Различия между Optimistic Rollups и Zero-Knowledge Rollups

Введение

С ростом интереса к криптовалютам некоторые блокчейны начинают сталкиваться с ограничением пропускной способности. Это приводит к перегрузке сети и увеличению комиссий за транзакции. В связи с этим разрабатываются и тестируются решения для повышения скорости и объёма обработки транзакций. Такие решения подразделяются на две категории: масштабирование первого уровня (Layer 1) и второго уровня (Layer 2).

К решениям Layer 1 относятся, например, шардинг — он предполагает внесение изменений непосредственно в основной блокчейн (базовый, или Layer 1 блокчейн). Решения Layer 2 функционируют поверх блокчейна первого уровня. К ним относятся state channels, сайдчейны и rollups.

Rollups — это протоколы, цель которых — повысить пропускную способность и снизить издержки. Они решают проблему за счёт агрегирования транзакций и уменьшения объёма данных, что позволяет эффективнее обрабатывать и хранить транзакции.

Что такое rollups в блокчейне?

Rollup — это решение второго уровня, агрегирующее данные транзакций и выносящее их за пределы основного блокчейна. Транзакции исполняются вне сети, а активы хранятся в смарт-контракте на блокчейне. После завершения операции данные возвращаются в главный блокчейн.

Rollups, повышающие эффективность по пропускной способности, теоретически могут применяться на любом блокчейне первого уровня. Благодаря rollups блокчейн способен обрабатывать и записывать больше транзакций за определённое время.

Сейчас существуют два типа rollups: optimistic rollups и zero-knowledge (zk) rollups.

Что такое optimistic rollup?

Optimistic rollups — это протоколы, увеличивающие объём возможных транзакций за счёт объединения нескольких операций для off-chain-обработки. Затем данные транзакций записываются в основной блокчейн с помощью технологий сжатия, что позволяет снизить расходы и повысить скорость. По данным исследований Ethereum, optimistic rollups способны увеличить масштабируемость в 10–100 раз.

Как optimistic rollups проверяют транзакции

Транзакции по умолчанию считаются валидными, чтобы повысить эффективность обработки. Возникает вопрос: не снижает ли это безопасность ради скорости? На самом деле optimistic rollups используют систему fraud-proof с определённым периодом разрешения споров. В течение этого времени любой наблюдатель может оспорить транзакцию с помощью fraud proof.

Если в пакете обнаружена ошибка, протокол rollup исправляет её, повторно исполняя ошибочные транзакции и обновляя блок. Участники, одобрившие некорректные операции, подвергаются штрафу.

Ограничения optimistic rollups

Поскольку транзакции не проходят предварительную проверку, у optimistic rollups есть период разрешения споров (в отличие от zk rollups), что увеличивает время завершения транзакций.

В блокчейнах с optimistic rollups окончательность транзакций достигается дольше, чем в сетях с zk rollups. Окончательность транзакции означает, сколько времени пользователь должен ждать, чтобы убедиться, что транзакция не будет отменена или изменена. Вывод средств в optimistic rollups задерживается — средства становятся доступны только после истечения периода спора. В zk rollups вывод средств происходит сразу после проверки доказательства валидности смарт-контрактом протокола.

Многие считают optimistic rollups менее эффективными, чем zk rollups. Для окончательности в optimistic rollups необходимо публиковать все данные транзакций в блокчейне, тогда как zk rollups требуют только размещения доказательств валидности.

Что такое zero-knowledge (zk) rollup?

Zero-knowledge rollups — это протоколы, которые объединяют транзакции в пакеты и исполняют их вне главного блокчейна. После исполнения каждого пакета оператор zk rollup отправляет сводку изменений. Кроме того, оператор должен предоставить доказательство валидности, подтверждающее корректность изменений. Такие доказательства значительно меньше по размеру, чем данные транзакций, поэтому их проверка быстрее и дешевле.

В Ethereum zk rollups уменьшают объём данных, используя сжатие при записи транзакций в Ethereum как calldata, что снижает комиссии для пользователей.

Как zk rollups проверяют транзакции

Zk rollups применяют zero-knowledge proofs для проверки транзакций. Prover (доказывающий) должен убедить verifier (проверяющего) в наличии у него определённых знаний, тем самым подтверждая транзакцию.

Процесс выглядит так:

1. Prover предоставляет уникальное математическое доказательство, которое может создать только он.

2. Verifier с помощью этого доказательства убеждается в валидности транзакции.

3. Проверяющий получает доказательство валидности, не узнавая содержимого самой информации.

Преимущества zk rollups

При корректной реализации zk rollups обеспечивают высокий уровень безопасности. Ключевую роль играет использование zero-knowledge validity proofs: сеть может работать только в валидном состоянии, а операторы не способны похищать средства или наносить ущерб системе.

Преимущество zk rollups также в том, что пользователям не нужно самостоятельно мониторить сеть. Все данные хранятся на блокчейне, требуются доказательства валидности, оператор не может совершить мошенничество, а пользователи защищены от недобросовестных действий. Кроме того, zk rollups позволяют выводить средства в основной блокчейн без общения с оператором и подтверждать право собственности на токены благодаря доступности данных.

Как и optimistic rollups, zk rollups исполняют транзакции вне основного блокчейна и повышают скорость их завершения.

