіналізації транзакцій: користувачі чекають довше, щоб бути впевненими в незворотності операції.

Час фіналізації Optimistic Rollups гірший, ніж у ZK Rollups. Це період, упродовж якого користувачі впевнені, що транзакцію не буде скасовано чи змінено. Виведення коштів у Optimistic Rollups затримується до завершення challenge period. У ZK Rollups виведення доступне одразу після підтвердження proof смартконтрактом.

Експерти відзначають, що Optimistic Rollups поступаються ZK Rollups у ефективності обробки даних. У Optimistic Rollups всі дані транзакцій мають бути записані в ланцюг, що збільшує обсяг даних у блокчейні. ZK Rollups розміщують лише валідні докази, що суттєво знижує об’єм даних і витрати.

Ще одне обмеження — затримка в періоди високого навантаження. Якщо багато користувачів оскаржують транзакції одночасно, вирішення суперечок затримується, що відтерміновує фіналізацію. Попри це, Optimistic Rollups залишаються популярними завдяки простоті та сумісності з чинною інфраструктурою смартконтрактів.

Що таке Zero-Knowledge Rollups?

Zero-Knowledge Rollups (ZK Rollups) — це протоколи, що групують транзакції у пакети для виконання поза головним ланцюгом. Оператор ZK Rollup подає зведені зміни після виконання транзакцій у пакеті. Оператор надає докази валідності, що підтверджують коректність змін. Ці докази суттєво менші за дані транзакцій, тому перевірка проходить швидше і дешевше.

У блокчейн-мережах ZK Rollups зменшують обсяг транзакційних даних через стиснення при записі як calldata, що знижує комісії. Математичний proof гарантує, що головний ланцюг може перевірити коректність обчислень поза блокчейном без повторного виконання всіх транзакцій. Це забезпечує сильну безпеку і значну масштабованість.

ZK Rollups використовують сучасну криптографію для створення proof, що підтверджують валідність змін стану. Proof створюють за допомогою складних алгоритмів, які гарантують цілісність даних без розкриття деталей транзакцій. Така приватність і ефективність роблять ZK Rollups привабливими для різних блокчейн-застосунків.

Як ZK Rollups перевіряють транзакції?

ZK Rollups використовують Zero-Knowledge Proofs (ZKP) для перевірки транзакцій. Prover — сторона, яка доводить verifier, що має певні знання, підтверджуючи транзакцію без розкриття даних.

Детальний процес:

1. Генерація доказу: Prover створює математичний proof, доступний лише їй на основі даних транзакції. Для цього застосовують криптографічні алгоритми для валідності і унікальності proof.

2. Перевірка доказу: Verifier підтверджує proof, не отримуючи доступу до самих даних. Перевірка проходить швидко і ефективно на головному блокчейні.

3. Збереження приватності: Валідність можна довести без розкриття змісту verifier. Це важливо для фінансових операцій або ідентифікації, де потрібна конфіденційність.

Математична основа Zero-Knowledge Proofs гарантує, що verifier не отримує інформацію про транзакцію, окрім її валідності. Це забезпечує безпеку і приватність, тому ZK Rollups підходять для застосунків, де важлива конфіденційність даних.

Переваги ZK Rollups

ZK Rollups забезпечують високий рівень безпеки за правильної реалізації. Основна перевага — використання zero-knowledge validity proofs. Proof гарантує, що мережа працює тільки у валідному стані, а оператори не можуть викрасти кошти чи порушити систему. Криптографічний proof робить маніпуляції неможливими без виявлення.

Ще одна перевага — користувачам не потрібно моніторити мережу. ZK Rollups зберігають всі дані в ланцюгу і вимагають proof для кожного переходу стану. Оператор не може здійснити шахрайство, а користувачі не переймаються поведінкою системи. Trustless-дизайн усуває потребу постійного контролю і знижує навантаження на користувача.

