Kata pengantar

Ethereum adalah salah satu blockchain paling populer dan telah lama bergumul dengan masalah skalabilitas. Biaya bahan bakar yang tinggi dan kecepatan transaksi yang lambat menjadi perhatian utama yang menyebabkan kemacetan jaringan. Untuk mengatasi masalah ini, berbagai solusi penskalaan telah muncul. Dalam pelajaran ini, kami akan memperkenalkan beberapa solusi penskalaan Ethereum dan mempelajari dua rollup umum: rollup optimis dan rollup ZK.

Rollup optimis adalah protokol lapisan 2 untuk Ethereum yang dirancang untuk menskalakan throughput lapisan dasarnya. Dengan memproses transaksi off-chain, optimis rollup mengurangi perhitungan pada Ethereum Mainnet, secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan. Tidak seperti solusi penskalaan lainnya, seperti sidechains, hasil transaksi paket rollup yang optimis dan mempublikasikannya di Ethereum, mewarisi keamanan Mainnet. Itu memverifikasi transaksi di Ethereum dengan bukti penipuan tetapi menyimpan data transaksi di tempat lain.

Rollup yang optimis dapat menawarkan peningkatan skalabilitas lebih dari 10x dengan menghindari pemrosesan langsung setiap transaksi pada jaringan Ethereum yang lambat dan mahal. Sebaliknya, ia menulis transaksi ke Ethereum sebagai calldata, yang berfungsi sebagai penyimpanan sementara tanpa menghabiskan banyak ruang di blockchain Ethereum, sehingga mengurangi biaya bahan bakar bagi pengguna.

Rollup tanpa pengetahuan (ZK-rollup) juga merupakan solusi penskalaan lapisan 2 yang meningkatkan throughput pada Ethereum Mainnet dengan memindahkan komputasi dan penyimpanan status off-chain. ZK-rollup dapat memproses ribuan transaksi dalam batch dan kemudian hanya memposting data ringkasan minimal ke Mainnet. Data ringkasan ini menentukan perubahan yang harus dilakukan pada status Ethereum dan beberapa bukti kriptografi yang dikenal sebagai bukti tanpa pengetahuan, yang memverifikasi kebenaran pemrosesan transaksi batch.

Cara Kerja Rollup

Rollup yang Optimis

Rollup optimis adalah solusi teknologi untuk meningkatkan efisiensi dan keamanan transaksi blockchain. Ini melibatkan penggabungan beberapa transaksi ke dalam "rollup" dan mengirimkannya ke rantai utama (Ethereum). Solusi ini membantu menghemat sumber daya pada rantai utama, meningkatkan kecepatan dan throughput transaksi, serta menurunkan biaya transaksi.

Rollup optimis mengeksekusi transaksi off-chain tetapi memposting data transaksi sebagai calldata di mainnet Ethereum. Operator rollup yang optimis, juga dikenal sebagai sequencer, menggabungkan beberapa transaksi off-chain bersama-sama dalam batch besar sebelum mengirimkannya ke Ethereum. Pendekatan ini menyebarkan biaya tetap ke beberapa transaksi di setiap batch, mengurangi biaya bagi pengguna akhir. Selain itu, optimis rollup menggunakan teknik kompresi untuk mengurangi jumlah data yang diposting di Ethereum.

Rollup yang optimis dianggap "optimis" karena menganggap semua transaksi off-chain valid dan tidak menerbitkan bukti validitas untuk kumpulan transaksi yang diposting on-chain. Ini adalah perbedaan utama antara rollup optimis dan rollup ZK, di mana rollup ZK harus memberikan bukti validitas untuk transaksi off-chain.

Rollup optimis menggunakan bukti penipuan untuk mendeteksi transaksi yang tidak dihitung dengan benar. Setiap kumpulan rollup yang dikirimkan ke Ethereum memiliki jendela waktu yang disebut "periode tantangan", di mana siapa pun dapat bertindak sebagai validator dan menghitung bukti penipuan untuk memverifikasi hasil transaksi rollup. Jika bukti penipuan berhasil, protokol rollup akan mengeksekusi ulang transaksi dan memperbarui status rollup yang sesuai, sedangkan node yang memasukkan transaksi yang salah dieksekusi dalam sebuah blok akan dihukum.

