Що таке технологія роллапів (Rollups) і як вона допомагає масштабувати Ethereum?

Як працює доказ із нульовим підтвердженням?

Метод доказу з нульовим розголошенням (Zero-knowledge proof, ZKP) сформулювали вчені Шафі Голдвассер і Сільвіо Мікалі 1985 року в статті "Складність знань інтерактивних систем доказів". Вони запропонували спосіб доведення достовірності повідомлення без розкриття його деталей.

"Роллапи" також включають баланси користувачів в L2-мережі, представлені у вигляді дерева Меркла. Його корінь зберігається в контракті, що дає змогу відстежувати зміну стану мережі. У блокчейн першого рівня також передаються значення, що підтверджують кожну транзакцію. Дані включають корінь Меркла, який розраховується в кілька етапів. Проміжні значення записуються в блокчейн і підтверджують кожен переказ у пакеті.

Які переваги у технології ZK-Rollups?

Спочатку докази з нульовим розголошенням застосовували в проєктах анонімних криптовалют, проте останніми роками вони знайшли широке застосування як рішення для масштабування Ethereum.

ZK-Rollups дає змогу обробляти дані користувачів, не розкриваючи про них приватну інформацію. Зокрема, алгоритм може перевірити наявність коштів, не показуючи баланс користувача. Ці властивості важливі для компаній, яким необхідно захистити особисті дані клієнтів.

Також використання рішень на базі ZK-Rollups значно знижує транзакційні комісії. Безліч переказів об’єднують в один пакет, у якому всі дані стискаються — наприклад, замість адреси використовується індекс. Це дає змогу зберегти в блокчейні першого рівня менший обсяг інформації. Витрати розподіляються між усіма відправниками, тому кожен з користувачів платить менше.

ZK-Rollups забезпечують низькі затримки при виведенні коштів в основну мережу, оскільки смарт-контракт перевіряє достовірність даних перед включенням пакета в блокчейн.

Які існують різновиди ZK-доказів?

Існує безліч реалізацій ZK-ролапів, з них найпопулярніші: ZK-SNARKs (і його різновид Plonky2), ZK-STARKs, zkSync та інші. Кожна з технологій відрізняється за розміром "доказу" і обчислювальними витратами, які потрібні для перевірки.

ZK-SNARK

ZK-SNARK створює підтвердження, яке має невеликий розмір і легко верифікується. Для отримання доказу, використовуючи еліптичні криві. Обчислення їхніх значень вимагає менше витрат, ніж хешування, тому алгоритм характеризується меншою вартістю. Метод вимагає знищення доказу одразу після його надсилання. Для роботи алгоритму вузол генерує відкритий і закритий ключ, після чого останній знищується. Публічний ключ використовується для створення ще однієї пари ключів. Далі приватний ключ використовується для генерації підтвердження, а публічний для його перевірки.

ZK-STARK

ZK-STARKs формує доказ, який не передбачає взаємодії між тим, хто перевіряє, і верифікатором. Валідація даних займає менше часу, завдяки чому технологія легше масштабується. Алгоритм використовує хешування, що робить його стійкими до атаки квантового комп’ютера.

zkSync

zkSync — це L2-протокол на основі однойменного алгоритму роллапів. Платформа дає змогу переводити активи та підтримує смарт-контракти. Особливістю алгоритму є низький ліміт газу на транзакцію, який не перевищує 500 Gwei. Основною перевагою zkSync 2.0 є сумісність з Ethereum Virtual Machine.

Які проєкти використовують ZK-Rollups та Optimistic Rollups?

Сьогодні в екосистемі Ethereum є кілька популярних рішень, що використовують ZKP:

• Платформа StarkNet. На базі її приватної версії під назвою StarkEx працюють великі DeFi-протоколи Rhino, Immutable X, dYdX і Sorare.
• Mina Protocol — це легкий блокчейн, що використовує технологію ZK-SNARK для створення блоків розміром 22 Кб. Платформа дає змогу виконувати смарт-контракти і запускати децентралізовані додатки.
• LoopRing — децентралізований торговий протокол, у якому використовується книга ордерів. Реалізовано в мережі Ethereum, для його роботи застосовуються ZK-докази.
• Polygon Miden — "ролап" на основі zk-STARKs, що працює за допомогою спеціальної віртуальної машини Miden VM.

Крім ролапів на основі ZKP також можна виділити групу рішень під назвою Optimistic Rollups. Різниця між ними полягає в способі перевірки транзакцій: в Optimistic пакети транзакцій вважаються валідними, а транзакції перевіряють, тільки якщо хтось її оскаржив.

Докази з нульовим розголошенням зберігають дані в основній мережі після валідації кожного переказу. Завдяки цьому технологія забезпечує збереження актуального стану мережі. Водночас, на відміну від ZK-Rollups, під час виведення коштів із протоколу на базі Optimistic Rollups потрібна перевірка на шахрайство, яка може зайняти до двох тижнів. Зазначений період визначає час виведення коштів у блокчейн першого рівня. Однак необхідність перевірки даних у ZK-Rollups підвищує споживання ресурсів і фінансові витрати.

На основі Optimistic Rollups працюють два популярних L2-протоколи Ethereum — Arbitrum і Optimism.

Порівняння TVL протоколів на основі "ролапів". Дані TVL — DeFi Llama і L2Beat станом на 31 жовтня 2022 року.

Що таке валідіум?

Існують комплексні рішення — валідіуми. Це компромісна технологія, що поєднує докази, які зберігаються на різних рівнях. Підтвердження надсилаються в основний блокчейн, а дані зберігаються поза ним. Рішення знижує комісії, однак передбачає залежність від зовнішнього сховища. У разі порушення роботи останнього користувачі не втратять кошти, але не зможуть здійснювати транзакції.