Plokiahela skaleeritavus: põhjalik ülevaade rollup-tehnoloogiatest

Plokiahela tehnoloogia, kuigi revolutsiooniline, seisab silmitsi olulise takistusega: skaleeritavus. Plokiahela võrkude populaarsuse kasvades on neil sageli raskusi kasvava tehingute arvu haldamisega, mis toob kaasa aeglasemad töötlemisajad ja kõrgemad tehingutasud. See piirang takistab plokiahela laialdast kasutuselevõttu peavoolu rakendustes. Siin tulevad mängu rollup'id: paljulubav kiht-2 skaleerimislahendus, mis on loodud nende väljakutsete lahendamiseks. See põhjalik juhend süveneb rollup'ide maailma, uurides nende aluseks olevaid mehhanisme, erinevaid tüüpe, eeliseid ja puudusi ning pakkudes globaalset perspektiivi nende mõjust plokiahela maastikule.

Plokiahela skaleeritavuse probleem

Plokiahela skaleeritavuse põhiprobleem tuleneb enamiku populaarsete plokiahelate, eriti nende, mis kasutavad konsensusmehhanismi nagu Proof-of-Work (PoW), olemuslikust disainist. Iga tehing peab olema valideeritud ja salvestatud iga võrgu sõlme poolt, mis tekitab tehingute mahu kasvades kitsaskoha. Vaatleme mõnda reaalset näidet:

Bitcoin: Tuntud oma turvalisuse ja detsentraliseerimise poolest, suudab Bitcoin töödelda vaid umbes 7 tehingut sekundis (TPS). See piirang ilmneb eriti suure nõudlusega perioodidel, mille tulemuseks on suurenenud tehingutasud ja pikemad kinnitusajad. Lihtne ost, isegi väikese eseme puhul, võib võtta kinnitamiseks märkimisväärselt aega, mõjutades kasutajakogemust.
Ethereum: Kuigi Ethereumil on kõrgem TPS kui Bitcoinil, seisab ka see silmitsi skaleeritavusprobleemidega. Detsentraliseeritud rakenduste (dApps) ja DeFi projektide populaarsus Ethereumis on viinud võrgu ülekoormuse ja üüratute gaasitasudeni, muutes nende rakendustega suhtlemise kulukaks. Tippaegadel on kasutajad maksnud sadu dollareid tehingutasudeks lihtsalt selleks, et käivitada lihtne nutilepingu funktsioon.

See võimetus tõhusalt skaleeruda loob uutele kasutajatele sisenemisbarjääri ja piirab plokiahela tehnoloogia potentsiaali. Skaleerimislahendused on hädavajalikud, et võimaldada plokiahelal toetada laiemat valikut rakendusi, alates mikromaksetest ja tarneahela haldusest kuni hääletussüsteemide ja globaalsete finantstehinguteni.

Kiht-2 skaleerimislahenduste mõistmine

Kiht-2 lahendused on protokollid, mis on ehitatud olemasoleva plokiahela (kiht-1) peale, et töödelda tehinguid ahelaväliselt, vähendades seeläbi koormust põhiahelale. Need lahendused töötlevad tehinguid eraldi ning seejärel pakendavad ja esitavad tulemused perioodiliselt põhiahelale kontrollimiseks. See lähenemine suurendab oluliselt tehingute läbilaskevõimet ja vähendab kulusid.

On olemas mitmeid kiht-2 skaleerimislahendusi, sealhulgas:

Oleku kanalid (State Channels): Võimaldavad osalejatel teha mitu tehingut ahelaväliselt ja arveldada ainult lõpliku oleku põhiahelas. Näideteks on Lightning Network (Bitcoin) ja Raiden Network (Ethereum).
Kõrvalahelad (Sidechains): Iseseisvad plokiahelad, mis töötavad paralleelselt põhiahelaga ja millel on oma konsensusmehhanismid. Varasid saab üle kanda põhiahela ja kõrvalahela vahel.
Plasma: Raamistik skaleeritavate dAppide ehitamiseks, luues tütarahelaid, mis pärivad põhiahela turvalisuse.
Rollup'id: Kiht-2 skaleerimislahendus, mis pakendab mitu tehingut üheks tehinguks põhiahelas. See vähendab põhiahelas vajalike andmete ja arvutuste mahtu, mis toob kaasa suurema skaleeritavuse.

