Blockchain Modular dan Rollups: Masa Depan Ethereum dan Seterusnya

Pengenalan ke Blockchain Modular

Sebelum kita masuk ke dalamnya, Anda perlu mengenali mengapa rollup blockchain dan modularitas sering dibahas bersama. Hal terpenting yang perlu disadari di sini adalah bahwa kedua konsep ini menangani pemisahan berbagai fungsionalitas blockchain dalam upaya untuk meningkatkan kinerja. Anda akan memahami apa yang saya bicarakan, cukup bersabar sedikit lebih lama.

Mari kita mulai dengan blockchain monolitik seperti Ethereum awal. Blockchain ini memperlakukan semua komponen kunci—konsensus, kontrak pintar, ketersediaan data, eksekusi transaksi, dan penyelesaian—dalam kerangka satu lapisan. Namun, meskipun desain terintegrasi ini berfungsi, ia juga menciptakan tantangan skalabilitas karena semuanya ditangani dalam satu lapisan, bergantung pada satu set node yang sama, yang mengakibatkan kemacetan.

Bandingkan itu dengan blockchain modular modern. Mereka menggunakan mekanisme yang berbeda dengan memecah fungsi kunci menjadi lapisan spesialis di mana tugas yang berbeda dieksekusi pada node yang berbeda. Lapisan Penyelesaian, misalnya, menyelesaikan hasil transaksi, membentuk buku besar yang diminimalkan kepercayaan, biasanya dalam kombinasi dengan eksekusi pada rollup. Tujuan utamanya adalah untuk menyediakan verifikasi bukti dan resolusi sengketa untuk rollup. Lapisan Ketersediaan Data dan Lapisan Konsensus memfasilitasi agar data transaksi tersedia untuk validasi dan pemrosesan off-chain karena, agar jaringan memiliki konsensus tentang keadaan blockchain, ini sangat penting. Kontrak Pintar adalah kode yang dieksekusi di lapisan eksekusi, yang memproses transaksi untuk dApps. Dan Lapisan Eksekusi memproses transaksi dan kontrak pintar dan memastikan semua pekerjaan komputasi dilakukan dengan efisien. Rollup adalah solusi skalabilitas yang mengeksekusi transaksi off-chain dan memposting data ke lapisan eksekusi on-chain.

Pendekatan Blockchain Monolitik vs Modular

Dengan semua yang telah dikatakan, rollup seperti Arbitrum dan Optimism berkembang menjadi solusi penskalaan untuk blockchain monolitik seperti Ethereum dengan melakukan eksekusi di luar rantai.

Namun, mereka telah menjadi penting dalam pendekatan modular ini, sering kali berfungsi sebagai lapisan terpisah yang memproses transaksi dan menerbitkan data kembali ke Layer 1. Hubungan dekat antara rollup dan arsitektur modular adalah mengapa mereka sering dibahas bersama ketika menjelajahi masa depan skalabilitas blockchain. Kami akan membahas topik ini lebih dalam di bagian berikutnya! Tetap disini. Blockchain Monolitik vs Modular Jadi, Anda sudah tahu sekarang bagaimana blockchain monolitik dan blockchain modular adalah dua bentuk arsitektur yang berbeda dalam membangun blockchain, masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Tetapi alih-alih membicarakan teori, mari kita buat perbedaan ini eksplisit dan membandingkan beberapa blockchain modular yang digunakan secara nyata dengan yang monolitik.

Mulailah dengan blockchain monolitik seperti Ethereum sebelum pembaruan Ethereum 2.0, yang memiliki masalah dengan skalabilitas karena biaya gas terlalu tinggi dan transaksi lebih lambat karena kemacetan jaringan.

Dengan kemacetan, ketika Ethereum tumbuh, karena berada dalam bentuk monolitik, dengan setiap node memproses dan menyimpan setiap transaksi, hal ini membatasi throughput dan membuat skala menjadi lebih sulit.