Jika kumpulan rollup tetap tidak tertandingi setelah periode tantangan berakhir (artinya semua transaksi telah dieksekusi dengan benar), kumpulan tersebut dianggap valid dan diterima di Ethereum. Setiap node dapat terus membangun blok rollup yang belum dikonfirmasi, tetapi jika mereka mengeksekusi transaksi berdasarkan batch yang dieksekusi secara tidak benar, hasil transaksi akan dicabut.

Dengan cara ini, rollup yang optimis dapat mencapai pemrosesan transaksi yang efisien dan berbiaya rendah sambil menjaga keamanan blockchain. Ini adalah solusi yang menggeser masalah skalabilitas dari lapisan konsensus ke lapisan perhitungan, dan saat ini merupakan teknologi penskalaan blockchain yang diakui dan diterapkan secara luas.

Rollups mengurutkan setiap transaksi off-chain dan mengemasnya bersama sebelum mempostingnya ke Ethereum

ZK-Rollup

ZK-rollup, seperti rollup optimis, adalah solusi penskalaan yang memanfaatkan pemrosesan transaksi batch untuk meningkatkan efisiensi transaksi blockchain. Namun, mereka mengadopsi pendekatan yang berbeda untuk mencapai hal ini.

Dalam ZK-rollups, operator (juga dikenal sebagai sequencer) mengirimkan ringkasan data transaksi agregat ke rantai utama, yang mewakili perubahan yang diperlukan untuk semua transaksi dalam batch, alih-alih mengirimkan setiap transaksi secara individual. Operator menulis transaksi sebagai calldata yang disimpan sementara di Ethereum, dan ketika informasi dalam calldata dipublikasikan di blockchain, siapa pun dapat secara mandiri merekonstruksi status rollup.

Selain itu, operator harus menghasilkan bukti validitas untuk menunjukkan kebenaran data rollup mereka. Bukti validitas ini terutama mengandalkan bukti ZK untuk membuktikan keaslian dan validitas semua transaksi dalam kumpulan rollup.

Node di Mainnet hanya perlu memverifikasi kebenaran bukti ZK, tanpa memeriksa detail setiap transaksi. Sebaliknya, rollup optimis menggunakan bukti penipuan untuk mendeteksi kesalahan komputasi dalam transaksi. Ini berarti bahwa ZK-rollup hanya perlu memberikan bukti validitas untuk menyelesaikan transaksi di Ethereum, sedangkan rollup optimis membutuhkan semua data transaksi untuk dimasukkan dalam rantai.

Saat memindahkan dana dari ZK-rollup ke Ethereum, tidak ada penundaan karena transaksi keluar dilakukan segera setelah kontrak ZK-rollup memverifikasi bukti validitas. Di sisi lain, mengekstraksi dana dari rollup optimis menghadapi penundaan untuk memungkinkan siapa pun menantang transaksi keluar dengan bukti penipuan.

ZK-rollup juga memanfaatkan teknik kompresi untuk mengurangi data transaksi. Misalnya, ZK-rollup menggunakan pohon Merkle untuk menjaga keamanan dan integritas transaksi off-chain tanpa menyimpan semua data transaksi di Mainnet. Selain itu, akun diwakili oleh indeks, bukan alamat, yang menghemat 28 byte data. Publikasi data on-chain adalah biaya yang signifikan untuk rollup, sehingga kompresi data dapat mengurangi biaya bagi pengguna.

Bukti Tanpa Pengetahuan

Bukti tanpa pengetahuan hadir dalam berbagai algoritme. Mengambil protokol Sigma sebagai contoh, jika Alice ingin membuktikan kepada Bob bahwa dia memang mengetahui "kata sandi" kunci rahasia, dia dapat melakukannya dengan menggunakan langkah-langkah berikut:

1. Alice secara acak memilih angka r dan menggunakan fungsi hash untuk menghitung H(r), lalu mengirimkan hasilnya ke Bob. Fungsi hash H mengubah data dengan panjang sembarang menjadi nilai hash dengan panjang tetap. Misalnya, H("halo") mungkin "2f95f89f1c2328712ef7bde608ce5404e97d5f04".