Nende hulgas on rollup'id kujunenud eriti paljulubavaks lahenduseks tänu nende võimele pärida põhiahela turvalisus, pakkudes samal ajal olulisi skaleeritavuse parandusi. Süveneme nüüd rollup'ide mehaanikasse.

Rollup'id: põhitõed

Rollup'id on teatud tüüpi kiht-2 skaleerimislahendus, mis teostab tehinguid ahelaväliselt, kuid postitab tehinguandmed põhiahelasse. Pakkides või „rullides kokku“ mitu tehingut üheks tehinguks, vähendavad rollup'id oluliselt andmete mahtu, mida on vaja põhiahelas töödelda ja salvestada. See lähenemine toob kaasa:

Suurenenud läbilaskevõime: Rollup'id suudavad töödelda tuhandeid tehinguid sekundis, ületades oluliselt aluseks oleva kiht-1 plokiahela võimekust.
Vähendatud tehingutasud: Jagades ühe ahelasisese tehingu kulu paljude kasutajate vahel, vähendavad rollup'id drastiliselt tehingutasusid.
Täiustatud turvalisus: Rollup'id kasutavad põhiahela turvalisust, postitades tehinguandmed ahelasse. See tagab, et tehingud on kontrollitavad ja võltsimiskindlad.

On olemas kaks peamist tüüpi rollup'e: Optimistic Rollups ja ZK-Rollups, millest mõlemal on oma unikaalne lähenemine ahelaväliste tehingute kehtivuse tagamiseks.

Optimistic Rollups

Optimistic Rollups toimivad põhimõttel, et tehingud on vaikimisi kehtivad. Selle asemel, et iga tehingut eraldi kontrollida, eeldavad nad, et tehingud on legitiimsed, kui ei tõestata vastupidist. See „optimistlik“ lähenemine võimaldab kiiremat ja odavamat tehingute töötlemist.

Kuidas Optimistic Rollups toimivad

Tehingu teostamine: Tehingud teostatakse ahelaväliselt rollup'i operaatori poolt.
Oleku postitamine: Rollup'i operaator postitab uue oleku juur (krüptograafiline kokkuvõte rollup'i olekust) põhiahelasse.
Pettusetõendid: Algatatakse väljakutseperiood, mille jooksul igaüks saab vaidlustada postitatud oleku kehtivuse, esitades pettusetõendi (fraud proof).
Vaidluste lahendamine: Kui pettusetõend esitatakse ja see osutub kehtivaks, pööratakse vale olek tagasi ja rakendatakse õige olek. Pettusetõendi esitajat tavaliselt premeeritakse ja pahatahtlikku operaatorit karistatakse.

Optimistic Rollups eelised

Kõrge läbilaskevõime: Optimistic Rollups suudab saavutada oluliselt suurema läbilaskevõime võrreldes põhiahelaga.
Madalad tehingutasud: Ahelasisese kontrollimise kulu on minimeeritud, mis toob kaasa madalamad tehingutasud.
EVM-ühilduvus: Optimistic Rollups on üldiselt ühilduvad Ethereum Virtual Machine'iga (EVM), mis võimaldab arendajatel hõlpsasti oma olemasolevaid dAppe migreerida.

Optimistic Rollups puudused

Väljavõtmise viivitus: Väljakutseperiood toob kaasa viivituse (tavaliselt 7–14 päeva) vahendite väljavõtmisel rollup'ist põhiahelasse. See viivitus on vajalik, et anda aega pettusetõendite esitamiseks.
Turvalisuse eeldused: Optimistic Rollups tuginevad eeldusele, et on olemas vähemalt üks aus osaleja, kes on valmis rollup'i jälgima ja vajadusel pettusetõendeid esitama.