Sejak saat itu, telah ada banyak pembaruan untuk membuat perbaikan ini. Transisi ke Ethereum 2.0 memperkenalkan mekanisme konsensus proof-of-stake (PoS), kami telah melihat lonjakan dalam solusi skala Layer 2 seperti Optimism, Arbitrum, dan zkSync, namun, paradigma blockchain modular relatif baru dan merupakan salah satu perkembangan terbaru pada tahun 2024. Blockchain modular, seperti Celestia, memisahkan fungsionalitas blockchain menjadi lapisan, seperti eksekusi dan konsensus & ketersediaan data. Ini mengarah pada aspek bahwa tidak setiap node harus melakukan semuanya lagi. Node dapat lebih berspesialisasi dalam satu lapisan, dan secara umum beban jaringan lebih rendah. 

Memahami Rollup 

Rollup umumnya menyediakan solusi skala yang kuat, tanpa pernah terputus dari blockchain utama untuk keamanan dan ketersediaan data. Pada dasarnya, mereka "menggulung" beberapa transaksi dalam satu batch, mengurangi beban pada lapisan dasar yang diperlukan untuk konsensus dan ketersediaan data.

Bagaimana Rollup Bekerja:

Jika Anda melakukan transfer kecil jumlah cryptocurrency dan memiliki waktu untuk menunggu beberapa menit atau jam agar transaksi Anda diverifikasi, Anda mungkin tidak memerlukan rollup. Tetapi jika Anda memerlukan transaksi besar, waktu konfirmasi yang lebih cepat, atau melakukan banyak transaksi, rollup adalah keuntungan besar.
 

Per 7 Oktober 2024, harga gas pada rollup Ethereum seperti Optimism, Arbitrum, dan zkSync biasanya berkisar antara 0.001 hingga 0.02 ETH, 0.0015 hingga 0.015 ETH, dan 0.001 hingga 0.005 ETH, masing-masing.

Oleh karena itu, jika Anda memiliki crypto di Ethereum dan ingin menghemat biaya atau waktu, menggunakan rollup adalah pilihan yang bijak.

Inilah yang biasanya terjadi: Anda membuka dompet Anda, misalnya, MetaMask atau WalletConnect, dan jika saldo Anda disimpan di mainnet Ethereum, Anda menjembatani ke rollup, seperti zkSync.

Anda kemudian dapat dengan mudah mengirim transaksi antara akun zkSync. Sederhana dan efisien! Tapi bagaimana cara kerjanya di latar belakang rollup? 

1. Proses Off-Chain: Dalam blockchain modular seperti Celestia, sebagian besar pekerjaan komputasi off-chain, seperti eksekusi transaksi dan pemrosesan kontrak pintar, terjadi di lapisan rollup, mengurangi kemacetan rantai utama. Alih-alih mengeksekusi setiap transaksi secara langsung di blockchain utama, rollup menggabungkan jutaan transaksi menjadi satu bundel, yang mengurangi beban komputasi. 
2. Pengiriman Batch: Setelah diproses off-chain, mereka dikirim bersama dalam pengiriman batch ke rantai utama. Pengiriman ini berukuran minimal dan hanya berisi data yang relevan untuk verifikasi yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan memproses setiap transaksi secara terpisah di rantai dasar. 
3. Ketersediaan Data On-Chain: Eksekusi dilakukan off-chain, tetapi data harus tersedia untuk diverifikasi dan mencapai konsensus. Rollup menerbitkan bukti data terkompresi, Bukti Validitas atau Bukti Penipuan, untuk memungkinkan verifikasi transaksi terbuka di rantai utama. Dua jenis bukti rollup tersedia: Bukti Validitas (digunakan oleh ZK-Rollups) dan Bukti Penipuan (digunakan oleh Optimistic Rollups).
4. Ketergantungan Keamanan Layer 1: Rollup masih bergantung pada keamanan dan konsensus dari rantai Layer 1. Jika rollup bersifat optimis, siapa pun dapat menantang validitas transaksi melalui bukti penipuan. Dalam ZK-rollups, bukti validitas memastikan bahwa hanya transaksi yang valid yang diterima. Kita akan membahas itu sebentar lagi, tunggu sebentar!
5. Finalitas Transaksi: Setelah batch transaksi diselesaikan di blockchain Layer 1, transaksi dalam batch tersebut menjadi final. Tergantung pada apakah rollup bersifat optimis atau berbasis ZK, finalitas dapat terjadi hampir seketika.

Saatnya membahas berbagai jenis rollup, karena saya yakin Anda memiliki pertanyaan.

