Что такое ZK Rollups?

Ethereum (ETH) с 2015 года остаётся ключевой платформой для разработчиков, реализующих смарт-контракты и децентрализованные приложения (dApps). Сегодня всё больше пользователей переходят с основной сети Ethereum на протоколы второго уровня (L2), которые строятся поверх Ethereum. L2-протоколы используют новые блокчейн-технологии для взаимодействия с базовым протоколом Ethereum без высоких комиссий за газ. ZK rollups — одна из таких технологий, ускоряющая внедрение L2-сетей.

ZK rollups — не единственное средство масштабирования сети Ethereum, но они становятся всё более востребованными среди ведущих крипторазработчиков. Даже сооснователь Ethereum Виталик Бутерин отмечает ZK rollups как одну из топовых L2-технологий для Web3. В статье рассматривается, что такое ZK rollups, как они работают и как могут повлиять на развитие криптоиндустрии.

Что такое крипто rollup?

Rollup — это совокупность криптовалютных транзакций, объединённых для обработки. Термин подразумевает пакетирование множества переводов в один цифровой контейнер. Такие транзакции не проходят напрямую на блокчейне первого уровня (L1), например Ethereum. Rollups используют внешнее ПО для самостоятельной проверки и организации данных о переводах вне основной сети.

Сети L2 на базе rollup-технологии периодически отправляют пакеты транзакций на блокчейн L1 для окончательного подтверждения. Для обеспечения децентрализованной и достоверной передачи данных rollup, L2 используют смарт-контракты для взаимодействия с L1. Это формирует надёжный мост между внешней средой обработки и основной сетью блокчейна.

Преимущества rollup-механизма значительны. Поскольку rollups работают вне основной сети, они снижают вычислительную нагрузку и уменьшают перегрузку блокчейна. Протоколы rollup сжимают большие объёмы данных в компактные блоки, эффективно используя пространство в каждом блоке L1. Эти свойства повышают эффективность криптосетей: ускоряют подтверждение, увеличивают пропускную способность и сокращают комиссии. Перенос пользовательской активности на L2 снижает риск сильных перегрузок L1 и способствует устойчивому масштабированию.

Что такое ZK rollup?

ZK rollups получили название от метода "zero-knowledge proofs" — уникального подхода к проверке, который используется перед отправкой пакетов транзакций на основной блокчейн. Узлы в сети ZK rollup выполняют сложные вычисления вне основной сети, прежде чем передать историю платежей на блокчейн. Каждый раз при отправке rollup на основную сеть ZK-процессор прикрепляет validity proof — сертификат, подтверждающий правильную организацию и верификацию истории транзакций.

В такой системе валидаторы L1 (например, Ethereum) не владеют деталями поступающих пакетов транзакций, однако validity proofs доказывают, что ZK-процессоры провели масштабные вычисления для подтверждения корректности всех транзакций. Аналогия — уникальная королевская печать на письме: её наличие подтверждает достоверность содержимого. Так же L1-блокчейны проверяют validity proof перед внесением платёжных данных в распределённый реестр.

Как работает ZK rollup?

ZK rollups по принципу схожи с механизмом консенсуса proof-of-work (PoW), применяемым в сети Bitcoin (BTC). В PoW-архитектуре майнеры используют мощные компьютеры для решения сложных задач, защищая историю транзакций BTC от мошенничества. Аналогично, узлы ZK rollup осуществляют вычисления для публикации validity proof на свой пакет транзакций.

Главное отличие — ZK rollups работают вне основной блокчейн-сети и сжимают все данные о транзакциях до отправки их на главную сеть через смарт-контракты. В обоих случаях (ZK rollup и PoW) для проверки требуется значительная вычислительная работа, что обеспечивает безопасность и предотвращает мошенничество.

Сравнение ZK rollups и Optimistic rollups

Optimistic rollups — популярный L2-протокол, который обрабатывает криптотранзакции вне основной сети и передаёт их на L1. Главное отличие ZK rollups — в способе проверки. В отличие от ZK rollups, optimistic rollups не отправляют validity proofs вместе с данными о переводах, а предполагают, что все транзакции корректны по умолчанию (отсюда название "optimistic").

Возникает вопрос: если optimistic rollups не проверяют транзакции заранее, как валидаторы L1 определяют их надёжность? Несмотря на различия в процедурах, все optimistic rollups используют fraud proofs вместо validity proofs. Даже при презумпции честности отправителя, система поддерживает безопасность за счёт активного мониторинга. Узел, обнаруживший подозрительную транзакцию, инициирует внутреннюю проверку. История транзакций не попадает на основной блокчейн, пока не будет подтверждена отсутствие мошенничества.

В протоколах optimistic rollup предусмотрены стимулы и санкции: узлы должны размещать залоговую криптовалюту (bond) для отправки новых транзакций или запроса fraud proofs. Если транзакция признается некорректной, залог нарушителя переходит к тому, кто выявил проблему, что экономически препятствует мошенничеству.

Скорость работы optimistic rollups ниже, чем у ZK rollups, поскольку пакет транзакций размещается только после завершения fraud-proofing. Иногда пользователи ждут длительное время, пока транзакция будет подтверждена на блокчейне, даже если нет проблем с её историей. В то же время optimistic rollups более гибки для криптоиндустрии, поскольку требуют меньше вычислительных ресурсов. Так как они всегда предполагают корректность транзакций, разработчикам не нужно генерировать validity proofs для каждой операции, что облегчает внедрение.

Плюсы и минусы ZK rollups

ZK rollups — инновационная технология для блокчейнов, обладающая как преимуществами, так и недостатками. Трейдерам и разработчикам важно учитывать плюсы и минусы ZK rollups в сравнении с другими L2-решениями при стратегическом выборе.

