Modulární blockchainy a rollupy: Budoucnost Etherea a dál

Úvod do modulárních blockchainů

Než se do toho pustíme, musíte si uvědomit, proč se blockchainové rollupy a modularita často diskutují společně. Nejdůležitější je si uvědomit, že oba koncepty se zabývají rozplétáním různých funkcionalit blockchainu s cílem zlepšit výkon. Pochopíte, o čem mluvím, jen si se mnou ještě chvíli vydržte.

Začněme s monolitickými blockchains, jako je původní Ethereum. Tyto blockchainy zacházejí se všemi klíčovými komponenty—konsenzus, chytré kontrakty, dostupnost dat, provádění transakcí a vyrovnání—v rámci jednovrstvého rámce. Ale i když tento integrovaný design funguje, vytváří také výzvy v oblasti škálovatelnosti, protože vše je řešeno v jedné vrstvě, spoléhající se na stejnou sadu uzlů, což vede k úzkým místům.

Porovnejte to s moderními modulárními blockchains. Ty používají jiný mechanismus tím, že rozdělují klíčové funkce do specializovaných vrstev, kde jsou různé úkoly prováděny na různých uzlech. Vyrovnávací vrstva, například, finalizuje výsledky transakcí, vytváří důvěru minimalizovaný ledger, obvykle v kombinaci s prováděním na rollupech. Jejím hlavním účelem je poskytovat ověření důkazů a řešení sporů pro rollupy. Vrstva dostupnosti dat a vrstva konsenzu usnadňují, aby byla data transakcí dostupná pro off-chain validaci a zpracování, protože pro to, aby síť měla konsenzus o stavu blockchainu, je to zásadní. Chytré kontrakty jsou kód, který se provádí na vrstvě provádění, která zpracovává transakce pro dApps. A vrstva provádění zpracovává transakce a chytré kontrakty a zajišťuje, že veškerá výpočetní práce je vykonávána efektivně. Rollupy jsou řešení pro škálování, které provádějí transakce off-chain a posílají data na on-chain vrstvu provádění.

Monolitické vs Modulární přístupy k blockchainům

Jak bylo řečeno, rollupy jako Arbitrum a Optimism se vyvinuly v řešení škálování pro monolitické blockchany jako Ethereum tím, že provádějí vykonávání mimo řetězec.

Staly se však nezbytnými v tomto modulárním přístupu, často slouží jako samostatná vrstva, která zpracovává transakce a publikuje data zpět na Layer 1. Tento úzký vztah mezi rollupy a modulární architekturou je důvodem, proč se často diskutují společně při zkoumání budoucnosti škálovatelnosti blockchainu. Do této problematiky se podíváme podrobněji v následujících sekcích! Zůstaňte naladěni. Monolitické vs Modulární blockchainy Takže, nyní už víte, jak monolitické blockchany a modulární blockchany jsou dva různé architektonické formy při konstrukci blockchainů, z nichž každá má své výhody a nevýhody. Ale místo toho, abychom mluvili o teorii, pojďme udělat rozdíly explicitní a porovnat některé skutečné modulární blockchany s jejich monolitickými ekvivalenty.

Začněte s monolitickými blockchainy jako Ethereum, před upgrady Ethereum 2.0 mělo problémy se škálovatelností, protože náklady na plyn byly příliš vysoké a transakce byly pomalejší kvůli přetížení sítě.

Vzhledem k přetížení, když Ethereum rostlo, protože bylo v monolitické formě, každý uzel zpracovával a ukládal každou transakci, omezovalo to propustnost a ztěžovalo škálování.

Od té doby došlo k mnoha aktualizacím, aby se tyto zlepšení uskutečnily. Přechod na Ethereum 2.0 zavedl mechanismus konsensu proof-of-stake (PoS), viděli jsme nárůst řešení škálování Layer 2 jako Optimism, Arbitrum a zkSync, nicméně modulární blockchainový paradigm je relativně nový a jedním z nejnovějších vývojů k roku 2024. Modulární blockchain, jako Celestia, odděluje funkčnost blockchainu do vrstev, jako je vykonávání a konsensus & dostupnost dat. To vede k tomu, že každý uzel už nemusí dělat všechno. Uzel se může specializovat na jednu vrstvu a obecně je zátěž sítě nižší. 

Pochopení Rollupů 

Rollupy obecně poskytují robustní řešení škálování, aniž by se kdy odpojily od primárního blockchainu pro bezpečnost a dostupnost dat. V podstatě "srolují" více transakcí do jedné dávky, čímž snižují zátěž na základní vrstvě potřebné pro konsensus a dostupnost dat.

Jak Rollupy fungují:

Pokud provádíte malé převody částek kryptoměny a máte čas počkat několik minut nebo hodin na ověření vaší transakce, možná rollup nepotřebujete. Ale pokud potřebujete velké transakce, rychlejší časy potvrzení, nebo provádíte spoustu transakcí, rollupy jsou velkou výhodou.
 