Optimistic Rollups näited

Arbitrum: Optimistlik rollup-lahendus, mille eesmärk on pakkuda skaleeritavat ja EVM-ühilduvat platvormi dAppidele.
Optimism: Teine optimistlik rollup-lahendus, mis on keskendunud Ethereumi skaleerimisele ja sujuva kasutajakogemuse pakkumisele.

ZK-Rollups

ZK-Rollups (Zero-Knowledge Rollups ehk null-teadmiste rollup'id) kasutavad null-teadmiste tõestusi (täpsemalt, lühikesi mitteinteraktiivseid teadmiste argumente ehk zk-SNARK'e), et tõestada ahelaväliste tehingute kehtivust. Väljakutseperioodile tuginemise asemel genereerivad ZK-Rollups krüptograafilise tõendi, mis kontrollib tehingu teostamise õigsust. See tõend esitatakse seejärel põhiahelale, mis võimaldab kiiremat lõplikkust ja paremat turvalisust.

Kuidas ZK-Rollups toimivad

Tehingu teostamine: Tehingud teostatakse ahelaväliselt rollup'i operaatori poolt.
Kehtivustõendi genereerimine: Rollup'i operaator genereerib null-teadmiste tõendi (zk-SNARK), mis demonstreerib tehingute kehtivust.
Tõendi esitamine: Kehtivustõend esitatakse põhiahelale.
Ahelasisene kontrollimine: Põhiahel kontrollib kehtivustõendit. Kui tõend on kehtiv, uuendatakse olekut.

ZK-Rollups eelised

Kiire lõplikkus: ZK-Rollups pakuvad kiiremat lõplikkust võrreldes Optimistic Rollups'iga, kuna tehingud valideeritakse kohe pärast kehtivustõendi esitamist. Väljakutseperioodi pole vaja.
Täiustatud turvalisus: Null-teadmiste tõestuste kasutamine pakub tugevaid krüptograafilisi tagatisi tehingute kehtivuse kohta.
Andmete kättesaadavuse valikulisus: On olemas uuemad uuendused nagu Validium, mis sarnanevad ZK-Rollups'ile, kuid andmeid ei postitata ahelasse.

ZK-Rollups puudused

Arvutuslik keerukus: Null-teadmiste tõestuste genereerimine on arvutuslikult intensiivne, nõudes spetsialiseeritud riistvara ja teadmisi.
EVM-ühilduvus: EVM-ühilduvuse rakendamine ZK-Rollups'ides on keeruline, kuigi selles vallas tehakse olulisi edusamme. Varased ZK-Rollups toetasid sageli ainult teatud tüüpi tehinguid või rakendusi.
Arenduse keerukus: ZK-Rollups'ide arendamine ja kasutuselevõtt nõuab sügavaid teadmisi krüptograafiast ja arenenud insenerioskusi.

ZK-Rollups näited

zkSync: ZK-Rollup lahendus, mille eesmärk on pakkuda skaleeritavaid ja turvalisi makseid ning nutilepingute funktsionaalsust Ethereumis.
StarkWare: Ettevõte, mis arendab ZK-Rollup lahendusi, kasutades STARK'e (Scalable Transparent ARguments of Knowledge), teatud tüüpi null-teadmiste tõestust. Nad toetavad lahendusi nagu dYdX (detsentraliseeritud börs).
Polygon Hermez: Detsentraliseeritud, avatud lähtekoodiga ZK-Rollup, mis on keskendunud maksete ja token'ite ülekannete skaleerimisele.

