Технология Zero-Knowledge Rollup: как она работает в криптовалюте

Ethereum, популярная блокчейн-платформа, известная своими смарт-контрактами и децентрализованными приложениями, сталкивается с проблемой масштабируемости. Высокие комиссии за транзакции и перегрузка сети стали серьезными препятствиями, мешающими ее широкому распространению. Но решение уже на горизонте: роллапы с нулевым разглашением (ZK-роллапы).

ZK-rollup — это масштабируемое решение второго уровня, которое обещает произвести революцию в Ethereum, значительно увеличив скорость обработки транзакций, снизив комиссии и повысив конфиденциальность. Эта революционная технология может раскрыть истинный потенциал Ethereum и проложить путь к массовому внедрению.

Но как именно работают ZK-роллапы? И как они могут помочь масштабировать Ethereum? Это руководство раскроет секреты доказательств с нулевым разглашением — криптографической основы , которая делает возможными ZK-роллапы. Оно также покажет различные варианты использования этой технологии, ее текущие проблемы и перспективы на будущее.

Независимо от того, являетесь ли вы блокчейн-разработчиком, криптоэнтузиастом или просто интересуетесь будущим Ethereum, это глубокое погружение даст вам знания, необходимые для понимания преобразующего потенциала ZK-rollup. Давайте изучим передовые возможности масштабируемости блокчейна!

Основные выводы

• Накопительные пакеты с нулевым разглашением — это решение масштабирования уровня 2, которое решает проблемы масштабируемости Ethereum путем объединения транзакций и их проверки вне сети с использованием доказательств с нулевым разглашением.
• Доказательства с нулевым разглашением позволяют проверять информацию без раскрытия базовых данных, что повышает как масштабируемость, так и конфиденциальность.
• ZK-rollups предлагают такие преимущества, как повышенная пропускная способность, сниженные комиссии и улучшенная конфиденциальность по сравнению с основной сетью Ethereum.
• Помимо масштабируемости, они имеют разнообразные области применения, включая DeFi, игры, NFT, управление цепочками поставок и проверку личности.
• Ведущие проекты ZK-rollup, совместимые с Ethereum, включают Polygon zkEVM, Scroll, zkSync и StarkWare, каждый из которых имеет свои сильные стороны и сферы деятельности.

Понимание решений масштабирования уровня 2

Изображение от Wirestock на Freepik

Прежде чем говорить о специфике ZK-роллапов, давайте сделаем шаг назад и разберемся в более широком контексте решений для масштабирования второго уровня и почему они имеют решающее значение для будущего технологии блокчейн.

Необходимость слоя 2

Сети блокчейнов, такие как Ethereum, разработаны с расчётом на децентрализацию и безопасность. Однако за это приходится платить: масштабируемостью. По мере того, как всё больше людей используют сеть, она может перегружаться, что приводит к замедлению транзакций и высоким комиссиям. Это серьёзное препятствие для широкого внедрения, поскольку затрудняет конкуренцию технологии блокчейн с традиционными финансовыми системами по скорости и стоимости.

Здесь на помощь приходят решения второго уровня . Это дополнительный слой, построенный поверх основного блокчейна (первого уровня) для обработки значительной части транзакционной нагрузки. Это позволяет основному блокчейну сосредоточиться на безопасности и децентрализации, в то время как решения второго уровня отвечают за скорость и эффективность.

Слой 1 против слоя 2: быстрое сравнение

• Слой 1: Это базовый уровень блокчейна, где реализованы все основные правила и механизмы консенсуса. Он служит основой всей системы.
• Слой 2: Это специализированные инструменты, расширяющие возможности базового уровня. Они надстраиваются над уровнем 1, добавляя дополнительные функции, такие как ускорение транзакций и снижение комиссий. 

Другие решения масштабирования уровня 2: краткий обзор

ZK-rollup — не единственный вариант масштабирования уровня 2. Стоит упомянуть ещё несколько ключевых игроков.

