Blockchain modulari e Rollup: Il futuro di Ethereum e oltre

Introduzione alle Blockchain Modulari

Prima di entrare nel vivo, devi riconoscere perché i rollup della blockchain e la modularità vengono spesso discussi insieme. La cosa più importante da capire qui è che entrambi i concetti affrontano la scomposizione delle diverse funzionalità della blockchain nel tentativo di migliorare le prestazioni. Capirai di cosa sto parlando, basta avere un po' di pazienza.

Iniziamo con le blockchain monolitiche come l'Ethereum iniziale. Queste blockchain trattano tutti i componenti chiave—consenso, smart contracts, disponibilità dei dati, esecuzione delle transazioni e regolamento—all'interno di un framework a un solo strato. Ma mentre questo design integrato funziona, crea anche sfide di scalabilità perché tutto è gestito in un solo strato, facendo affidamento sullo stesso insieme di nodi, il che porta a colli di bottiglia.

Confronta questo con le moderne blockchain modulari. Esse impiegano un meccanismo diverso scomponendo le funzioni chiave in strati specialistici dove diversi compiti vengono eseguiti su nodi diversi. Lo Strato di Regolamento, ad esempio, finalizza i risultati delle transazioni, formando un registro minimizzato nella fiducia, tipicamente in combinazione con l'esecuzione sui rollup. Il suo scopo principale è fornire verifica delle prove e risoluzione delle controversie per i rollup. Lo Strato di Disponibilità dei Dati e lo Strato di Consenso facilitano la disponibilità dei dati delle transazioni per la validazione e l'elaborazione off-chain perché, affinché la rete abbia un consenso sullo stato della blockchain, questo è cruciale. Gli Smart Contracts sono codice che viene eseguito nello strato di esecuzione, che elabora le transazioni per le dApp. E lo Strato di Esecuzione elabora le transazioni e gli smart contracts e garantisce che tutto il lavoro computazionale venga svolto in modo efficiente. I rollup sono una soluzione di scalabilità che esegue transazioni off-chain e pubblica dati su uno strato di esecuzione on-chain.

Approccio delle blockchain Monolitiche vs Modulari

Detto ciò, i rollup come Arbitrum e Optimism si sono evoluti in una soluzione di scalabilità per blockchain monolitiche come Ethereum eseguendo l'esecuzione off-chain.

Tuttavia, sono diventati essenziali in questo approccio modulare, spesso fungendo da un livello separato che elabora le transazioni e pubblica i dati di nuovo su Layer 1. Questa stretta relazione tra rollup e architettura modulare è il motivo per cui vengono frequentemente discussi insieme quando si esplora il futuro della scalabilità della blockchain. Approfondiremo questo argomento nelle sezioni seguenti! Rimanete sintonizzati. Blockchain Monolitiche vs Modulari Quindi, ora sai già che le blockchain monolitiche e le blockchain modulari sono due forme architettoniche diverse nella costruzione delle blockchain, ognuna delle quali ha i suoi pro e contro. Ma invece di parlare di teoria, rendiamo esplicite le differenze e confrontiamo alcune blockchain modulari reali con i loro equivalenti monolitici.

Inizia con blockchain monolitiche come Ethereum prima degli aggiornamenti di Ethereum 2.0, aveva problemi di scalabilità poiché i costi del gas erano troppo alti e le transazioni erano più lente a causa della congestione della rete.

Con la congestione, quando Ethereum è cresciuto, essendo in forma monolitica, con ogni nodo che elaborava e memorizzava ogni transazione, ha limitato il throughput e reso più difficile la scalabilità.

