Різниця між Optimistic Rollups та Zero-Knowledge Rollups

Вступ

Попит на криптовалюти зростає. Пропускна здатність окремих блокчейнів досягає межі. Це призводить до перевантаження мережі й високих комісій за транзакції. Тому розробники створюють і тестують рішення для підвищення швидкості й кількості транзакцій. Такі рішення поділяють на дві категорії: масштабування першого рівня (Layer 1) і другого рівня (Layer 2).

Масштабування Layer 1, наприклад шардинг, передбачає зміни в основному блокчейні (його називають також базовим або блокчейном першого рівня). Рішення Layer 2 працюють над блокчейном Layer 1. До них належать state channels, sidechains і блокчейн-ролапи.

Блокчейн-ролапи — це протоколи для підвищення пропускної здатності та зниження витрат. Вони вирішують цю задачу, агрегуючи транзакції й зменшуючи об’єм даних. Це робить обробку й зберігання транзакцій ефективнішими.

Що таке блокчейн-ролапи?

Ролап — це рішення Layer 2, яке агрегує дані транзакцій і переносить їх за межі основного блокчейна. Виконання транзакцій відбувається поза ланцюгом, а активи залишаються на блокчейні в смартконтракті. Після завершення транзакції дані повертаються до основного блокчейна.

Ролапи, які підвищують пропускну здатність, можна теоретично впровадити на будь-якому блокчейні Layer 1. Завдяки ролапам блокчейн може збільшити кількість транзакцій, які обробляє й фіксує за певний період.

Нині існують два типи ролапів: optimistic rollups і zero-knowledge (zk) rollups.

Що таке optimistic rollup?

Optimistic rollups — це протоколи, які підвищують можливий обсяг транзакцій за рахунок пакетної обробки кількох транзакцій поза блокчейном. Потім дані транзакцій записують у основний блокчейн із використанням стискання, що зменшує витрати й підвищує швидкість. За даними Ethereum, optimistic rollups масштабують мережу в 10–100 разів.

Як optimistic rollups перевіряють транзакції

Транзакції вважаються дійсними за замовчуванням для підвищення ефективності. Чи знижується безпека на користь швидкості? Optimistic rollups застосовують fraud proof із періодом вирішення суперечок. У цей час будь-хто може оскаржити перевірку транзакції через fraud proof.

Якщо у пакеті виявлено помилки, протокол повторно виконує помилкові транзакції та оновлює блок. Сторони, що підтвердили помилкові транзакції, отримують штраф.

Обмеження optimistic rollups

Через відсутність первинної перевірки транзакцій, optimistic rollups мають період вирішення суперечок, який подовжує час завершення транзакцій у порівнянні з zk rollups.

Фінальність транзакцій із optimistic rollups наступає пізніше, ніж із zk rollups. Фінальність — це час, після якого користувач може бути впевненим, що транзакції не змінять і не скасують. Виведення коштів із optimistic rollups затримується, бо спершу має завершитися період вирішення суперечок. У zk rollups виведення коштів відбувається одразу після верифікації proof of validity смартконтрактом протоколу.

Деякі експерти вважають optimistic rollups менш ефективними, ніж zk rollups. Для фінальності в optimistic rollups всі дані транзакцій мають бути опубліковані в блокчейні. У zk rollups достатньо лише proof of validity.

Що таке zero-knowledge (zk) rollup?

Zero-knowledge rollups — це протоколи, які групують транзакції та виконують їх поза основним блокчейном. Після виконання оператор zk rollup надсилає підсумок змін для кожного пакету. Оператор також створює proof of validity, що підтверджує коректність змін. Такі докази значно менші за обсягом, ніж дані транзакцій, тому їх перевірка швидша й дешевша.

В Ethereum zk rollups зменшують обсяг даних транзакцій завдяки стисканню під час запису транзакцій у Ethereum як calldata. Це знижує комісії для користувачів.

Як zk rollups перевіряють транзакції

Zk rollups застосовують zero-knowledge proofs для перевірки транзакцій. Такий proof формує prover, який доводить verifier, що володіє знанням, підтверджуючи транзакцію.

Алгоритм дії:

1. Prover надає математичний proof, який може створити лише він.

2. Verifier використовує proof для перевірки дійсності транзакції.

3. Proof of validity отримують без розкриття змісту verifier.

Переваги zk rollups

За правильної реалізації zk rollups забезпечують високий рівень безпеки. Головний чинник — використання zero-knowledge proofs. Завдяки їм мережа залишається валідною, а оператори не можуть заволодіти коштами користувачів чи порушити роботу системи.

Ще одна перевага — користувачам не потрібно самостійно стежити за мережею. Zk rollups зберігають усі дані у блокчейні та вимагають proof of validity. Оператор не може здійснити шахрайство, користувачу не треба турбуватися про зловживання. Крім того, zk rollups дозволяють виводити кошти у Layer 1 без контакту з оператором і підтверджувати право на токени через доступність даних.

Zk rollups, як і optimistic rollups, здійснюють виконання транзакцій поза основним блокчейном і підвищують швидкість завершення операцій.

Відмінності між zk rollups і optimistic rollups

Optimistic rollups і zero-knowledge rollups — два підходи до масштабування Layer 2 з різними компромісами:

Перевірка транзакцій: optimistic rollups визнають транзакції дійсними за замовчуванням і використовують fraud proofs для перевірки. Zk rollups перевіряють усі транзакції наперед із застосуванням zero-knowledge proofs.

