Blockchain mastelio keitimas: išsami „Rollup“ technologijų analizė

Blokų grandinės technologija, nors ir revoliucinė, susiduria su didele kliūtimi: mastelio keitimu. Populiarėjant blokų grandinių tinklams, jie dažnai sunkiai susidoroja su didėjančiu transakcijų skaičiumi, o tai lemia lėtesnį apdorojimo laiką ir didesnius transakcijų mokesčius. Šis apribojimas stabdo platų blokų grandinės pritaikymą pagrindinėse srityse. Štai čia ir pasirodo „rollup“ sprendimai: perspektyvus antrojo lygmens mastelio keitimo sprendimas, skirtas šiems iššūkiams spręsti. Šis išsamus vadovas pasiners į „rollup“ pasaulį, nagrinėdamas jų veikimo mechanizmus, skirtingus tipus, privalumus ir trūkumus, pateikdamas pasaulinę perspektyvą apie jų poveikį blokų grandinės aplinkai.

Blokų grandinės mastelio keitimo problema

Pagrindinė blokų grandinės mastelio keitimo problema kyla dėl būdingos populiariausių blokų grandinių konstrukcijos, ypač tų, kurios naudoja sutarimo mechanizmą, pavyzdžiui, „Proof-of-Work“ (PoW). Kiekvieną transakciją turi patvirtinti ir įrašyti kiekvienas tinklo mazgas, todėl didėjant transakcijų apimčiai susidaro kliūtis. Panagrinėkime kelis realius pavyzdžius:

• Bitcoin: Žinomas dėl savo saugumo ir decentralizacijos, „Bitcoin“ gali apdoroti tik apie 7 transakcijas per sekundę (TPS). Šis apribojimas tampa akivaizdus didelės paklausos laikotarpiais, kai padidėja transakcijų mokesčiai ir pailgėja patvirtinimo laikas. Paprastas pirkimas, net ir nedidelio daikto, gali užtrukti nemažai laiko, kol bus patvirtintas, o tai daro įtaką vartotojo patirčiai.
• Ethereum: Nors „Ethereum“ TPS yra didesnis nei „Bitcoin“, jis vis dar susiduria su mastelio keitimo problemomis. Decentralizuotų programėlių (dApps) ir DeFi projektų populiarumas „Ethereum“ tinkle sukėlė tinklo perkrovą ir pernelyg didelius „gas“ mokesčius, todėl sąveika su šiomis programėlėmis tapo brangi. Piko metu vartotojai sumokėdavo daugiau nei šimtus dolerių transakcijų mokesčių vien tam, kad įvykdytų paprastą išmaniosios sutarties funkciją.

Šis nesugebėjimas efektyviai keisti mastelio sukuria kliūtį naujiems vartotojams ir riboja blokų grandinės technologijos potencialą. Mastelio keitimo sprendimai yra labai svarbūs, kad blokų grandinė galėtų palaikyti platesnį programų spektrą, nuo mikro-mokėjimų ir tiekimo grandinės valdymo iki balsavimo sistemų ir pasaulinių finansinių transakcijų.

Antrojo lygmens mastelio keitimo sprendimų supratimas

Antrojo lygmens sprendimai yra protokolai, sukurti ant esamos blokų grandinės (pirmojo lygmens), siekiant tvarkyti transakcijas už grandinės ribų, taip sumažinant pagrindinės grandinės apkrovą. Šie sprendimai apdoroja transakcijas atskirai, o tada periodiškai sugrupuoja ir pateikia rezultatus į pagrindinę grandinę patikrinimui. Šis požiūris žymiai padidina transakcijų pralaidumą ir sumažina išlaidas.

Egzistuoja keli antrojo lygmens mastelio keitimo sprendimai, įskaitant:

• Būsenos kanalai (State Channels): Leidžia dalyviams atlikti kelias transakcijas už grandinės ribų ir tik galutinę būseną patvirtinti pagrindinėje grandinėje. Pavyzdžiai: „Lightning Network“ („Bitcoin“) ir „Raiden Network“ („Ethereum“).
• Šoninės grandinės (Sidechains): Nepriklausomos blokų grandinės, veikiančios lygiagrečiai su pagrindine grandine ir turinčios savo sutarimo mechanizmus. Turtą galima perkelti tarp pagrindinės ir šoninės grandinės.
• Plasma: Karkasas, skirtas kurti keičiamo mastelio dApps, sukuriant antrines grandines, kurios paveldi pagrindinės grandinės saugumą.
• Rollups: Antrojo lygmens mastelio keitimo sprendimas, kuris sugrupuoja kelias transakcijas į vieną transakciją pagrindinėje grandinėje. Tai sumažina duomenų ir skaičiavimų kiekį, reikalingą pagrindinėje grandinėje, todėl padidėja mastelio keitimo galimybės.