K 7. říjnu 2024 se ceny plynu na takových Ethereum rollupech jako Optimism, Arbitrum a zkSync obvykle pohybovaly od 0,001 do 0,02 ETH, 0,0015 do 0,015 ETH a 0,001 do 0,005 ETH, respektive.

Proto, pokud máte kryptoměnu na Ethereum a chtěli byste ušetřit na poplatcích nebo čase, použití rollupu je rozumná volba.

Zde je to, co se obvykle děje: Otevřete svou peněženku, např. MetaMask nebo WalletConnect, a pokud je váš zůstatek držen na Ethereum mainnetu, převedete ho na rollup, jako je zkSync.

Poté můžete jednoduše posílat transakce mezi účty zkSync. Jednoduché a efektivní! Ale jak to funguje na pozadí rollupu? 

1. Zpracování mimo řetězec: V modulárních blockchainech jako Celestia se většina výpočetní práce mimo řetězec, jako je provádění transakcí a zpracování chytrých kontraktů, odehrává na vrstvě rollupu, což odlehčuje hlavnímu řetězci. Místo toho, aby se každá jednotlivá transakce prováděla přímo na hlavním blockchainu, rollupy agregují miliony transakcí do jednoho balíčku, což snižuje výpočetní zátěž. 
2. Hromadné odeslání: Jakmile jsou zpracovány mimo řetězec, jsou odeslány společně v hromadném odeslání na hlavní řetězec. Odeslání má minimální velikost a obsahuje pouze ověřovací relevantní data, která jsou mnohem menší ve srovnání se zpracováním každé transakce zvlášť na základním řetězci. 
3. Dostupnost dat na řetězci: Provádění se děje mimo řetězec, ale data musí být dostupná k ověření a dosažení konsensu. Rollupy publikují důkazy o komprimovaných datech, důkazy o platnosti nebo podvodu, aby umožnily otevřené ověřování transakcí na hlavním řetězci. Dva typy důkazů rollupu jsou k dispozici: důkazy o platnosti (používané ZK-Rollupy) a důkazy o podvodu (používané Optimistic Rollupy).
4. Závislost na bezpečnosti vrstvy 1: Rollupy stále spoléhají na bezpečnost a konsensus řetězce vrstvy 1. Pokud je rollup optimistický, kdokoli může zpochybnit platnost transakcí prostřednictvím důkazů o podvodu. V ZK-rollupech důkaz o platnosti zajišťuje, že jsou přijímány pouze platné transakce. K tomu se dostaneme za okamžik, vydržte!
5. Konečnost transakce: Jakmile je dávka transakcí vyřešena na blockchainu vrstvy 1, transakce v rámci dávky jsou konečné. V závislosti na tom, zda je rollup optimistický nebo založený na ZK, může konečnost nastat prakticky okamžitě.

Je čas mluvit o různých typech rollupů, protože jsem si jistý, že máte otázky.

Vysvětlení Optimistic Rollups

Optimism a Arbitrum jsou velmi populární implementace optimistických rollupů, ale některá další významná řešení jsou Base, Metis a Cartesi. 

Některá další významná řešení jsou Base, Metis a Cartesi.  

Optimistické rollupy jsou kategorií řešení pro škálování vrstvy 2, které mají za cíl zvýšit propustnost Ethereum prováděním transakcí mimo řetězec.

Optimistické rollupy považují transakce za platné ve výchozím nastavení, a proto název "optimistický" odkazuje na tuto metodu ověřování.

Místo ověřování všech transakcí na řetězci, optimistické rollupy jednoduše hlásí shrnutí dávky transakcí na Ethereum Layer 1, čímž odlehčují výpočetní zátěž a úložiště vrstvy 1 a snižují výpočetní a úložnou zátěž pro vrstvu 1. To je velmi odlišné od zk-rollupů, které se spoléhají na kryptografické důkazy k ověření platnosti transakcí. Bezpečnostní model optimistických rollupů je založen na důkazech o podvodu, přičemž uživatelé mohou zpochybnit podvodné transakce během sporného období. Poté, co jsou transakce vyřešeny mimo řetězec, existuje časové okno—obvykle několik týdnů—předem, kdy kdokoli může zpochybnit nejasnou transakci poskytnutím důkazu o podvodu. Při zjištění podvodu systém znovu provede transakci, aby zkontroloval, zda byla legitimní. Vyvažuje škálovatelnost a bezpečnost tím, že umožňuje většině transakcí projít bez přímého ověřování, ale s možností zrušit zlovolnou činnost. Optimistické rollupy jako Arbitrum a Optimism nabízejí výhody škálovatelnosti prostřednictvím snížení poplatků za plyn a zvýšené kapacity pro transakce, a proto jsou ideální pro dApps, které jsou optimalizovány pro snížení poplatků za plyn a rozšíření kapacity transakcí. Nevýhodou je delší doba konečnosti kvůli období výzev, což je činí méně ideálními pro časově citlivé operace.