Penjelasan Optimistic Rollups

Optimism dan Arbitrum adalah implementasi rollup optimis yang sangat populer, tetapi beberapa solusi notable lainnya adalah Base, Metis, dan Cartesi. 

Beberapa solusi notable lainnya adalah Base, Metis, dan Cartesi.  

Optimistic rollups adalah kategori solusi penskalaan Layer 2 yang dimaksudkan untuk meningkatkan throughput Ethereum dengan mengeksekusi transaksi off-chain.

Optimistic rollups menganggap transaksi sebagai valid secara default, dan oleh karena itu nama "optimis" untuk merujuk pada metode verifikasi ini.

Alih-alih memverifikasi semua transaksi di on-chain, optimistic rollups hanya melaporkan ringkasan batch dari transaksi ke Ethereum Layer 1, mengurangi beban komputasi dan penyimpanan Layer 1, serta mengurangi beban komputasi dan penyimpanan untuk Layer 1. Itu sangat berbeda dari zk-rollups yang bergantung pada bukti kriptografi untuk memverifikasi validitas transaksi. Model keamanan dari optimistic rollups didasarkan pada bukti penipuan, dengan pengguna dapat menantang transaksi yang curang dalam periode sengketa. Setelah transaksi diselesaikan off-chain, ada jendela waktu—biasanya beberapa minggu—di mana siapa pun dapat membantah transaksi yang tidak jelas dengan memberikan bukti penipuan. Setelah menemukan penipuan, sistem mengeksekusi ulang transaksi untuk memeriksa apakah itu sah atau tidak. Ini menyeimbangkan skalabilitas dan keamanan dengan memungkinkan sebagian besar transaksi berjalan tanpa verifikasi langsung, tetapi dengan cara untuk membatalkan aktivitas jahat. Optimistic rollups seperti Arbitrum dan Optimism menawarkan manfaat skalabilitas melalui pengurangan biaya gas dan kapasitas transaksi yang ditingkatkan, sehingga ideal untuk dApps yang dioptimalkan untuk mengurangi biaya gas dan memperluas kapasitas transaksi. Kerugiannya adalah dalam bentuk waktu finalitas yang lebih lama karena periode tantangan, menjadikannya kurang ideal untuk operasi yang sensitif terhadap waktu.

ZK Rollups: Penjelasan Mendalam 

Zero-Knowledge (ZK) rollups menawarkan solusi tingkat tinggi untuk penskalaan, memanfaatkan bukti kriptografi untuk validasi transaksi dan efisiensi, khususnya untuk Ethereum. Berbeda dengan optimistic rollups, yang menganggap transaksi valid sampai terbukti sebaliknya, ZK rollups menggunakan bukti kriptografi untuk memastikan bahwa semua transaksi dalam satu batch benar-benar valid. Penggunaan bukti kriptografi menjadikan ZK rollups pilihan yang aman dan kuat, terutama untuk penggunaan di mana kecepatan dan finalitas yang sangat dipercaya penting. Operasi ZK rollups melibatkan serangkaian langkah kunci. Pertama, mirip dengan optimistic rollups, ZK rollups mengeksekusi transaksi off-chain. Namun, perbedaannya terletak pada pendekatan yang mereka gunakan untuk mengautentikasi transaksi ini: ZK rollups menghasilkan bukti validitas (zk-SNARKs) dari transaksi dalam batch, memungkinkan integritas yang terverifikasi sebelum diajukan ke rantai utama. Kemudian, untuk batch transaksi, ZK rollups menghasilkan bukti kripto singkat yang disebut zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge). Bukti ini memverifikasi kebenaran semua transaksi dalam satu batch tanpa mengungkapkan informasi yang mendasari dan tanpa memerlukan blockchain utama untuk memvalidasi setiap transaksi.

Setelah zk-SNARK dihasilkan, hanya bukti dan segmen kecil dari data spesifik batch yang perlu dikirim ke blockchain utama.

Ini mengurangi jumlah data dan biaya gas untuk memproses transaksi.

Setelah diposting, blockchain utama memeriksa bukti zk-SNARK terhadap data yang diberikan.

Jika valid, seluruh batch dianggap sah tanpa pemeriksaan lebih lanjut, menghasilkan finalitas yang hampir instan.