ZK Rollups дозволяють користувачам виводити кошти у mainnet без взаємодії з оператором, доводячи право власності через доступність даних. Це гарантує контроль над активами навіть у разі недоступності чи злочинної поведінки оператора. Примусовий вивід — важливий захист коштів.

Як і Optimistic Rollups, ZK Rollups використовують виконання поза блокчейном для прискорення транзакцій. Перенесення обчислень за межі ланцюга суттєво підвищує пропускну здатність, зберігаючи безпеку Layer 1. Комбінація швидкості, безпеки та ефективності робить ZK Rollups перспективним рішенням для масштабування.

ZK Rollups забезпечують негайну фіналізацію виведення коштів: транзакція вважається фінальною одразу після підтвердження proof головним ланцюгом. Це усуває період очікування, що потрібен для Optimistic Rollups, і забезпечує швидкий доступ до активів.

Відмінності ZK Rollups і Optimistic Rollups

Таблиця нижче містить ключові відмінності між Optimistic Rollups і ZK Rollups:

Механізм перевірки: Optimistic Rollups вважають транзакції валідними за замовчуванням і використовують fraud proofs для оскарження помилкових транзакцій у dispute period. ZK Rollups застосовують криптографічні validity proofs, математично підтверджуючи коректність транзакцій до фіналізації.

Час фіналізації: В Optimistic Rollups фіналізація довша через challenge period (зазвичай кілька днів). ZK Rollups забезпечують негайну фіналізацію після перевірки proof, даючи користувачам швидкий доступ до коштів.

Ефективність даних: Optimistic Rollups вимагають запису всіх даних транзакцій у ланцюг для перевірки. ZK Rollups розміщують лише компактні validity proofs, що знижує обсяг даних і витрати.

Обчислювальна складність: Optimistic Rollups простіші для впровадження і потребують менше ресурсів. ZK Rollups використовують складну криптографію для proof, що забезпечує сильнішу безпеку, але потребує більше ресурсів.

Модель безпеки: Optimistic Rollups спираються на економічні стимули і очікування, що validator оскаржить шахрайські транзакції. ZK Rollups забезпечують криптографічну гарантію безпеки і виключають подання невалідних переходів стану.

Час виведення коштів: В Optimistic Rollups виведення затримується на challenge period (до тижня і більше). У ZK Rollups виведення доступне одразу після перевірки proof.

Сумісність: Optimistic Rollups простіше інтегрувати з чинними смартконтрактами і екосистемами блокчейну. ZK Rollups можуть вимагати змін смартконтрактів для роботи з proof, але проблема поступово вирішується.

Ці відмінності демонструють вибір між простотою та швидкою фіналізацією: Optimistic Rollups — прості й зручні для інтеграції, ZK Rollups — забезпечують вищу безпеку і швидшу фіналізацію, але потребують більше ресурсів.

Майбутнє ZK Rollups та Optimistic Rollups

Майбутнє ZK Rollups і Optimistic Rollups динамічне і має значний потенціал для розвитку. Зі зростанням числа користувачів криптовалют і блокчейну rollups стануть ключовим елементом підвищення ефективності та масштабованості мереж.

Блокчейн-мережі продовжать експериментувати з масштабуванням: шардинг, rollups і Layer 0 протоколи. З’являться нові рішення, які працюватимуть поруч із чинними технологіями rollup. Можлива поява гібридних підходів, що поєднуватимуть переваги Optimistic і ZK Rollups для конкретних задач.

Останні досягнення в zero-knowledge криптографії зробили ZK Rollups практичнішими і ефективнішими. З розвитком технології очікується ширше впровадження ZK Rollups через сильні гарантії безпеки і швидшу фіналізацію. Optimistic Rollups залишаються актуальними для застосунків, де важлива простота і сумісність з інфраструктурою.

Конкуренція між рішеннями rollup підвищує рівень інновацій і продуктивності в екосистемі. Подальші дослідження та нові методи призведуть до зближення оптимальних моделей: баланс між безпекою, ефективністю і зручністю.