Tarp šių sprendimų „rollup“ tapo ypač perspektyviu dėl savo gebėjimo paveldėti pagrindinės grandinės saugumą, tuo pačiu užtikrinant didelius mastelio keitimo patobulinimus. Panagrinėkime „rollup“ mechaniką išsamiau.

Rollups: Pagrindai

„Rollups“ yra antrojo lygmens mastelio keitimo sprendimas, kuris vykdo transakcijas už grandinės ribų, bet skelbia transakcijų duomenis pagrindinėje grandinėje. Sujungdami arba „suvyniodami“ kelias transakcijas į vieną, „rollup“ sprendimai žymiai sumažina duomenų, kuriuos reikia apdoroti ir saugoti pagrindinėje grandinėje, kiekį. Šis požiūris lemia:

• Padidėjusį pralaidumą: „Rollups“ gali apdoroti tūkstančius transakcijų per sekundę, žymiai viršydami pagrindinės pirmojo lygmens blokų grandinės galimybes.
• Sumažėjusius transakcijų mokesčius: Pasidalijus vienos transakcijos grandinėje kainą tarp daugelio vartotojų, „rollup“ sprendimai drastiškai sumažina transakcijų mokesčius.
• Padidintą saugumą: „Rollups“ naudoja pagrindinės grandinės saugumą, skelbdami transakcijų duomenis grandinėje. Tai užtikrina, kad transakcijos yra patikrinamos ir apsaugotos nuo klastojimo.

Yra du pagrindiniai „rollup“ tipai: „Optimistic Rollups“ ir „ZK-Rollups“, kurių kiekvienas turi savo unikalų požiūrį į transakcijų, atliekamų už grandinės ribų, galiojimo užtikrinimą.

Optimistic Rollups

„Optimistic Rollups“ veikia pagal principą, kad transakcijos pagal nutylėjimą yra galiojančios. Užuot tikrinus kiekvieną transakciją atskirai, daroma prielaida, kad transakcijos yra teisėtos, nebent būtų įrodyta kitaip. Šis „optimistinis“ požiūris leidžia greičiau ir pigiau apdoroti transakcijas.

Kaip veikia „Optimistic Rollups“

1. Transakcijų vykdymas: Transakcijas už grandinės ribų vykdo „rollup“ operatorius.
2. Būsenos paskelbimas: „Rollup“ operatorius paskelbia naują būsenos šaknį (kriptografinę „rollup“ būsenos santrauką) pagrindinėje grandinėje.
3. Sukčiavimo įrodymai: Inicijuojamas užginčijimo laikotarpis, per kurį bet kas gali užginčyti paskelbtos būsenos galiojimą pateikdamas sukčiavimo įrodymą.
4. Ginčų sprendimas: Jei pateikiamas ir pripažįstamas galiojančiu sukčiavimo įrodymas, neteisinga būsena atšaukiama ir pritaikoma teisinga būsena. Sukčiavimo įrodymo pateikėjas paprastai yra apdovanojamas, o piktavalis operatorius baudžiamas.

„Optimistic Rollups“ privalumai

• Didelis pralaidumas: „Optimistic Rollups“ gali pasiekti žymiai didesnį pralaidumą, palyginti su pagrindine grandine.
• Maži transakcijų mokesčiai: Patikrinimo grandinėje kaina yra minimali, todėl transakcijų mokesčiai yra mažesni.
• EVM suderinamumas: „Optimistic Rollups“ paprastai yra suderinami su „Ethereum Virtual Machine“ (EVM), todėl kūrėjai gali lengvai perkelti savo esamas dApps.

„Optimistic Rollups“ trūkumai

• Išėmimo vėlavimas: Dėl užginčijimo laikotarpio (paprastai 7–14 dienų) vėluojama išimti lėšas iš „rollup“ į pagrindinę grandinę. Šis vėlavimas yra būtinas, kad būtų laiko pateikti sukčiavimo įrodymus.
• Saugumo prielaidos: „Optimistic Rollups“ remiasi prielaida, kad bus bent vienas sąžiningas dalyvis, kuris stebės „rollup“ ir prireikus pateiks sukčiavimo įrodymus.