Mekanisme verifikasi cepat ini sangat meningkatkan pengalaman pengguna, terutama untuk kasus penggunaan di mana waktu sangat penting.

Dari segi keamanan dan kepercayaan, ZK rollups mewarisi keamanan dari blockchain Layer 1 dasar (misalnya, Ethereum) dan menikmati tingkat kepercayaan yang tinggi dalam kebenaran transaksi karena bukti kriptografi. Pendekatan ini mengurangi kemungkinan penipuan yang dapat terjadi selama periode tantangan dari optimistic rollups.

Keuntungan ZK rollups sangat besar. Mereka sangat meningkatkan skalabilitas melalui pengganda besar dalam throughput transaksi dengan biaya gas yang berkurang karena mereka secara efektif memadatkan beberapa transaksi menjadi satu bukti. Dengan finalitas hampir instan yang dimungkinkan oleh zk-SNARKs, mereka sangat ideal untuk aplikasi di mana transaksi perlu dikonfirmasi segera, seperti pembayaran dan perdagangan. Selain itu, ZK rollups memperkuat anonimitas pengguna karena rincian transaksi tertentu tersembunyi dalam bukti yang disajikan kepada blockchain utama dan oleh karena itu sangat cocok untuk aplikasi dengan persyaratan kerahasiaan. Penawaran zk rollup yang populer seperti zkSync dan StarkWare telah menjadi bagian dari ekosistem Ethereum karena efisiensinya. Penawaran semacam itu telah mendapatkan perhatian dalam ekosistem Ethereum karena efisien dan menggunakan teknologi zero-knowledge modern. Biaya gas zk-rollups seperti zkSync, per Oktober 2024, berkisar antara 0.001 ETH dan 0.005 ETH, yang merupakan poin penjualan besar bagi pengguna yang ingin menghemat uang saat bertransaksi dengan kecepatan lebih cepat.

Konsep L2-MEV

MEV, atau Maximum Extractable Value, adalah keuntungan yang diperoleh dari pengurutan ulang transaksi dalam jaringan blockchain. Sejak secara resmi didefinisikan dalam makalah "Flash Boys 2.0" pada tahun 2019, MEV telah menjadi topik hangat, terutama dengan munculnya solusi L2 seperti rollups. MEV adalah apa yang coba diekstrak oleh bot arbitrase dalam transaksi DEX, dan penambang serta validator dapat mengakumulasi keuntungan dari transaksi yang diurutkan ulang. Sequencer juga memainkan peran dominan dalam ekstraksi MEV dalam rollups, mengelola pengurutan transaksi dan pengiriman blok ke Layer 1. Dan masalahnya adalah sebagian besar rollup Ethereum L2 yang ada memiliki satu, sequencer terpusat yang mendominasi pengurutan transaksi. Sequencer terpusat memiliki kontrol besar atas ekstraksi MEV, mempengaruhi pengurutan transaksi dan keuntungan. Namun, ukuran MEV yang dapat diekstrak bervariasi antara rollups berdasarkan mekanisme pengurutan. Dalam sistem First Come, First Served Arbitrum, pengurutan transaksi terjadi dalam urutan penerimaan dengan ruang yang lebih sedikit untuk manipulasi MEV.

Sementara itu, sequencer Optimism memiliki tingkat kontrol pengurutan transaksi yang lebih tinggi, memungkinkan fleksibilitas yang lebih besar untuk ekstraksi MEV.

Namun, Optimism memiliki pemeriksaan, yaitu jendela waktu untuk memposting transaksi, yang membatasi sequencer dari memaksimalkan kekuatan ini.

Dengan peta jalan yang berorientasi rollup Ethereum, melihat ke depan ke masa depan ketika 99% dari semua hal akan terjadi di L2 saat rollups mengambil bentuk penuh, menerapkan rollups dengan mekanisme untuk mengurangi perlombaan ekstraksi MEV akan sangat penting untuk memastikan keadilan dan efisiensi di jaringan.