Взаємодія між різними rollup і блокчейнами Layer 1 стане ключовою для масштабування. Проекти, що створюють «мости» і протоколи комунікації між реалізаціями rollup, забезпечать з’єднану і ефективну екосистему блокчейну.

Висновок

Зростання попиту на криптовалюти висуває нові вимоги до блокчейнів, і розробники пропонують різні рішення для масштабування. У статті розглянуто основні відмінності між Optimistic Rollups і ZK Rollups.

Optimistic Rollups — простіший підхід із fraud-proof механізмами і довшим часом фіналізації, що підходить для застосунків, де важлива простота впровадження. ZK Rollups пропонують сильніші гарантії безпеки і негайну фіналізацію завдяки криптографічним proof, тому ідеальні для задач, де потрібне швидке підтвердження і висока безпека.

Технології rollup продовжують тестувати і вдосконалювати. Один тип може стати кращим для конкретних задач, а обидва — співіснувати для різних потреб екосистеми. Масове впровадження rollups значно підвищить масштабованість блокчейнів, дозволяючи розширити користувацьку базу і спектр застосувань.

Успіх технологій rollup залежить від балансу безпеки, ефективності і зручності, а також здатності відповідати потребам користувачів і розробників блокчейну. Rollups — центральний елемент майбутньої масштабованості блокчейну і поширення децентралізованих технологій.

FAQ

Які базові принципи Optimistic Rollup і Zero-Knowledge Rollup?

Optimistic Rollup вважає транзакції валідними за замовчуванням і оскаржує невалідні за потреби. Zero-Knowledge Rollup використовує криптографічні proof для перевірки всіх транзакцій до фіналізації. Обидва підходи підвищують масштабованість блокчейну.

Чим відрізняються Optimistic Rollup і Zero-Knowledge Rollup щодо швидкості і вартості транзакцій?

Optimistic Rollup забезпечує швидшу обробку і нижчі витрати за рахунок простішої перевірки, але вимагає періоду оскарження. Zero-Knowledge Rollup забезпечує вищу безпеку через криптографічні proof, однак proof генерується повільніше і потребує більших обчислювальних витрат.

Який підхід безпечніший: Optimistic Rollup чи Zero-Knowledge Rollup?

Zero-Knowledge Rollup вважається безпечнішим завдяки сучасним криптографічним proof, тоді як Optimistic Rollup ґрунтується на fraud assumptions із потенційно нижчими гарантіями.

Як працює fraud-proof механізм у Optimistic Rollup?

Optimistic Rollup використовує challenge window для оскарження state commitments до фіналізації. Якщо оскарження підтверджене, commitment анулюється і замінюється без відкату транзакцій. Sequencer публікує state roots у Ethereum для перевірки.

Які переваги і недоліки Zero-Knowledge Rollups щодо Optimistic Rollups?

Zero-Knowledge Rollups мають вищу безпеку завдяки криптографічним proof і швидку фіналізацію без challenge period, але потребують складних обчислень і більших витрат на розробку. Optimistic Rollups простіші і дешевші, але залежать від dispute period для безпеки.

Які основні проекти Optimistic Rollup?

Основні Optimistic Rollup проекти — Arbitrum, Optimism, opBNB і COMBO. Вони підвищують ефективність транзакцій і знижують комісії.

Які основні проекти Zero-Knowledge Rollup?

Головні ZK Rollup проекти — StarkNet, zkSync, Polygon zkEVM, Aztec і Scroll. Вони використовують zero-knowledge proofs для масштабування Ethereum і підвищення пропускної здатності транзакцій.

Що обрати: Optimistic Rollup чи Zero-Knowledge Rollup?

Вибір залежить від задач: Optimistic Rollups підходять для загальних EVM-обчислень із меншою складністю, Zero-Knowledge Rollups — для задач, як-от платежі, з сильнішою приватністю. Обирайте згідно з вимогами кейсу.