Чем отличаются zk rollups и optimistic rollups

Optimistic rollups и zero-knowledge rollups — это разные подходы к масштабированию Layer 2, каждый со своими особенностями:

Проверка транзакций: Optimistic rollups предполагают валидность транзакций и полагаются на fraud proofs для проверки, а zk rollups сразу используют криптографические zero-knowledge proofs.

Разрешение споров: Optimistic rollups требуют периода разрешения споров (обычно 7 дней) до окончательности, в то время как в zk rollups окончательность наступает сразу после верификации доказательства.

Требования к данным: Optimistic rollups размещают все данные транзакций на блокчейне, zk rollups публикуют только компактные доказательства валидности, что снижает издержки.

Скорость вывода средств: В optimistic rollups вывод средств задерживается до истечения периода спора, в zk rollups — средства доступны сразу.

Вычислительная сложность: Генерация zero-knowledge proofs требует значительных ресурсов, поэтому zk rollups сложнее реализовать. У optimistic rollups логика проще, но окончательность достигается дольше.

Модель безопасности: Оба подхода криптографически защищены, однако используют разные механизмы — fraud proofs или математические доказательства.

Будущее zero-knowledge и optimistic rollups

Перспективы zero-knowledge и optimistic rollups остаются позитивными. По мере роста криптовалют и блокчейн-технологий эти решения будут играть всё более важную роль в повышении эффективности. Ожидается, что блокчейны продолжат тестировать разные подходы к масштабированию — от шардинга и rollups до Layer 0. Вероятно, появятся новые решения — как в дополнение к rollups, так и в качестве альтернатив.

Заключение

По мере того как растущий спрос на криптовалюты приближает блокчейны к пределу возможностей, разработчики предлагают всё больше вариантов масштабирования. В статье рассмотрены различия между optimistic rollups и zk rollups. Дальнейшие тесты и развитие технологий rollup могут привести к появлению ещё более эффективных вариантов, необходимых для массового внедрения криптовалют.

FAQ

В чём главное отличие Optimistic Rollups от Zero-Knowledge Rollups?

Optimistic Rollups считают транзакции валидными, пока не доказано обратное, а Zero-Knowledge Rollups признают транзакции валидными только после криптографического подтверждения. Optimistic Rollups обеспечивают более быстрое выполнение, ZK-Rollups — повышают приватность и безопасность.

Какие rollups быстрее и дешевле: Optimistic Rollups или Zero-Knowledge Rollups?

Optimistic Rollups обеспечивают более высокую скорость и низкие комиссии, но требуют большего времени до окончательности. Zero-Knowledge Rollups обеспечивают быструю окончательность, но из-за технической сложности дороже и медленнее при инициализации.

Насколько безопаснее Zero-Knowledge Rollups по сравнению с Optimistic Rollups?

Zero-Knowledge Rollups обеспечивают высокую безопасность благодаря криптографическим доказательствам, подтверждающим транзакции математически. Optimistic Rollups используют период спора и fraud proofs, поэтому ZK Rollups считаются более надёжными.

Что такое период спора в Optimistic Rollups?

Период спора — это семидневный промежуток, в течение которого валидаторы могут оспаривать транзакции в Optimistic Rollups. Система по умолчанию признаёт транзакции валидными, но этот период даёт возможность предотвратить мошенничество.

Какие проекты или приложения используют Optimistic Rollups, а какие — ZK Rollups?

Optimistic Rollups применяются в Optimism и Arbitrum для масштабирования общего назначения. ZK Rollups используются в zkSync, StarkNet и Polygon zkEVM. Оба типа rollups повышают скорость транзакций и снижают комиссии для DeFi, игр и других приложений.

Как работают zero-knowledge proofs в Zero-Knowledge Rollups?

Zero-knowledge proofs позволяют prover'у доказать валидность транзакции без раскрытия деталей. Транзакции агрегируются вне блокчейна, сжимаются в криптографическое доказательство, и на блокчейн отправляется только proof для проверки — это обеспечивает приватность при сохранении безопасности и масштабируемости.

Зачем Optimistic Rollups необходим fraud proof?

В Optimistic Rollups транзакции по умолчанию считаются валидными, и проверяются только при оспаривании. Fraud proofs позволяют участникам доказывать невалидность транзакций, стимулируют честное поведение валидаторов и защищают сеть от злоумышленников за счёт экономических стимулов.

Каковы основные плюсы и минусы Zero-Knowledge Rollups?

Преимущества: высокая скорость, низкие издержки, быстрый вывод средств на Layer 1. Недостатки: большая техническая сложность, высокие вычислительные требования, ограниченная пропускная способность.

В чём преимущества Layer 2 Rollups по сравнению с другими решениями масштабирования, такими как сайдчейны?

Layer 2 Rollups обеспечивают низкие комиссии и быструю окончательность благодаря безопасности Layer 1, тогда как сайдчейны используют отдельные механизмы безопасности. Rollups позволяют повысить масштабируемость с надёжной гарантией расчётов на основной сети.

Какие перспективы развития у Optimistic Rollups и ZK Rollups?

Optimistic Rollups и ZK Rollups будут сосуществовать и дополнять друг друга. Первые будут использоваться для ускорения транзакций и простого внедрения, вторые — для повышения безопасности и приватности. Обе технологии будут совершенствоваться для решения разных задач масштабирования блокчейнов.