Optimistic Rollups ja ZK-Rollups võrdlus

Järgnev tabel võtab kokku peamised erinevused Optimistic Rollups ja ZK-Rollups vahel:

Tunnus	Optimistic Rollups	ZK-Rollups
Kehtivustõend	Pettusetõendid (väljakutseperiood)	Null-teadmiste tõestused (zk-SNARKs/STARKs)
Lõplikkus	Viivitusega (7-14 päeva)	Kiire (peaaegu kohene)
Turvalisus	Tugineb vähemalt ühele ausale osalejale	Krüptograafiliselt tagatud
EVM-ühilduvus	Üldiselt lihtsam rakendada	Keerulisem, kuid paraneb kiiresti
Arvutuslik keerukus	Madalam	Kõrgem

Rollup'ide ja plokiahela skaleeritavuse tulevik

Rollup'id on valmis mängima otsustavat rolli plokiahela skaleeritavuse tulevikus. Kuna kiht-1 plokiahelad jätkavad arenemist, pakuvad rollup'id pragmaatilist ja tõhusat lahendust ahelasisese töötlemise piirangute lahendamiseks. Valik Optimistic Rollups ja ZK-Rollups vahel sõltub konkreetse rakenduse nõuetest ja kompromissidest turvalisuse, lõplikkuse ja arvutusliku keerukuse vahel. Mõlemad rollup'i tüübid kujutavad endast aga olulist sammu edasi, muutes plokiahela tehnoloogia kättesaadavamaks, tõhusamaks ja skaleeritavamaks globaalsele publikule.

Mitmed suundumused kujundavad rollup'ide tulevikku:

EVM-i ekvivalentsus: Käimas on jõupingutused täieliku EVM-i ekvivalentsuse saavutamiseks nii Optimistic Rollups'ides kui ka ZK-Rollups'ides. See võimaldaks arendajatel sujuvalt paigutada olemasolevaid Ethereumi dAppe rollup'idesse ilma koodimuudatusteta.
Hübriid-rollup'id: Teadlased uurivad hübriidseid lähenemisviise, mis ühendavad Optimistic Rollups'ide ja ZK-Rollups'ide tugevused. Näiteks võiks süsteem kasutada Optimistic Rollups'e enamiku tehingute jaoks ja ZK-Rollups'e kõrge väärtusega või kriitiliste tehingute jaoks, mis nõuavad paremat turvalisust.
Andmete kättesaadavuse lahendused: Uuendused nagu Celestia, mis on modulaarne plokiahela võrk, mis pakub skaleeritavat andmete kättesaadavuse kihti, võivad veelgi parandada rollup'ide skaleeritavust ja tõhusust.
Rollup'idevaheline koostalitlusvõime: Sujuva suhtluse ja varade ülekande võimaldamine erinevate rollup'ide vahel on ülioluline ühtse ja omavahel ühendatud plokiahela ökosüsteemi loomiseks.

Globaalsest perspektiivist vaadatuna ulatub rollup'ide mõju kaugemale kui lihtsalt tehingukiiruste parandamine ja tasude vähendamine. Muutes plokiahela tehnoloogia kättesaadavamaks ja taskukohasemaks, saavad rollup'id anda arengumaade üksikisikutele ja ettevõtetele suurema võimu, edendades finantskaasatust ja toetades majanduskasvu. Näiteks võiksid rollup'id hõlbustada odavaid rahaülekandeid, võimaldada pangateenusteta inimestele juurdepääsu detsentraliseeritud finantsteenustele ja toetada uuenduslike uute rakenduste arendamist, mis on kohandatud kohalike kogukondade vajadustele. Plokiahela ökosüsteemi jätkuva arengu käigus mängivad rollup'id kahtlemata keskset rolli detsentraliseerituma, tõhusama ja kaasavama tuleviku kujundamisel.

Kokkuvõte

Plokiahela skaleeritavus pole enam kauge unistus, vaid käegakatsutav reaalsus tänu uuenduslikele lahendustele nagu rollup'id. Olgu tegemist Optimistic Rollups'ide „usalda, aga kontrolli“ lähenemisega või ZK-Rollups'ide krüptograafilise rangusega, muudavad need tehnoloogiad põhjalikult seda, kuidas plokiahelad tehinguid käsitlevad. Tööstuse jätkuva uuendustegevuse käigus võib oodata veelgi keerukamaid rollup'ide rakendusi, mis vähendavad kulusid, suurendavad kiirusi ja avavad uusi võimalusi plokiahela rakendustele üle kogu maailma. Plokiahela tulevik on skaleeritav ja rollup'id on selle eestvedajad.