ZK Rollups: Hluboký ponor 

Zero-Knowledge (ZK) rollupy nabízejí vysoce kvalitní řešení pro škálování, využívající kryptografické důkazy pro validaci transakcí a efektivitu, konkrétně pro Ethereum. Na rozdíl od optimistických rollupů, které předpokládají, že transakce jsou platné, dokud není prokázáno opak, ZK rollupy používají kryptografické důkazy k zajištění toho, že všechny transakce v rámci dávky jsou skutečně platné. Použití kryptografických důkazů činí ZK rollupy robustní a bezpečnou volbou, zejména pro použití, kde záleží na okamžitosti a vysoké důvěryhodnosti konečnosti. Provoz ZK rollupů zahrnuje řadu klíčových kroků. Za prvé, podobně jako optimistické rollupy, ZK rollupy provádějí transakce mimo řetězec. Rozdíl však spočívá v přístupu, jakým tyto transakce autentizují: ZK rollupy generují důkazy o platnosti (zk-SNARKs) transakcí v dávkách, což umožňuje ověřenou integritu před odesláním na hlavní řetězec. Poté, pro dávku transakcí, ZK rollupy generují krátký kryptografický důkaz nazývaný zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge). Důkaz ověřuje správnost všech transakcí v rámci dávky, aniž by odhalil jakékoli základní informace a bez nutnosti, aby hlavní blockchain ověřoval každou transakci.

Jakmile je zk-SNARK vygenerován, je třeba poslat pouze důkaz a malý segment dat specifických pro dávku na hlavní blockchain.

To snižuje množství dat a poplatky za zpracování transakcí.

Po zveřejnění hlavní blockchain kontroluje důkaz zk-SNARK proti poskytnutým datům.

Pokud je vše v pořádku, celá dávka je považována za platnou bez dalších kontrol, což vede k téměř okamžitému vyřízení.

Tento rychlý ověřovací mechanismus výrazně zlepšuje uživatelskou zkušenost, zejména pro ty případy použití, kde je čas kritický.

Z hlediska bezpečnosti a důvěry ZK rollupy dědí bezpečnost z základního blockchainu Layer 1 (např. Ethereum) a užívají si vysokou úroveň důvěry v správnost transakcí díky kryptografickým důkazům. Tento přístup snižuje možnost podvodu, který může nastat během výzvového období optimistických rollupů.

Výhody ZK rollupů jsou značné. Výrazně zlepšují škálovatelnost prostřednictvím velkého násobitele v propustnosti transakcí se sníženými náklady na plyn, protože efektivně stlačují více transakcí do jednoho důkazu. S téměř okamžitým vyřízením, které umožňují zk-SNARKy, jsou obzvlášť ideální pro aplikace, kde je třeba transakce okamžitě potvrdit, jako jsou platby a obchodování. Také ZK rollupy posilují anonymitu uživatelů, protože detaily konkrétních transakcí jsou skryty v důkazech předkládaných hlavnímu blockchainu a jsou tedy dobře přizpůsobeny aplikacím s požadavky na důvěrnost. Populární nabídky zk rollupů jako zkSync a StarkWare se staly součástí ekosystému Ethereum díky své efektivitě. Takové nabídky získaly popularitu v ekosystému Ethereum díky své efektivitě a využívání moderní technologie zero-knowledge. Poplatky za plyn zk-rollupů jako zkSync, k říjnu 2024, se pohybují mezi 0,001 ETH a 0,005 ETH, což je obrovský prodejní bod pro uživatele, kteří chtějí šetřit peníze při rychlejších transakcích.

Koncept L2-MEV

MEV, nebo Maximum Extractable Value, je zisk získaný přeuspořádáním transakcí v blockchainových sítích. Od doby, kdy byl formálně definován v dokumentu "Flash Boys 2.0" v roce 2019, je MEV palčivým tématem, zejména s příchodem L2 řešení, jako jsou rollupy. MEV je to, co se pokoušejí extrahovat arbitrážní boty v DEX transakcích, a těžaři a validátoři mohou získávat zisky z přeuspořádaných transakcí. Sekvencer také hraje dominantní roli v extrakci MEV v rollupech, spravuje pořadí transakcí a odesílání bloků na Layer 1. A problém je, že většina existujících Ethereum L2 rollupů má jednoho, jediného, centralizovaného sekvenceru, který dominuje pořadí transakcí. Centralizovaný sekvencer má velkou kontrolu nad extrakcí MEV, což ovlivňuje pořadí transakcí a zisky. Ale velikost extrakce MEV se liší mezi rollupy na základě mechanismu sekvenování. V systému Arbitrum "Kdo dřív přijde, ten dřív mele" se pořadí transakcí provádí v pořadí příjmu s menším prostorem pro manipulaci s MEV.