„Optimistic Rollups“ pavyzdžiai

• Arbitrum: „Optimistic rollup“ sprendimas, kurio tikslas – suteikti keičiamo mastelio ir su EVM suderinamą platformą dApps.
• Optimism: Kitas „optimistic rollup“ sprendimas, skirtas „Ethereum“ mastelio keitimui ir sklandžiai vartotojo patirčiai.

ZK-Rollups

„ZK-Rollups“ (angl. Zero-Knowledge Rollups) naudoja nulinio žinojimo įrodymus (konkrečiai, glaustus neinteraktyvius žinių argumentus, arba zk-SNARKs), kad įrodytų už grandinės ribų atliekamų transakcijų galiojimą. Užuot rėmęsi užginčijimo laikotarpiu, „ZK-Rollups“ generuoja kriptografinį įrodymą, kuris patvirtina transakcijos vykdymo teisingumą. Šis įrodymas pateikiamas pagrindinei grandinei, leidžiant pasiekti greitesnį galutinumą ir didesnį saugumą.

Kaip veikia „ZK-Rollups“

1. Transakcijų vykdymas: Transakcijas už grandinės ribų vykdo „rollup“ operatorius.
2. Galiojimo įrodymo generavimas: „Rollup“ operatorius sugeneruoja nulinio žinojimo įrodymą (zk-SNARK), kuris įrodo transakcijų galiojimą.
3. Įrodymo pateikimas: Galiojimo įrodymas pateikiamas pagrindinei grandinei.
4. Patikrinimas grandinėje: Pagrindinė grandinė patikrina galiojimo įrodymą. Jei įrodymas galioja, būsena atnaujinama.

„ZK-Rollups“ privalumai

• Greitas galutinumas: „ZK-Rollups“ užtikrina greitesnį galutinumą nei „Optimistic Rollups“, nes transakcijos patvirtinamos iškart, pateikus galiojimo įrodymą. Užginčijimo laikotarpis nereikalingas.
• Padidintas saugumas: Nulinio žinojimo įrodymų naudojimas suteikia tvirtas kriptografines transakcijų galiojimo garantijas.
• Duomenų prieinamumo galimybė: Egzistuoja naujesnės inovacijos, pvz., „Validium“, kurios yra panašios į „ZK-Rollups“, tačiau duomenys nėra skelbiami grandinėje.

„ZK-Rollups“ trūkumai

• Skaičiavimo sudėtingumas: Nulinio žinojimo įrodymų generavimas yra skaičiavimo požiūriu intensyvus procesas, reikalaujantis specializuotos įrangos ir žinių.
• EVM suderinamumas: Įdiegti EVM suderinamumą „ZK-Rollups“ yra sudėtinga, nors daroma didelė pažanga. Ankstyvieji „ZK-Rollups“ dažnai palaikė tik tam tikrų tipų transakcijas ar programas.
• Kūrimo sudėtingumas: Norint kurti ir diegti „ZK-Rollups“, reikia gilaus kriptografijos supratimo ir pažangių inžinerinių įgūdžių.

„ZK-Rollups“ pavyzdžiai

• zkSync: „ZK-Rollup“ sprendimas, kuriuo siekiama užtikrinti keičiamo mastelio ir saugius mokėjimus bei išmaniųjų sutarčių funkcionalumą „Ethereum“ tinkle.
• StarkWare: Įmonė, kurianti „ZK-Rollup“ sprendimus naudojant STARKs (Scalable Transparent ARguments of Knowledge), nulinio žinojimo įrodymų tipą. Jie palaiko tokius sprendimus kaip dYdX (decentralizuota birža).
• Polygon Hermez: Decentralizuotas, atviro kodo „ZK-Rollup“, skirtas mokėjimų ir žetonų pervedimų mastelio keitimui.