Ci sono stati numerosi aggiornamenti da allora per apportare questi miglioramenti, però. La transizione a Ethereum 2.0 ha introdotto il meccanismo di consenso proof-of-stake (PoS), abbiamo visto un aumento delle soluzioni di scalabilità Layer 2 come Optimism, Arbitrum e zkSync, tuttavia, il paradigma della blockchain modulare è relativamente nuovo e uno degli sviluppi più recenti a partire dal 2024. Una blockchain modulare, come Celestia, separa la funzionalità della blockchain in strati, come esecuzione e consenso & disponibilità dei dati. Questo porta al fatto che non ogni nodo deve più fare tutto. I nodi possono piuttosto specializzarsi in uno strato e, in generale, il carico della rete è più basso. 

Comprendere i Rollup 

I rollup forniscono generalmente una soluzione di scalabilità robusta, senza mai staccarsi dalla blockchain principale per sicurezza e disponibilità dei dati. Essenzialmente, "accumulano" più transazioni in un batch, riducendo il carico sul livello base necessario per il consenso e la disponibilità dei dati.

Come funzionano i Rollup:

Se stai effettuando piccoli trasferimenti di criptovaluta e hai tempo di aspettare alcuni minuti o ore affinché la tua transazione venga verificata, potresti non aver bisogno di un rollup. Ma se hai bisogno di transazioni grandi, tempi di conferma più rapidi, o stai effettuando molte transazioni, i rollup sono un grande vantaggio.
 

Dal 7 ottobre 2024, i prezzi del gas su rollup Ethereum come Optimism, Arbitrum e zkSync variavano solitamente da 0,001 a 0,02 ETH, da 0,0015 a 0,015 ETH e da 0,001 a 0,005 ETH, rispettivamente.

Pertanto, se hai criptovalute su Ethereum e desideri risparmiare su commissioni o tempo, utilizzare un rollup è una scelta saggia.

Ecco cosa accade tipicamente: apri il tuo wallet, ad esempio MetaMask o WalletConnect, e se il tuo saldo è detenuto sulla mainnet di Ethereum, lo trasferisci su un rollup, come zkSync.

Puoi quindi semplicemente inviare transazioni tra gli account zkSync. Semplice ed efficiente! Ma come funziona in background di un rollup? 

1. Elaborazione Off-Chain: In blockchain modulari come Celestia, la maggior parte del lavoro computazionale off-chain, come l'esecuzione di transazioni e l'elaborazione di smart contract, avviene sul layer del rollup, alleggerendo la congestione della catena principale. Invece di eseguire ogni singola transazione direttamente sulla blockchain principale, i rollup aggregano milioni di transazioni in un unico pacchetto, riducendo il sovraccarico computazionale. 
2. Invio in Batch: Una volta elaborate off-chain, vengono inviate insieme in un invio batch alla catena principale. L'invio è di dimensioni minime e contiene solo dati rilevanti per la verifica che sono molto più piccoli rispetto all'elaborazione di ogni transazione separatamente sulla catena di base. 
3. Disponibilità dei Dati On-Chain: L'esecuzione avviene off-chain, ma i dati devono essere disponibili per essere verificati e raggiungere consenso. I rollup pubblicano prove di dati compressi, Prove di Validità o Prove di Frode, per abilitare la verifica aperta delle transazioni sulla catena principale. Sono disponibili due tipi di prove di rollup: Prove di Validità (utilizzate dai ZK-Rollups) e Prove di Frode (utilizzate dai Rollup Ottimisti).
4. Dipendenza dalla Sicurezza del Layer 1: I rollup si basano ancora sulla sicurezza e sul consenso della catena Layer 1. Se il rollup è ottimista, chiunque può contestare la validità delle transazioni tramite prove di frode. Nei ZK-rollups, la prova di validità garantisce che vengano accettate solo transazioni valide. Ci arriveremo tra un attimo, resta sintonizzato!
5. Finalità delle Transazioni: Una volta che il batch di transazioni è stato regolato sulla blockchain Layer 1, le transazioni all'interno del batch sono definitive. A seconda che il rollup sia ottimista o basato su ZK, la finalità può avvenire virtualmente istantaneamente.

È tempo di parlare dei diversi tipi di rollup, perché sono sicuro che hai domande.