• Оптимистичные сводки: Похожи на ZK-rollup, но они используют другую модель безопасности, которая предполагает, что транзакции являются действительными, если не доказано обратное.
• Сайдчейны: Отдельные блокчейны, работающие параллельно основной цепочке, предлагают более быстрые и дешевые транзакции, но с потенциально более низкими гарантиями безопасности.
• Плазма: Еще одно решение для масштабирования, которое использует дочерние цепочки для обработки транзакций вне основной цепочки, но оно имеет некоторые ограничения с точки зрения гибкости и пользовательского опыта.

ZK-Rollups: Восходящая звезда

Среди различных решений уровня 2 ключи ZK-rollup стали лидерами благодаря уникальному сочетанию преимуществ масштабируемости, безопасности и конфиденциальности. Они используют преимущества доказательств с нулевым разглашением, позволяя проверять информацию без раскрытия исходных данных.

Следовательно, ZK-роллапы полезны в самых разных областях, от децентрализованных финансов (DeFi) и игр до управления цепочками поставок и проверки личности. Как мы увидим в следующих разделах, ZK-роллапы обладают потенциалом для открытия новой эры инноваций и массового внедрения блокчейна.

Магия доказательств с нулевым разглашением

Изображение Амита Чандры на LinkedIn

Доказательства с нулевым разглашением (ZKP) — это криптографическая основа, на которой построены ZK-свертки. Они позволяют доказать истинность чего-либо в цепочке, не раскрывая конфиденциальных данных.

В контексте ZK-rollup это означает, что большое количество транзакций можно объединить и проверить на действительность, не раскрывая данные каждой отдельной транзакции. Это не только повышает конфиденциальность, но и значительно сокращает объём данных, которые необходимо хранить и обрабатывать в основной сети Ethereum, что приводит к значительному повышению масштабируемости.

Типы доказательств с нулевым разглашением

Существуют различные типы доказательств с нулевым разглашением, каждый из которых имеет свои сильные и слабые стороны.

• Интерактивные ZKP подразумевают взаимную коммуникацию между доказывающим и проверяющим, в ходе которой проверяющий задает доказывающему ряд вопросов, чтобы убедиться в достоверности доказательства.
• Неинтерактивные ZKP устраняют необходимость в таком двустороннем общении, делая их более эффективными и подходящими для приложений блокчейна.
• zk-SNARKs (краткий неинтерактивный аргумент знания с нулевым разглашением) — это тип неинтерактивных ZKP, которые особенно эффективны с точки зрения размера доказательства и времени проверки. Однако они требуют доверенной настройки, что может вызывать некоторые проблемы с безопасностью.
• zk-STARKs (масштабируемый прозрачный аргумент знания с нулевым разглашением) — это еще один тип неинтерактивных ZKP, которые обеспечивают еще большую масштабируемость и прозрачность, чем zk-SNARK, без необходимости в доверенной настройке.

ZKP: ключ к конфиденциальности и масштабируемости

Доказательства с нулевым разглашением играют ключевую роль в реализации уникальных преимуществ ZK-накоплений.

• Масштабируемость. Объединяя несколько транзакций в единое доказательство, ZK-rollups радикально сокращают объем данных, которые необходимо обрабатывать в основной сети Ethereum, что приводит к значительному повышению пропускной способности и снижению комиссий.
• Конфиденциальность: ZK-rollups может обрабатывать транзакции, не раскрывая никакой конфиденциальной информации, что повышает конфиденциальность и приватность пользователей.
• Безопасность: Действительность транзакций ZK-rollup подтверждается криптографическими методами, что гарантирует включение в объединение только действительных транзакций и предотвращает мошенничество или цензуру.

Как работают ZK-Roll Ups

Изображение от Threshold

Объединение транзакций

В основе ZK-rollup лежит концепция агрегации транзакций. Вместо того, чтобы обрабатывать каждую транзакцию по отдельности в основной сети Ethereum, ZK-rollup объединяет сотни или даже тысячи транзакций в один пакет. Этот пакет затем обрабатывается вне блокчейна специализированным оператором ZK-rollup.