2. Bob menghasilkan nomor acak s dan mengirimkannya ke Alice.

3. Alice menghitung x = r + H(“kata sandi”) * s, di mana “kata sandi” adalah kunci rahasia yang diketahui Alice. Dia kemudian mengirimkan hasilnya ke Bob.

4. Bob menghitung y = H(x) dan mengirim y ke Alice.

5. Alice menghitung z = r + H(“password”) s y dan mengirim z ke Bob.

6. Bob menghitung w = H(z). Jika w sama dengan y, menunjukkan bahwa z = x, Bob mengetahui bahwa Alice memiliki “password” kunci rahasia.
   Pada langkah 3, Alice menggabungkan kunci rahasia “password” yang diketahui dengan angka acak r dan nilai tetap H(“password”) * s untuk membuat nilai x yang tampaknya acak, yang berfungsi sebagai representasi pseudorandom dari “password” melalui komputasi fungsi hash. Ini membentuk nilai baru x yang terdiri dari nilai r yang benar-benar acak dan "kata sandi" kata sandi tetap.

Selama interaksi, kedua belah pihak hanya dapat melihat nomor acak mereka sendiri. Sebagai contoh, Alice mengetahui r tetapi tidak s, sedangkan Bob mengetahui s tetapi tidak r. Namun, Bob dapat menggunakan nilai acak s untuk memverifikasi nilai hash Alice dan menentukan apakah itu berisi komponen pseudorandom. Keacakan semu menyatakan bahwa Alice memang memiliki kunci rahasia, sementara keacakan yang sebenarnya menandakan bahwa Alice berbohong.

Kunci untuk proses ini adalah bahwa Alice menggunakan kunci rahasia untuk menghitung x dan z dalam langkah 3 dan 5, dengan demikian membuktikan kepemilikannya atas kunci rahasia tanpa mengungkapkan konten sebenarnya. Angka acak r dan s, bersama dengan fungsi hash H, membantu melindungi privasi Alice.

Keuntungan Rollup

Rollup yang Optimis

1. Secara signifikan meningkatkan skalabilitas tanpa mengorbankan keamanan atau desentralisasi.

2. Data transaksi disimpan pada rantai lapisan 1, yang meningkatkan transparansi, keamanan, ketahanan terhadap penyensoran, dan desentralisasi.

3. Memastikan finalitas tanpa kepercayaan dengan bukti penipuan dan memungkinkan minoritas yang jujur untuk mengamankan rantai.

4. Perhitungan bukti penipuan relatif mudah dan dapat dijalankan oleh node lapisan 2 mana pun tanpa memerlukan perangkat keras dengan spesifikasi tinggi.

5. Sangat kompatibel dengan EVM dan Solidity, memungkinkan pengembang untuk mem-porting kontrak pintar Ethereum-native ke rollup atau membuat dApps baru menggunakan alat yang ada.
   ZK-Rollup

6. Bukti validitas memastikan kebenaran transaksi off-chain, mencegah operator melakukan transaksi negara yang tidak valid.

7. Menawarkan finalitas transaksi yang lebih cepat karena pembaruan status disetujui setelah bukti validitas diverifikasi di lapisan

8. Mengandalkan mekanisme kriptografi tepercaya untuk keamanan, daripada mengandalkan kejujuran aktor yang diberi insentif seperti dalam rollup optimis.

9. Pengguna mendapatkan keuntungan dari efisiensi modal yang lebih besar dan dapat menarik dana dari lapisan 2 tanpa penundaan.

10. Beban yang lebih rendah untuk node validator layer 1 dan kompresi data yang lebih baik dapat membantu mengurangi biaya penerbitan data di Ethereum, meminimalkan biaya rollup untuk pengguna.
    Bukti tanpa pengetahuan umum datang dalam bentuk zk-SNARK (Argumen Pengetahuan Non-Interaktif Singkat Tanpa Pengetahuan) dan zk-STARK (Argumen Pengetahuan Transparan Tanpa Pengetahuan yang Dapat Dikukur). Perbedaan antara keduanya dirangkum sebagai berikut:

Kerugian dari Rollup

Rollup yang Optimis

1. Tantangan penipuan potensial dapat menyebabkan keterlambatan penyelesaian transaksi.

2. Sequencer rollup terpusat dapat memengaruhi pemesanan transaksi.

3. Ketika tidak ada node yang jujur, sequencer jahat dapat mencuri dana dengan memposting blok yang tidak valid dan menyatakan komitmen.