Rollup Ottimisti Spiegati

Optimism e Arbitrum sono implementazioni molto popolari di rollup ottimisti, ma alcune altre soluzioni notevoli sono Base, Metis e Cartesi. 

Alcune altre soluzioni notevoli sono Base, Metis e Cartesi.  

I rollup ottimisti sono una categoria di soluzione di scalabilità Layer 2 destinata ad aumentare il throughput di Ethereum eseguendo transazioni off-chain.

I rollup ottimisti considerano le transazioni valide per impostazione predefinita, ecco perché il nome "ottimista" si riferisce a questo metodo di verifica.

Invece di verificare tutte le transazioni on-chain, i rollup ottimisti riportano semplicemente un riepilogo batch di una transazione alla Layer 1 di Ethereum, alleggerendo il carico computazionale e di archiviazione della Layer 1, e diminuendo il carico computazionale e di archiviazione per la Layer 1. Questo è molto diverso dai zk-rollups che si basano su prove crittografiche per verificare la validità delle transazioni. Il modello di sicurezza dei rollup ottimisti si basa su prove di frode, con gli utenti in grado di contestare transazioni fraudolente all'interno di un periodo di disputa. Dopo che le transazioni sono state regolate off-chain, c'è una finestra di tempo—tipicamente diverse settimane—prima in cui chiunque può contestare una transazione poco chiara fornendo una prova di frode. Una volta trovata la frode, il sistema riesegue la transazione per verificare se fosse legittima o meno. Bilancia scalabilità e sicurezza consentendo alla maggior parte delle transazioni di passare senza verifica diretta, ma con i mezzi per annullare attività dannose. I rollup ottimisti come Arbitrum e Optimism offrono vantaggi di scalabilità tramite la riduzione delle commissioni di gas e una maggiore capacità per le transazioni, quindi ideali per dApp ottimizzate per ridurre le commissioni di gas e ampliare la capacità di transazione. Lo svantaggio è rappresentato da un tempo di finalità più lungo a causa del periodo di contestazione, rendendolo meno ideale per operazioni sensibili al tempo.

Rollup ZK: Un Approfondimento 

I rollup Zero-Knowledge (ZK) offrono una soluzione di alta gamma per la scalabilità, sfruttando prove crittografiche per la validazione delle transazioni e l'efficienza, specificamente per Ethereum. A differenza dei rollup ottimisti, che assumono che le transazioni siano valide fino a prova contraria, i rollup ZK utilizzano prove crittografiche per garantire che tutte le transazioni all'interno di un batch siano effettivamente valide. L'uso di prove crittografiche rende i rollup ZK una scelta sicura e robusta, specialmente per utilizzi in cui l'immediatezza e la finalità ad alta fiducia sono importanti. Il funzionamento dei rollup ZK coinvolge una serie di passaggi chiave. Innanzitutto, simile ai rollup ottimisti, i rollup ZK eseguono transazioni off-chain. La distinzione, tuttavia, risiede nell'approccio con cui autenticano queste transazioni: i rollup ZK generano prove di validità (zk-SNARKs) delle transazioni in batch, consentendo l'integrità verificata prima di essere inviate alla catena principale. Poi, per un batch di transazioni, i rollup ZK generano una breve prova crittografica chiamata zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge). La prova verifica la correttezza di tutte le transazioni all'interno di un batch senza esporre alcuna informazione sottostante e senza richiedere alla blockchain principale di convalidare ogni transazione.

Una volta generato lo zk-SNARK, è necessario inviare solo la prova e un piccolo segmento di dati specifici per il batch alla blockchain principale.

Questo riduce la quantità di dati e le commissioni di gas per l'elaborazione delle transazioni.

Dopo la pubblicazione, la blockchain principale verifica la prova zk-SNARK rispetto ai dati forniti.

Se tutto è in ordine, l'intero batch viene considerato valido senza ulteriori controlli, risultando in una finalità quasi istantanea.

Questo meccanismo di verifica rapida migliora notevolmente l'esperienza dell'utente, in particolare per quei casi d'uso in cui il tempo è critico.