Оператор генерирует краткое доказательство с нулевым разглашением, подтверждающее действительность всех транзакций в пакете. Затем это доказательство отправляется в основную сеть Ethereum, где его можно быстро и эффективно проверить с помощью смарт-контракта.

Роль смарт-контрактов

Смарт-контракты играют ключевую роль в архитектуре ZK-rollup. Они служат мостом между основной сетью Ethereum уровня 1 и ZK-rollup уровня 2. Смарт-контракт в основной сети отвечает за:

• Обращение с деньгами: Пользователи могут внести свои средства на смарт-контракт ZK-rollup в основной сети. Затем эти средства становятся доступны для использования на более быстром уровне 2. Когда пользователи хотят вернуть свои деньги, они просят смарт-контракт вернуть их в основную сеть.
• Проверка доказательств: Смарт-контракт в основной сети получает доказательства с нулевым разглашением от оператора ZK-rollup и проверяет их корректность. Это гарантирует, что в основной сети будут регистрироваться только корректные транзакции.
• Отслеживание: Смарт-контракт хранит упрощённую запись событий, происходящих в ZK-списке. Таким образом, при необходимости любой может получить полную информацию о происходящем. 

Демонстрация доказательства

Оператор ZK-rollup обрабатывает группу транзакций вне блокчейна, а затем создаёт доказательство с нулевым разглашением, подтверждающее действительность всех этих транзакций. Это доказательство затем отправляется в смарт-контракт в основной сети Ethereum.

Смарт-контракт позволяет быстро проверить доказательство, не перепроверяя все транзакции по одной. Если доказательство подтверждается, смарт-контракт обновляет свою запись в основной сети, чтобы отобразить изменения, произошедшие в результате этих транзакций.

Архитектура ZK-Rollup

Типичная система ZK-rollup состоит из как ончейн-, так и офчейн-компонентов, работающих согласованно:

• Компоненты цепи
  • Смарт-контракт в сети Ethereum
  • Сжатое представление состояния ZK-свертки
• Компоненты вне цепочки
  • Оператор ZK-свертки, ответственный за обработку транзакций и генерацию доказательств
  • Система ZK-доказательств для генерации криптографических доказательств
  • Уровень доступности данных для хранения данных транзакций

Такая архитектура позволяет ZK-rollup достигать преимуществ масштабируемости и конфиденциальности, сохраняя при этом безопасность и децентрализацию основной сети Ethereum.

Безопасность и действительность

Безопасность и достоверность ZK-накоплений имеют первостепенное значение, поскольку они обрабатывают средства пользователей и выполняют транзакции вне блокчейна. ZK-накопления используют несколько механизмов для обеспечения целостности системы.

• Криптографические доказательства: Доказательства с нулевым разглашением предоставляют математические гарантии того, что транзакции, обрабатываемые вне сети, являются действительными и соответствуют правилам.
• Доступность данных: Это похоже на резервное копирование. Данные о транзакциях обычно публикуются в основной сети Ethereum или на децентрализованном уровне доступности данных. Это означает, что при необходимости любой может проверить полную историю транзакций.
• Доказательства мошенничества: Некоторые реализации ZK-rollup позволяют пользователям предоставлять доказательства мошенничества, если они считают, что что-то не так. Это подтверждает честность оператора и добавляет дополнительный уровень безопасности и ответственности.

Объединяя эти меры безопасности, ZK-rollups создают систему, которой вы можете доверять, что делает ее надежным выбором для масштабирования Ethereum и других блокчейнов.

За пределами масштабируемости: другие варианты использования и применения ZK-Rollups

Изображение от Freepik

ZK-rollup делают Ethereum быстрее и дешевле, но их потенциал простирается далеко за пределы этого. Уникальные свойства доказательств с нулевым разглашением и гибкость архитектуры ZK-rollup позволяют использовать её в различных отраслях и сценариях. Давайте рассмотрим некоторые из наиболее перспективных применений этой революционной технологии.