4. Model keamanan bergantung pada setidaknya satu node jujur yang menjalankan transaksi rollup dan mengirimkan bukti penipuan untuk menantang transisi status yang tidak valid.

5. Pengguna harus menunggu hingga periode tantangan selesai untuk menarik dana kembali ke Mainnet.

6. Data yang disimpan dan dipublikasikan pada layer 1 lebih banyak daripada ZK-rollup, membuatnya menghabiskan lebih banyak sumber daya dan meningkatkan biaya.
   ZK-Rollup

7. Biaya komputasi dan verifikasi bukti validitas tinggi, yang dapat meningkatkan biaya bagi pengguna rollup.

8. Karena kompleksitas teknologi tanpa pengetahuan, sulit untuk membangun ZK-rollup yang kompatibel dengan EVM.

9. Menghasilkan bukti validitas membutuhkan peralatan khusus, yang meningkatkan penghalang bagi operator dan dapat menyebabkan beberapa peserta mengendalikan jaringan blockchain.

10. Operator terpusat dapat mempengaruhi pemesanan transaksi.

Proyek Rollup Terkemuka

Optimisme

Optimisme adalah solusi penskalaan layer 2 berbasis Ethereum yang memanfaatkan rollup optimis untuk meningkatkan throughput transaksi, mengurangi biaya, dan mempertahankan kompatibilitas tinggi dengan Ethereum. Tujuan Optimisme adalah untuk membangun Superchain, jaringan terpadu yang menggabungkan semua rantai lapisan 2 berdasarkan Optimism Stack. Ini memungkinkan komposisi lintas rantai dan interoperabilitas.

Ekosistem Optimisme telah membuat kemajuan yang signifikan, dimulai dengan pengiriman udara ke komunitas pada pertengahan 2022 untuk memberi penghargaan kepada pendukung dan kontributor awal. Token OP didistribusikan ke pengguna Optimisme, pemilih DAO, penandatangan multi-tanda terpilih, dan donor Gitcoin.

Pada awal 2023, Coinbase meluncurkan Base, jaringan blockchain layer 2 yang dikembangkan menggunakan Optimism Stack open-source. Base bertujuan untuk memberi pengembang platform lapisan 2 yang cepat, aman, dan dapat disesuaikan dan berencana untuk mengintegrasikannya dengan Coinbase Wallet and Exchange untuk meningkatkan pengalaman dan keamanan pengguna.

Optimisme terus meningkatkan arsitektur teknologi dan tata kelolanya. Misalnya, ia memperkenalkan fitur-fitur seperti mesin bukti kesalahan Cannon, merancang protokol sequencer, dan membentuk Optimism Collective. Penerapan Chain Factory akan memfasilitasi pembangunan ekosistem Superchain di sekitar jaringan Ethereum.

Saat ini, beberapa aplikasi terdesentralisasi yang terkenal, seperti Uniswap, Aave, dan Synthetix, telah diterapkan di Optimism, mewakili proyek peluncuran optimis unggulan.

Arbitrase

Arbitrum juga merupakan jaringan blockchain layer 2 yang menggunakan optimis rollup. Ini menggunakan desain interaktif multi-putaran untuk menyelesaikan perselisihan dan mengurangi beban kerja on-chain. Arbitrum menawarkan kompatibilitas EVM yang kuat, memungkinkan pengembang dengan mudah menerapkan kontrak pintar mereka di jaringan Arbitrum. Namun, dibandingkan dengan bukti penipuan putaran tunggal Optimism, Arbitrum memiliki ukuran blok yang lebih besar.

Arbitrum telah mendapatkan popularitas di antara proyek DeFi yang inovatif. Yang paling menonjol termasuk platform perdagangan derivatif GMX dan Gains Network, serta protokol peminjaman Radiant. Proyek mapan seperti Sushiswap dan Curve juga membawa likuiditas yang signifikan ke ekosistem Arbitrum. Menurut Dune Analytics, pada April 2023, jumlah pengguna di Arbitrum telah melampaui 1 juta, dengan volume perdagangan melebihi $10 miliar dan aset on-chain mencapai $2 miliar.