Вирішення суперечок: для optimistic rollups потрібен період вирішення суперечок (як правило, 7 днів) до фінальності. Zk rollups досягають фінальності одразу після перевірки proof.

Вимоги до даних: optimistic rollups публікують усі дані транзакцій у блокчейні. Zk rollups публікують лише proof of validity, що зменшує витрати на дані.

Швидкість виведення коштів: виведення коштів із optimistic rollups відбувається після завершення періоду вирішення суперечок. У zk rollups виведення коштів здійснюється одразу.

Обчислювальна складність: створення zero-knowledge proofs складне й ресурсоємне, тому zk rollups складніше впроваджувати. Optimistic rollups простіші, але мають довший період до фінальності.

Модель безпеки: обидва підходи забезпечують криптографічну безпеку, але різними механізмами — fraud proofs або математичними proof.

Майбутнє zero-knowledge і optimistic rollups

Перспективи zero-knowledge і optimistic rollups залишаються високими. Із поширенням криптовалют і блокчейн-технологій ці рішення відіграватимуть усе більшу роль у підвищенні ефективності блокчейнів. Очікується, що блокчейни й надалі тестуватимуть різні підходи до масштабування: шардинг, ролапи, Layer 0. Можлива поява нових рішень, які існуватимуть паралельно з ролапами або замінять їх.

Висновок

Попит на криптовалюти зростає, і сучасні блокчейни стикаються з обмеженнями. Розробники впроваджують різні рішення масштабування. У цьому матеріалі показано відмінності між optimistic rollups і zk rollups. Подальше тестування й удосконалення цих технологій допоможе знайти ще ефективніші варіанти масштабування для масового впровадження криптовалют.

FAQ

У чому принципова різниця між Optimistic Rollups і Zero-Knowledge Rollups?

Optimistic Rollups вважають транзакції дійсними, поки не доведено протилежне. Zero-Knowledge Rollups визнають транзакції недійсними, допоки їх не підтвердять криптографічними доказами. Optimistic Rollups забезпечують швидшу обробку, а ZK-Rollups — вищу приватність і безпеку.

Які швидші й дешевші: Optimistic Rollups чи Zero-Knowledge Rollups?

Optimistic Rollups працюють швидше й дешевше, мають нижчі комісії, але довший шлях до фінальності. Zero-Knowledge Rollups досягають фінальності швидше, але потребують більше обчислювальних ресурсів, тому на старті повільніші й дорожчі.

Яка безпека Zero-Knowledge Rollups порівняно з Optimistic Rollups?

Zero-Knowledge Rollups забезпечують підвищену безпеку через криптографічні докази, що математично підтверджують транзакції. Optimistic Rollups покладаються на період виклику й fraud proofs, тому ZK Rollups вважають більш захищеними.

Що таке період виклику в Optimistic Rollups?

Період виклику — це 7 днів, коли валідатори можуть оскаржити транзакції в Optimistic Rollups. Система спершу визнає транзакції дійсними, але цей період дає змогу відстежити й запобігти шахрайству.

Які проєкти чи застосунки працюють на Optimistic Rollups, а які — на ZK Rollups?

Optimism і Arbitrum використовують Optimistic Rollups для масштабування універсальних рішень. zkSync, StarkNet і Polygon zkEVM застосовують ZK Rollups. Обидва підходи дозволяють підвищити швидкість і зменшити витрати в DeFi, геймінгу та інших сферах.

Як працюють zero-knowledge proofs у Zero-Knowledge Rollups?

Zero-knowledge proofs дають змогу prover довести дійсність транзакції без розкриття деталей. Транзакції агрегують поза блокчейном, стискають у криптографічний proof, і лише proof публікують у блокчейні для перевірки. Це забезпечує приватність, безпеку й масштабованість.

Для чого Optimistic Rollups потрібен механізм fraud proof?

Optimistic Rollups визнають транзакції дійсними за замовчуванням і перевіряють їх лише у разі оскарження. Fraud proofs дозволяють будь-кому довести недійсність транзакції, стимулюючи валідаторів діяти чесно й захищаючи мережу від зловмисників економічними стимулами.

Які основні плюси й мінуси Zero-Knowledge Rollups?

Плюси: висока швидкість транзакцій, низькі комісії, швидке виведення коштів у Layer 1. Мінуси: складна технічна реалізація, підвищені вимоги до обчислювальних ресурсів, менша пропускна здатність.

Які переваги Layer 2 Rollups порівняно з іншими рішеннями масштабування, наприклад sidechains?

Layer 2 Rollups забезпечують нижчі комісії й швидшу фінальність завдяки використанню безпеки Layer 1, на відміну від sidechains із власною безпекою. Вони підвищують масштабованість і дають сильні гарантії остаточного розрахунку у головному ланцюгу.

Які перспективи розвитку Optimistic Rollups і ZK Rollups?

Optimistic Rollups і ZK Rollups розвиватимуться паралельно й доповнюватимуть один одного. Optimistic Rollups орієнтовані на швидкість і простоту, ZK Rollups — на безпеку та приватність. Обидві технології вдосконалюватимуться відповідно до завдань масштабування блокчейнів.