Dampak L2-MEV pada Ethereum

Adopsi Layer 2 telah mengubah ekosistem Ethereum, terutama bagaimana dinamika Maximum Extractable Value (MEV) terjadi. Dengan Ethereum yang berkembang dengan rollups, pengurutan transaksi dan dinamika ekstraksi MEV bergeser ke jaringan L2 ini, di mana sequencer, baik terpusat maupun terdesentralisasi, mengontrol urutan transaksi. Ini menciptakan serangkaian implikasi bagi Ethereum secara keseluruhan: 

1. Skalabilitas dengan Trade-Offs

Solusi L2 seperti Optimism dan Arbitrum secara signifikan meningkatkan skalabilitas Ethereum dengan mengurangi blockchain Layer 1-nya. Namun, sentralisasi sequencer menimbulkan bottleneck di mana potensi ekstraksi MEV dapat meningkat. Peta jalan yang berfokus pada rollup Ethereum pasti akan memberikan skalabilitas yang lebih besar tetapi mengganggu keseimbangan dengan pengurutan transaksi yang adil.

Sequencer terpusat yang tidak terikat dapat memanfaatkan pengurutan transaksi dengan mengorbankan semangat desentralisasi Ethereum, yang berpotensi mendorong harga lebih tinggi atau memfavoritkan transaksi tertentu—mengorbankan semangat desentralisasi Ethereum.

2. Desentralisasi Sequencer

Salah satu upaya yang ada melawan ekstraksi MEV adalah mendesentralisasikan fungsi sequencer. Menerapkan protokol pengurutan terdesentralisasi atau sistem sequencer kompetitif dapat menetralkan serangan MEV dan sejalan dengan tujuan desentralisasi Ethereum, rollups dapat berpotensi mengurangi penyalahgunaan MEV. Ini sangat signifikan karena Ethereum semakin terbuka terhadap teknologi L2. Desentralisasi akan sejalan dengan tujuan jangka panjang Ethereum untuk desentralisasi dan meningkatkan keamanan secara keseluruhan di jaringan.

3. Insentif Ekonomi dan Lelang MEV

Seiring MEV menjadi lebih umum, sudah ada beberapa L2 yang menguji lelang MEV, di mana keuntungan dari ekstraksi MEV kembali kepada validator atau pengguna akhir daripada diambil oleh sequencer. Protokol ini dapat menerapkan kembali insentif ekonomi untuk mengurangi efek buruk dari MEV, sehingga nilai akan kembali ke ekosistem Ethereum secara keseluruhan daripada hanya terkonsentrasi pada beberapa pihak. 

4. Pengalaman Pengguna dan Biaya Gas 

Ekstraksi L2-MEV dapat menyebabkan biaya transaksi yang lebih tinggi dan finalitas yang tertunda, terutama pada rollups dengan sequencer terpusat yang dapat mengurutkan ulang transaksi untuk keuntungan, terutama pada rollups dengan sequencer terpusat yang dapat mengurutkan ulang transaksi untuk keuntungan finansial. Sebaliknya, rollups yang lebih terdesentralisasi atau lebih terencana yang meminimalkan ekstraksi MEV dapat memberikan pengalaman yang lebih murah, dengan latensi lebih rendah, dan lebih aman.

Harga gas yang lebih rendah di L2 juga mungkin memungkinkan Ethereum untuk mencapai adopsi yang lebih luas, namun tantangannya adalah bagaimana memastikan keadilan dalam pengurutan transaksi di antara solusi-solusi ini.

5. Pertimbangan Keamanan

Semakin banyak transaksi yang diproses di Layer 2, semakin banyak keamanan Ethereum akan bergantung pada teknik manajemen MEV dalam rollups Layer 2. Rollups yang dibangun secara jahat yang memfasilitasi ekstraksi MEV yang berlebihan dapat mengurangi kepercayaan pada jaringan, sementara Rollups dengan bukti penipuan/validitas, sequencer terdesentralisasi, dan batas MEV akan meningkatkan keamanan dan desentralisasi Ethereum.

Secara khusus, sementara solusi L2 seperti rollups memberikan jalur yang menarik untuk skalabilitas Ethereum, mereka menciptakan masalah baru dari L2-MEV Ethereum. Keberhasilan masa depan berbasis rollup Ethereum bergantung pada penyelesaian masalah ini melalui desentralisasi, keterbukaan, dan penyeimbangan ekonomi, menjadikan Ethereum baik skalabel dan adil.