Selain menarik lebih banyak proyek dan pengguna, Arbitrum terus berinovasi dan mengoptimalkan teknologi dan tata kelolanya. Pada bulan Februari 2023, itu melakukan pengiriman token tata kelola ARB, yang memungkinkan komunitas untuk berpartisipasi dalam pengambilan keputusan terkait peningkatan jaringan Arbitrum.

Terlepas dari kontroversi dan perselisihan yang timbul dari proposal AIP-1 dan keputusan yayasan untuk menjual token ARB, harga token ARB terus meningkat, menunjukkan optimisme pasar tentang potensinya di masa depan.

Saat ini, jaringan Arbitrum berdiri sebagai salah satu proyek blockchain lapisan 2 yang paling dinamis yang memanfaatkan rollup optimis, menawarkan lebih banyak kemungkinan dan nilai bagi ekosistem Ethereum.

zkSync

zkSync adalah solusi penskalaan Lapisan 2 berdasarkan bukti tanpa pengetahuan, yang bertujuan untuk meningkatkan kecepatan transaksi dan mengurangi biaya pada jaringan Ethereum sambil mempertahankan kompatibilitas dengan EVM. Tim pengembangan, Matter Labs, meluncurkan fase kedua jaringan zkSync, yang disebut Era zkSync, pada awal tahun 2023. Fase ini menggunakan Succinct, Transparent Argument of Knowledge (STARK) untuk lebih meningkatkan efisiensi pembuktian tanpa pengetahuan.

Peluncuran mainnet zkSync telah menarik perhatian yang signifikan dari komunitas pengembang. Ini hampir mencapai implementasi penuh zkEVM, memungkinkan pengembang untuk membangun aplikasi tanpa pengetahuan menggunakan bahasa Soliditas. Ini berarti pengembang dapat dengan mudah mem-porting aplikasi Ethereum mereka ke zkSync dan mendapat manfaat dari peningkatan skalabilitas dan keamanan.

zkSync juga menawarkan interoperabilitas dengan jaringan lapisan 2 dan lapisan 1 lainnya melalui layanan lintas rantai Multichain dan Orbiter Finance. Saat ini, beberapa proyek blockchain telah mengumumkan dukungan mereka untuk penerapan zkSync, termasuk dompet, jembatan lintas rantai, gateway pembayaran, penjelajah blok, pertukaran, protokol DeFi, platform NFT, game, dll.

Ekosistem zkSync masih dalam tahap awal, tetapi kami telah melihat beberapa komponen aktif, termasuk SyncSwap pertukaran terdesentralisasi dan protokol peminjaman Nexon Finance. Kampanye donasi Gitcoin juga dapat diakses melalui zkSync.

Peluncuran mainnet zkSync dianggap sebagai tonggak penting dalam perjalanan skalabilitas Ethereum, menampilkan potensi besar dari teknologi tanpa pengetahuan di ruang blockchain. Karena lebih banyak proyek dan pengguna bermigrasi ke zkSync, kami dapat mengharapkan transaksi dan aplikasi blockchain yang lebih cepat, lebih murah, dan lebih aman.

StarkNet

StarkNet adalah proyek penskalaan layer 2 untuk Ethereum yang dikembangkan oleh perusahaan startup Starkware. Teknologi intinya didasarkan pada STARK (Scalable Transparent Arguments of Knowledge), bukti tanpa pengetahuan, untuk mengaktifkan verifikasi transaksi yang lebih cepat, lebih aman, dan hemat sumber daya di blockchain sekaligus melindungi privasi pengguna.

StarkNet telah terintegrasi dengan beberapa blockchain populer. StarkGate, jembatan lintas rantai, telah diintegrasikan untuk mendukung interaksi dengan berbagai solusi rollup. Ini memungkinkan pengguna untuk mentransfer ETH dengan lancar melintasi Ethereum, Arbitrum, Optimisme, dan Polygon ke StarkNet.