Sekvencer Optimismu však má vyšší míru kontroly nad pořadím transakcí, což umožňuje větší flexibilitu pro extrakci MEV.

Stejně tak má Optimism kontroly, tj. časová okna pro zveřejnění transakcí, která omezují sekvencer v maximálním využívání této moci.

S plánem zaměřeným na rollupy v Ethereum, s pohledem do budoucnosti, kdy 99 % všech věcí se bude odehrávat na L2 jako rollupy, bude nasazení rollupů s mechanismy pro zpomalení závodu o extrakci MEV klíčové pro zajištění spravedlnosti a efektivity v síti.

Vliv L2-MEV na Ethereum

Adopce Layer 2 změnila ekosystém Ethereum, zejména jak se dynamika Maximum Extractable Value (MEV) projevuje. S tím, jak Ethereum postupuje s rollupy, se dynamika sekvenování transakcí a extrakce MEV přesouvá do těchto L2 sítí, kde sekvencery, ať už centralizované nebo decentralizované, kontrolují pořadí transakcí. To vytváří řadu důsledků pro Ethereum jako celek: 

1. Škálovatelnost s kompromisy

L2 řešení jako Optimism a Arbitrum výrazně zvyšují škálovatelnost Ethereum tím, že se zbavují jeho Layer 1 blockchainu. Nicméně centralizace sekvencerů vytváří úzké místo, kde může potenciál extrakce MEV vzrůst. Plán zaměřený na rollupy v Ethereum je určen k dosažení větší škálovatelnosti, ale narušuje rovnováhu s férovým sekvenováním transakcí.

Omezené centralizované sekvencery mohou využívat pořadí transakcí na úkor decentralizačního ducha Ethereum, což může potenciálně zvyšovat ceny nebo upřednostňovat určité transakce—obětováním decentralizovaného ducha Ethereum.

2. Decentralizace sekvencerů

Jedním z existujících úsilí proti extrakci MEV je decentralizace funkce sekvenceru. Nasazení decentralizovaných sekvenčních protokolů nebo konkurenčních systémů sekvencerů může neutralizovat útoky MEV a být v souladu s decentralizačními cíli Ethereum, rollupy mohou potenciálně snížit zneužívání MEV. To je obzvlášť významné, protože Ethereum je stále více otevřeno technologiím L2. Decentralizace by byla v souladu s dlouhodobým cílem Ethereum decentralizace a zvýšila by celkovou bezpečnost v síti.

3. Ekonomické pobídky a aukce MEV

Jak se MEV stává stále běžnějším, již existují některé L2, které testují aukce MEV, ve kterých zisk z extrakce MEV se vrací validátorům nebo koncovým uživatelům, místo aby byl sklízen sekvencerem. Tento protokol by mohl přerozdělit ekonomické pobídky, aby se snížily negativní účinky MEV, takže hodnota by se vrátila do celkového ekosystému Ethereum, místo aby se soustředila pouze u několika.

4. Uživatelská zkušenost a poplatky za plyn 

Extrahování L2-MEV může vést k vyšším poplatkům za transakce a zpožděné konečnosti, zejména u rollupů s centralizovanými sekvencery, které mohou přeuspořádat transakce pro zisk, zejména u rollupů s centralizovanými sekvencery, které mohou přeuspořádat transakce pro finanční zisk. Naopak, více decentralizované nebo lépe navržené rollupy, které minimalizují extrakci MEV, mohou nabídnout levnější, rychlejší a bezpečnější zkušenost.

Nižší ceny za plyn na L2 by také mohly umožnit Ethereum dosáhnout širší adopce, přičemž výzvou je, jak zajistit spravedlnost v pořadí transakcí mezi těmito řešeními.

5. Bezpečnostní úvahy

Čím více transakcí je zpracováváno na Layer 2, tím více bude bezpečnost Ethereum záviset na technikách správy MEV v Layer 2 rollupech. Zlovolně konstruované rollupy, které usnadňují nadměrnou extrakci MEV, by mohly snížit důvěru v síť, zatímco rollupy s důkazy o podvodu/platnosti, decentralizovanými sekvencery a limity MEV zlepší bezpečnost a decentralizaci Ethereum.

Konkrétně, zatímco L2 řešení jako rollupy poskytují přesvědčivou cestu vpřed pro škálovatelnost Ethereum, vytvářejí nové problémy s L2-MEV Ethereum. Úspěch budoucnosti Ethereum založené na rollupech závisí na vyřešení těchto problémů prostřednictvím decentralizace, otevřenosti a ekonomického vyvážení, což činí Ethereum jak škálovatelné, tak spravedlivé.