„Optimistic Rollups“ ir „ZK-Rollups“ palyginimas

Šioje lentelėje apibendrinami pagrindiniai skirtumai tarp „Optimistic Rollups“ ir „ZK-Rollups“:

Savybė	Optimistic Rollups	ZK-Rollups
Galiojimo įrodymas	Sukčiavimo įrodymai (Užginčijimo laikotarpis)	Nulinio žinojimo įrodymai (zk-SNARKs/STARKs)
Galutinumas	Uždelstas (7-14 dienų)	Greitas (beveik momentinis)
Saugumas	Remiasi bent vienu sąžiningu dalyviu	Kriptografiškai garantuotas
EVM suderinamumas	Paprastai lengviau įgyvendinti	Sudėtingiau, bet sparčiai tobulėja
Skaičiavimo sudėtingumas	Mažesnis	Didesnis

„Rollups“ ir blokų grandinės mastelio keitimo ateitis

„Rollups“ sprendimai vaidins lemiamą vaidmenį ateityje keičiant blokų grandinės mastelį. Pirmojo lygmens blokų grandinėms toliau tobulėjant, „rollup“ siūlo pragmatišką ir veiksmingą sprendimą, kaip spręsti apdorojimo grandinėje apribojimus. Pasirinkimas tarp „Optimistic Rollups“ ir „ZK-Rollups“ priklauso nuo konkrečių programos reikalavimų ir kompromisų tarp saugumo, galutinumo ir skaičiavimo sudėtingumo. Tačiau abu „rollup“ tipai yra didelis žingsnis į priekį, siekiant padaryti blokų grandinės technologiją prieinamesnę, efektyvesnę ir keičiamo mastelio visame pasaulyje.

Kelios tendencijos formuoja „rollup“ ateitį:

• EVM ekvivalentiškumas: Dedamos pastangos pasiekti visišką EVM ekvivalentiškumą tiek „Optimistic Rollups“, tiek „ZK-Rollups“. Tai leistų kūrėjams sklandžiai diegti esamas „Ethereum“ dApps „rollup“ sprendimuose, nereikalaujant kodo pakeitimų.
• Hibridiniai „Rollups“: Tyrėjai tiria hibridinius metodus, kurie sujungia „Optimistic Rollups“ ir „ZK-Rollups“ stipriąsias puses. Pavyzdžiui, sistema galėtų naudoti „Optimistic Rollups“ daugumai transakcijų, o „ZK-Rollups“ – didelės vertės ar kritinėms transakcijoms, reikalaujančioms didesnio saugumo.
• Duomenų prieinamumo sprendimai: Inovacijos, tokios kaip „Celestia“, kuri yra modulinis blokų grandinės tinklas, teikiantis keičiamo mastelio duomenų prieinamumo sluoksnį, gali dar labiau pagerinti „rollup“ mastelio keitimą ir efektyvumą.
• Sąveika tarp „Rollups“: Sklandaus ryšio ir turto perdavimo tarp skirtingų „rollup“ sprendimų užtikrinimas bus labai svarbus kuriant vientisą ir tarpusavyje susijusią blokų grandinės ekosistemą.

Žvelgiant iš pasaulinės perspektyvos, „rollup“ poveikis neapsiriboja vien transakcijų greičio didinimu ir mokesčių mažinimu. Padarydami blokų grandinės technologiją prieinamesnę ir pigesnę, „rollup“ sprendimai gali suteikti galių asmenims ir įmonėms besivystančiose šalyse, skatinti finansinę įtrauktį ir ekonomikos augimą. Pavyzdžiui, „rollup“ galėtų palengvinti pigius pinigų pervedimus, suteikti prieigą prie decentralizuotų finansinių paslaugų banko paslaugų neturintiems asmenims ir paremti naujoviškų programų, pritaikytų vietos bendruomenių poreikiams, kūrimą. Blokų grandinės ekosistemai toliau tobulėjant, „rollup“ neabejotinai vaidins pagrindinį vaidmenį kuriant labiau decentralizuotą, efektyvesnę ir įtraukesnę ateitį.

Išvada

Blokų grandinės mastelio keitimas nebėra tolima svajonė, o apčiuopiama realybė dėl inovatyvių sprendimų, tokių kaip „rollup“. Nesvarbu, ar tai būtų „pasitikėk, bet tikrink“ požiūris, taikomas „Optimistic Rollups“, ar kriptografinis „ZK-Rollups“ griežtumas, šios technologijos iš esmės keičia būdą, kaip blokų grandinės tvarko transakcijas. Pramonei toliau diegiant naujoves, tikėkitės pamatyti dar sudėtingesnių „rollup“ diegimų, kurie mažins išlaidas, didins greitį ir atvers naujas galimybes blokų grandinės programoms visame pasaulyje. Blokų grandinės ateitis yra keičiamo mastelio, o „rollup“ sprendimai yra šio judėjimo priešakyje.