Pada akhir 2022, tim mengumumkan keberhasilan penerapan ZK-EVM menggunakan bahasa pemrograman Kairo. Pencapaian ini telah menarik proyek terkenal, seperti Sorare, immutableX, dYdX, dan ApeX, untuk menyebarkan aplikasi terdesentralisasi mereka di StarkNet.

Saat ini, ekosistem StarkNet sedang dalam tahap awal pengembangan. Proyek penting dalam ekosistem termasuk pertukaran JediSwap yang terdesentralisasi, protokol peminjaman CurveZero, dan aspek pasar NFT. Saat skenario aplikasi StarkNet dan basis pengguna berkembang, kinerja kompatibilitas ZK-EVM akan semakin terlihat.

Kesimpulan

Dalam pelajaran ini, kami menggali jauh ke dalam teknologi dan tren pengembangan rollup Ethereum. Rollups mengemas beberapa transaksi dan memisahkan lapisan protokol dari lapisan perhitungan, sehingga mengurangi kemacetan di Ethereum Mainnet dan mencapai throughput transaksi yang lebih tinggi dan biaya yang lebih rendah.

Teknologi rollup dapat dibagi menjadi dua kategori: rollup optimis dan ZK-rollup. Rollup optimis mengasumsikan bahwa semua paket transaksi sudah benar, sedangkan ZK-rollup memerlukan bukti tanpa pengetahuan.

Setiap teknologi rollup memiliki kekuatannya sendiri. Saat teknologi semakin matang, kemajuan signifikan telah dicapai dalam kemampuan lintas rantai dan mengintegrasikan EVM. Proyek-proyek seperti Optimisme, Arbitrum, zkSync, dan StarkNet secara aktif mengembangkan dan mengoptimalkan infrastruktur teknis mereka untuk memenuhi permintaan pasar yang terus meningkat akan skalabilitas, keamanan, dan desentralisasi.

Dalam pelajaran berikutnya, kita akan membandingkan berbagai jaringan blockchain yang kompatibel dengan EVM dan mengeksplorasi bagaimana mereka bersaing di pasar potensial untuk skalabilitas Ethereum.

Highlight

• ZK-rollup dan optimis rollup adalah solusi teknis yang ditujukan untuk meningkatkan efisiensi dan keamanan transaksi blockchain. Dengan mengemas beberapa transaksi ke dalam "rollup" dan mengirimkannya ke Mainnet, mereka dapat menghemat sumber daya Mainnet, meningkatkan kecepatan transaksi dan hasil, serta mengurangi biaya transaksi untuk pengguna.
• Rollup yang optimis mengeksekusi transaksi off-chain dan menggunakan bukti penipuan untuk mendeteksi transaksi yang dilakukan secara tidak benar, sehingga siapa pun dapat memverifikasi hasil transaksi rollup.
• Jika transaksi yang dieksekusi secara tidak benar ditemukan selama periode tantangan, protokol rollup akan mengeksekusi ulang transaksi, dan sequencer yang bertanggung jawab akan menerima penalti.
• Dalam ZK-rollup, operator mengirimkan ringkasan data transaksi agregat ke Mainnet dan menghasilkan bukti validitas menggunakan bukti tanpa pengetahuan untuk menunjukkan kebenaran data rollup mereka.
• Node di Mainnet hanya perlu memverifikasi kebenaran bukti tanpa pengetahuan, tanpa memeriksa detail setiap transaksi individu. Oleh karena itu, tidak ada periode tantangan.
• Baik rollup optimis maupun ZK-rollup menggunakan teknik kompresi untuk mengurangi data transaksi. Misalnya, mereka menggunakan pohon Merkle untuk menjaga keamanan dan integritas transaksi off-chain atau menggunakan indeks alih-alih alamat dompet.
• Rollup yang optimis dan ZK-rollup memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri. Membangun ZK-rollup yang kompatibel dengan EVM lebih menantang, dan keamanan rollup optimis bergantung pada node yang jujur.
• Dengan pengembangan berkelanjutan dari teknologi rollup, kita dapat berharap untuk melihat aplikasi yang lebih luas di berbagai bidang seperti DeFi, NFT, dan game.