Dal punto di vista della sicurezza e della fiducia, i rollup ZK ereditano la sicurezza dalla blockchain di base Layer 1 (ad esempio, Ethereum) e godono di un alto livello di fiducia nella correttezza delle transazioni grazie alle prove crittografiche. Questo approccio diminuisce la possibilità di frodi che possono verificarsi durante il periodo di sfida dei rollup ottimistici.

I vantaggi dei rollup ZK sono considerevoli. Migliorano notevolmente la scalabilità attraverso un grande moltiplicatore nel throughput delle transazioni con costi di gas ridotti poiché comprimono efficacemente più transazioni in una sola prova. Con la finalità quasi istantanea resa possibile dagli zk-SNARK, sono particolarmente ideali per applicazioni in cui le transazioni devono essere confermate immediatamente, come pagamenti e trading. Inoltre, i rollup ZK rafforzano l'anonimato degli utenti poiché i dettagli delle transazioni specifiche sono nascosti all'interno delle prove presentate alla blockchain principale e sono quindi ben adattati ad applicazioni con requisiti di riservatezza. Offerte popolari di zk rollup come zkSync e StarkWare sono diventate parte dell'ecosistema Ethereum grazie alla loro efficienza. Tali offerte hanno guadagnato terreno all'interno dell'ecosistema Ethereum grazie alla loro efficienza e all'impiego di tecnologie zero-knowledge all'avanguardia. Le commissioni di gas dei rollup zk come zkSync, a partire da ottobre 2024, variano tra 0,001 ETH e 0,005 ETH, il che rappresenta un grande punto di forza per gli utenti che cercano di risparmiare denaro mentre effettuano transazioni a un ritmo più veloce.

Il Concetto di L2-MEV

MEV, o Maximum Extractable Value, è il profitto ottenuto dalla riorganizzazione delle transazioni nelle reti blockchain. Da quando è stato formalmente definito nel documento "Flash Boys 2.0" nel 2019, il MEV è stato un argomento scottante, in particolare con l'avvento delle soluzioni L2 come i rollup. Il MEV è ciò che i bot di arbitraggio cercano di estrarre nelle transazioni DEX, e i miner e i validatori possono accumulare profitti dalle transazioni riorganizzate. Il sequencer gioca anche un ruolo dominante nell'estrazione del MEV nei rollup, gestendo l'ordinamento delle transazioni e la sottomissione dei blocchi a Layer 1. E il problema è che la maggior parte dei rollup L2 esistenti su Ethereum ha un unico sequencer centralizzato che domina l'ordinamento delle transazioni. Il sequencer centralizzato ha un grande controllo sull'estrazione del MEV, influenzando l'ordinamento delle transazioni e i profitti. Ma la dimensione del MEV estraibile varia tra i rollup in base al meccanismo di sequenziamento. Nel sistema First Come, First Served di Arbitrum, l'ordinamento delle transazioni avviene in ordine di ricezione con meno margine per la manipolazione del MEV.

Tuttavia, il sequencer di Optimism possiede un grado maggiore di controllo sull'ordinamento delle transazioni, consentendo una maggiore flessibilità per l'estrazione del MEV.

Tuttavia, Optimism ha dei controlli, cioè finestre temporali per la pubblicazione delle transazioni, che limitano il sequencer dall'esercitare questo potere al massimo.

Con la roadmap orientata ai rollup di Ethereum, guardando al futuro in cui il 99% di tutte le cose si svolgerà su L2 man mano che i rollup prenderanno forma, sarà cruciale implementare rollup con meccanismi per ridurre la corsa all'estrazione del MEV per garantire equità ed efficienza nella rete.