• Децентрализованные финансы (Defi): Платформы DeFi обрабатывают огромное количество транзакций и используют сложные смарт-контракты. Это делает их главными кандидатами на использование ZK-rollup. Использование ZK-rollup сделает эти платформы быстрее, дешевле и более конфиденциальными, что очень важно для конфиденциальной финансовой информации.
• Игры и NFT: Игровому сектору и сектору NFT необходимо быстро обрабатывать множество транзакций и обеспечивать безопасность владения. Следовательно, они могут получить огромную выгоду от накопления ZK-токенов. Представьте себе ситуацию, когда внутриигровые транзакции совершаются мгновенно, а комиссии за газ незначительны. Или, может быть, когда NFT Право собственности можно проверить, не раскрывая личность владельца. ZK-rollups позволяет воплотить эти возможности в реальность.
• Система управления цепями поставок: Прозрачность и прослеживаемость критически важны в управлении цепочками поставок. Однако традиционные системы часто страдают от неэффективности и мошенничества. ZK-rollup позволяет создавать защищенные от несанкционированного доступа и проверяемые цепочки поставок. Они будут фиксировать каждый этап пути товара в блокчейне, обеспечивая подлинность и подотчетность без раскрытия конфиденциальной деловой информации.
• Проверка личности и конфиденциальность: ZK-накопители могут изменить способ управления и проверки личности в интернете. Вы можете подтвердить наличие у вас необходимых учётных данных, не раскрывая при этом все свои личные данные, обеспечивая баланс между конфиденциальностью и безопасностью. Это крайне важно для таких секторов, как здравоохранение, финансы и даже голосование.

Возможности поистине безграничны. По мере развития технологии ZK-rollup она может кардинально изменить наше взаимодействие с блокчейном, сделав его более доступным, эффективным и безопасным для всех. У блокчейна светлое будущее, и ZK-rollup лидируют в этом процессе.

Полное сравнение ZK Rollup: решения, совместимые с Ethereum

Источник изображения: Cryptopolitan

В настоящее время несколько перспективных проектов борются за первое место на рынке совместимых с Ethereum ZK-rollup, каждый со своим уникальным подходом и сильными сторонами. Давайте сравним и сопоставим четыре основных претендента: Polygon zkEVM, Scroll, zkSync и StarkWare.

Полигон зкЭВМ

Polygon zkEVM, входящий в комплекс решений Polygon для масштабирования, позволяет использовать возможности ZK-rollup в виртуальной машине Ethereum (EVM). Это означает, что существующие смарт-контракты и децентрализованные приложения Ethereum (dApps) могут быть легко перенесены в Polygon zkEVM без каких-либо серьёзных изменений, что делает его весьма привлекательным вариантом как для разработчиков, так и для пользователей.  

Основные достоинства

• Полная совместимость с EVM обеспечивает легкую миграцию и минимизирует трудности для разработчиков.  
• Использует существующую экосистему Polygon и сетевые эффекты  
• Обеспечивает высокую пропускную способность и низкие комиссии по сравнению с основной сетью Ethereum.  
• Основное внимание уделяется безопасности и децентрализации  

манускрипт

Scroll уделяет первостепенное внимание безопасности и децентрализации, стремясь создать ZK-свертку, столь же безопасную, как и сама основная сеть Ethereum. Это достигается за счёт использования уникальной архитектуры «доказательство-верификатор» и прозрачной системы подтверждения, позволяющей любому человеку проверить действительность транзакций.

Основные достоинства

• Особое внимание безопасности и децентрализации
• Прозрачная система проверки повышает доверие и подотчетность
• Низкие затраты на проверку
• Совместимость с Ethereum на уровне байт-кода обеспечивает бесперебойную миграцию существующих dApps

зксинк

zkSync стремится обеспечить удобный и доступный интерфейс ZK-rollup. Он отличается простым интерфейсом, интуитивно понятными инструментами и стремится сделать технологию ZK-rollup простой в использовании для каждого.