Преимущества ZK rollups:

Высокая безопасность: ZK rollups не используют игровые теории, как optimistic rollups, для проверки транзакций. Благодаря validity proofs каждый участник сети отправляет предварительно проверенные данные на L1. Криптографическая верификация обеспечивает максимальный уровень безопасности по сравнению с системами fraud proofs, что делает ZK rollup одной из самых защищённых технологий масштабирования.

Низкие комиссии: ZK rollups позволяют размещать тысячи транзакций в небольшом объёме на блокчейне L1. Эффективное использование пространства на таких блокчейнах, как Ethereum, удешевляет обработку по сравнению с транзакциями напрямую на основной сети. Благодаря сжатию данных решения ZK rollup выгодны для пользователей, заинтересованных в экономии.

Быстрая обработка транзакций: ZK rollups увеличивают скорость обработки транзакций на блокчейнах, таких как Ethereum, и снимают нагрузку с основной сети. Это снижает риск перегрузок и повышает производительность для всех участников. Повышенная пропускная способность — ключевое преимущество ZK rollup.

Недостатки ZK rollups:

Менее выгодны, чем некоторые L2: ZK rollups дешевле основной сети L1, но требуют больше вычислительных ресурсов, чем optimistic rollups. Соответственно, комиссии в сетях ZK rollup немного выше, что может повлиять на популярность в среде пользователей, чувствительных к стоимости.

Сложная интеграция с продвинутыми dApps: Из-за высокой технической сложности ZK rollups менее гибки, чем optimistic rollups. Разработчикам проще переносить dApps на optimistic rollup, чем адаптировать под ZK rollup, что замедляет внедрение среди разработчиков.

Высокие требования к оборудованию: Для работы обработчиком ZK rollup необходимы мощные ресурсы, поэтому в таких сетях меньше участников, чем в optimistic rollups. Это может вызывать опасения по поводу централизации, так как сеть зависит от ограниченного числа крупных участников.

Примеры проектов ZK rollup

Технология ZK rollup активно развивается, и на рынке уже есть лидирующие проекты. При изучении вариантов использования ZK rollups трейдеры и разработчики обращают внимание на токены и платформы, связанные с L2, такие как:

Polygon: Ранее известная как Matic Network, Polygon — это L2-решение на Ethereum, предоставляющее широкий набор инструментов для разработчиков. Помимо популярного сайдчейна proof-of-stake, Polygon реализует zkEVM — решение, обеспечивающее безопасность и скорость ZK rollup в экосистеме Ethereum, что удобно для разработчиков, знакомых с виртуальной машиной Ethereum.

StarkWare: StarkWare Industries — софтверная компания, представляющая два решения ZK rollup для Ethereum: StarkEx и StarkNet. StarkEx — разрешённое SaaS-приложение для dApp, использующее ZK rollup для отдельных задач, а StarkNet — открытая платформа для интеграции ZK rollups, предоставляющая разработчикам гибкость для разных сценариев.

Immutable X: Immutable X — L2-решение на Ethereum, применяющее ZK rollups для блокчейн-игр и торговли NFT. Такие игры, как "Gods Unchained" и "Illuvium", используют Immutable X для безопасности децентрализированной сети Ethereum, ускоряя работу и снижая комиссии, что демонстрирует практическое применение ZK rollup в продуктах для массового рынка.

Заключение

ZK rollups — важная технология масштабирования блокчейнов, эффективно решающая проблему масштабируемости Ethereum. Обработка транзакций вне основной сети и криптографические validity proofs обеспечивают максимальную безопасность, низкие комиссии и высокую пропускную способность по сравнению с транзакциями на основной сети. Несмотря на более высокие вычислительные требования и сложную интеграцию по сравнению с optimistic rollups, преимущества безопасности и эффективности делают ZK rollups всё более востребованными среди разработчиков и пользователей.

На примере Polygon, StarkWare и Immutable X видно, что технология ZK rollup переходит из теории в практику в различных сферах — от DeFi до игр и NFT. С развитием и поддержкой лидеров отрасли, таких как Виталик Бутерин, ZK rollups занимают центральное место в будущем Web3 и масштабировании блокчейнов. По мере совершенствования технологии и повышения её доступности можно ожидать рост внедрения и инноваций, что приведёт к более эффективной и удобной экосистеме блокчейнов. Непрерывное развитие решений ZK rollup подтверждает их потенциал стать базовой технологией для нового поколения блокчейн-приложений.

FAQ

Что такое zk rollup?

zk rollup — это решение второго уровня, которое переносит транзакции вне основной сети и использует zero-knowledge proofs для обеспечения безопасности и снижения затрат. Оно наследует безопасность основного блокчейна и обеспечивает более быстрые и дешёвые транзакции.

Что такое zk rollup L2?

zk rollup L2 — это технология масштабирования, группирующая транзакции вне основной сети и верифицирующая их с помощью zero-knowledge proofs, размещая на основной сети только криптографические доказательства. Такой подход увеличивает масштабируемость, снижает перегрузку и поддерживает безопасность сети.

Какие преимущества у ZK rollup?

ZK rollups обеспечивают высокую масштабируемость, позволяя обрабатывать тысячи транзакций в секунду вне основной сети с сохранением безопасности блокчейна. Они снижают стоимость транзакций благодаря пакетной обработке и обеспечивают приватность через zero-knowledge proofs.

Что означает zk?

zk — это Zero-Knowledge, криптографическая технология, позволяющая одной стороне доказать другой наличие информации без раскрытия самой информации. В zk rollups эта технология позволяет подтверждать и проводить транзакции на блокчейне с помощью математических доказательств, сохраняя приватность и эффективность.