Impatto del L2-MEV su Ethereum

L'adozione di Layer 2 ha cambiato l'ecosistema di Ethereum, specialmente il modo in cui si verificano le dinamiche del Maximum Extractable Value (MEV). Con Ethereum che scala in avanti con i rollup, il sequenziamento delle transazioni e le dinamiche di estrazione del MEV si spostano in queste reti L2, dove i sequencer, siano essi centralizzati o decentralizzati, controllano l'ordine delle transazioni. Questo crea una serie di implicazioni per Ethereum nel suo complesso: 

1. Scalabilità con Compromessi

Le soluzioni L2 come Optimism e Arbitrum migliorano notevolmente la scalabilità di Ethereum liberandosi dalla sua blockchain Layer 1. Tuttavia, la centralizzazione dei sequencer dà origine a un collo di bottiglia in cui il potenziale di estrazione del MEV può aumentare. La roadmap centrata sui rollup di Ethereum è destinata a fornire una maggiore scalabilità ma interrompe l'equilibrio con un ordinamento equo delle transazioni.

Sequencer centralizzati senza vincoli possono approfittare dell'ordinamento delle transazioni a scapito dello spirito di decentralizzazione di Ethereum, potenzialmente facendo aumentare i prezzi o favorendo determinate transazioni, sacrificando lo spirito decentralizzato di Ethereum.

2. Decentralizzazione dei Sequencer

Uno degli sforzi esistenti contro l'estrazione del MEV è la decentralizzazione della funzione di sequencer. Implementare protocolli di sequenziamento decentralizzati o sistemi di sequencer competitivi può neutralizzare gli attacchi del MEV e allinearsi con gli obiettivi di decentralizzazione di Ethereum, i rollup possono potenzialmente ridurre l'abuso del MEV. Questo è particolarmente significativo poiché Ethereum è sempre più aperto alle tecnologie L2. La decentralizzazione sarebbe in linea con l'obiettivo a lungo termine di Ethereum di decentralizzazione e aumenterebbe la sicurezza complessiva nella rete.

3. Incentivi Economici e Aste MEV

Man mano che il MEV diventa più prevalente, ci sono già alcune L2 che stanno testando le aste MEV, in cui il profitto dell'estrazione del MEV torna ai validatori o agli utenti finali piuttosto che essere raccolto dal sequencer. Questo protocollo potrebbe ridistribuire incentivi economici per declassare gli effetti negativi del MEV, in modo che il valore torni all'intero ecosistema di Ethereum piuttosto che concentrarsi solo su pochi. 

4. Esperienza Utente e Commissioni di Gas 

L'estrazione del L2-MEV può portare a commissioni di transazione più elevate e a una finalità ritardata, in particolare sui rollup con sequencer centralizzati che possono riorganizzare le transazioni per profitto, in particolare sui rollup con sequencer centralizzati che possono riorganizzare le transazioni per guadagno finanziario. Al contrario, rollup più decentralizzati o più ingegnerizzati che minimizzano l'estrazione del MEV possono offrire un'esperienza a costi inferiori, con minore latenza e maggiore sicurezza.

Prezzi del gas più bassi su L2 potrebbero anche consentire a Ethereum di raggiungere un'adozione più ampia, ma la sfida è come garantire equità nell'ordinamento delle transazioni tra queste soluzioni.

5. Considerazioni sulla Sicurezza

Più transazioni vengono elaborate su Layer 2, più la sicurezza di Ethereum dipenderà dalle tecniche di gestione del MEV nei rollup Layer 2. Rollup costruiti in modo malevolo che facilitano un'eccessiva estrazione del MEV potrebbero diminuire la fiducia nella rete, mentre i rollup con prove di frode/validità, sequencer decentralizzati e limiti sul MEV miglioreranno la sicurezza e la decentralizzazione di Ethereum.

Specificamente, mentre le soluzioni L2 come i rollup offrono un percorso convincente per la scalabilità di Ethereum, creano nuovi problemi di L2-MEV di Ethereum. Il successo del futuro basato sui rollup di Ethereum dipende dalla risoluzione di questi problemi attraverso la decentralizzazione, l'apertura e il riequilibrio economico, rendendo Ethereum sia scalabile che equo.