Основные достоинства

• Удобный интерфейс и интуитивно понятные инструменты
• Низкие комиссии и быстрое время транзакции
• Упор на доступность и простоту использования
• Отличный опыт для пользователей и разработчиков благодаря абстракции аккаунта
• Активное сообщество и мощная поддержка разработчиков

StarkWare

StarkWare — пионер в области технологии ZK-rollup, известный своей платформой StarkNet, которая отличается впечатляющей масштабируемостью и пропускной способностью. Вместо SNARK используются STARK, что обеспечивает более высокую масштабируемость и прозрачность без необходимости использования доверенной конфигурации.  

Основные достоинства

• Исключительная масштабируемость и пропускная способность, способность обрабатывать огромное количество транзакций
• Прозрачная и не требующая доверия система доказательств
• Поддерживает общие вычисления, обеспечивая широкий спектр вариантов использования, выходящих за рамки простых платежей.

Эти четыре ведущих проекта ZK-rollup, совместимых с Ethereum, позволяют заглянуть в захватывающее будущее масштабируемости блокчейна. Каждая платформа обладает уникальными сильными сторонами и недостатками, отвечая различным потребностям и предпочтениям. По мере развития технологии можно ожидать ещё большего количества инноваций и конкуренции в этой области, что в конечном итоге принесёт пользу пользователям и разработчикам всей экосистемы Ethereum.

Проблемы и будущее развитие

Изображение на Freepik

Хотя ZK-роллапы обладают огромным потенциалом для масштабирования Ethereum и других блокчейнов, они не лишены проблем. Вот некоторые из текущих:

• Сложность генерации и проверки доказательств: Генерация и проверка доказательств с нулевым разглашением может потребовать значительных вычислительных ресурсов, особенно для больших пакетов транзакций. Это может привести к увеличению времени обработки и потенциальному росту затрат для пользователей.  
• Доступность данных: Хотя ZK-накопители хранят данные о транзакциях в блокчейне или децентрализованно, обеспечение доступности этих данных остаётся сложной задачей. Потеря или недоступность данных может повлиять на целостность системы и возможность восстановления состояния накопителя.  
• Риски смарт-контракта: Функциональность ZK-rollup в значительной степени зависит от смарт-контрактов. Любые уязвимости или ошибки в этих контрактах могут представлять угрозу безопасности и привести к потенциальной потере средств.
• Пользовательский опыт: Несмотря на то, что некоторые проекты ZK-rollup добились успехов в улучшении пользовательского опыта, взаимодействие с этими системами всё ещё может быть сложным для новичков. Это может препятствовать их внедрению и ограничивать их доступность для более широкой аудитории.  

К счастью, блокчейн-сообщество активно работает над решением этих проблем и расширением возможностей технологии ZK-rollup. Продолжающиеся исследования и разработки сосредоточены на новых криптографических методах и оптимизациях, которые позволят ускорить и повысить эффективность генерации и проверки доказательств.

Аналогичным образом разрабатываются более децентрализованные решения по обеспечению доступности данных, такие как Celestia и ETHStorage, которые позволят обеспечить долгосрочную доступность и доступность данных о транзакциях. 

Итоги

Накопительные транзакции с нулевым разглашением, основанные на магии доказательств с нулевым разглашением, представляют собой колоссальный скачок в масштабируемости блокчейнов. Они дают возможность заглянуть в будущее, где Ethereum, а потенциально и другие блокчейны, смогут обрабатывать огромные объёмы транзакций с молниеносной скоростью, минимальными комиссиями и повышенной конфиденциальностью.

Несмотря на сохраняющиеся трудности, продолжающиеся исследования и разработки в области ZK-rollup прокладывают путь к более масштабируемой, безопасной и конфиденциальной блокчейн-экосистеме. Будущее светло, и ZK-rollup готовы сыграть ключевую роль в его формировании.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)