Modularne blockchainy i rollupy: Przyszłość Ethereum i nie tylko

Wprowadzenie do modularnych blockchainów

Zanim przejdziemy do sedna, musisz zrozumieć, dlaczego rollupy blockchainowe i modularność są często omawiane razem. Najważniejsze jest to, że oba te pojęcia dotyczą rozdzielania różnych funkcji blockchaina w celu poprawy wydajności. Zrozumiesz, o czym mówię, tylko wytrzymaj jeszcze chwilę.

Zacznijmy od monolitycznych blockchainów, takich jak początkowy Ethereum. Te blockchainy traktują wszystkie kluczowe komponenty—konsensus, inteligentne kontrakty, dostępność danych, wykonanie transakcji i rozliczenie—w ramach jednowarstwowej struktury. Chociaż ten zintegrowany projekt działa, tworzy również wyzwania związane ze skalowalnością, ponieważ wszystko jest rozwiązywane w jednej warstwie, polegając na tym samym zestawie węzłów, co prowadzi do wąskich gardeł.

Porównaj to z nowoczesnymi modularnymi blockchainami. Stosują one inny mechanizm, dzieląc kluczowe funkcje na specjalistyczne warstwy, gdzie różne zadania są wykonywane na różnych węzłach. Warstwa rozliczeniowa, na przykład, finalizuje wyniki transakcji, tworząc zaufany, zminimalizowany rejestr, zazwyczaj w połączeniu z wykonaniem na rollupach. Jej głównym celem jest zapewnienie weryfikacji dowodów i rozwiązywania sporów dla rollupów. Warstwa dostępności danych i warstwa konsensusu ułatwiają, aby dane transakcji były dostępne do walidacji i przetwarzania off-chain, ponieważ aby sieć miała konsensus co do stanu blockchaina, jest to kluczowe. Inteligentne kontrakty to kod, który wykonuje się na warstwie wykonawczej, która przetwarza transakcje dla dApps. A warstwa wykonawcza przetwarza transakcje i inteligentne kontrakty oraz zapewnia, że cała praca obliczeniowa jest wykonywana efektywnie. Rollupy to rozwiązanie skalujące, które wykonuje transakcje off-chain i przesyła dane do warstwy wykonawczej on-chain.

Monolityczne vs Modularne podejście do blockchainów

Jak już wspomniano, rollupy takie jak Arbitrum i Optimism ewoluowały w rozwiązanie skalujące dla monolitycznych blockchainów, takich jak Ethereum, wykonując operacje poza łańcuchem.

Jednak stały się one niezbędne w tym modularnym podejściu, często pełniąc rolę oddzielnej warstwy, która przetwarza transakcje i publikuje dane z powrotem do Warstwy 1. Ta bliska relacja między rollupami a architekturą modularną jest powodem, dla którego często omawia się je razem, badając przyszłość skalowalności blockchainów. Zgłębimy ten temat w kolejnych sekcjach! Bądźcie czujni. Monolityczne vs Modularne Blockchainy Więc już wiesz, że monolityczne blockchainy i modularne blockchainy to dwie różne formy architektoniczne w budowie blockchainów, z których każda ma swoje zalety i wady. Ale zamiast mówić o teorii, sprawdźmy różnice i porównajmy kilka rzeczywistych modularnych blockchainów z ich monolitycznymi odpowiednikami.

Rozpocznij od monolitycznych blockchainów, takich jak Ethereum, przed aktualizacjami Ethereum 2.0, które miały problemy ze skalowalnością, ponieważ koszty gazu były zbyt wysokie, a transakcje były wolniejsze z powodu zatorów w sieci.

Wraz z zatorami, gdy Ethereum rosło, ponieważ było w formie monolitycznej, z każdym węzłem przetwarzającym i przechowującym każdą transakcję, ograniczało to przepustowość i utrudniało skalowanie.

Od tego czasu było wiele aktualizacji, aby wprowadzić te ulepszenia. Przejście na Ethereum 2.0 wprowadziło mechanizm konsensusu proof-of-stake (PoS), zaobserwowaliśmy wzrost rozwiązań skalowania warstwy 2, takich jak Optimism, Arbitrum i zkSync, jednak paradygmat modularnego blockchaina jest stosunkowo nowy i jednym z najnowszych osiągnięć na rok 2024. Modularny blockchain, taki jak Celestia, oddziela funkcjonalność blockchaina na warstwy, takie jak wykonanie oraz konsensus i dostępność danych. To prowadzi do sytuacji, w której nie każdy węzeł musi już robić wszystko. Węzły mogą raczej specjalizować się w jednej warstwie, a ogólnie obciążenie sieci jest mniejsze. 

Zrozumienie Rollupów 

Rollupy zazwyczaj zapewniają solidne rozwiązanie skalowania, nigdy nie odłączając się od głównego blockchaina dla bezpieczeństwa i dostępności danych. Zasadniczo "rolują" wiele transakcji w paczkę, zmniejszając obciążenie na warstwie bazowej wymaganej do konsensusu i dostępności danych.

Jak działają Rollupy:

Jeśli wykonujesz małe transfery kryptowalut i masz czas, aby poczekać kilka minut lub godzin na weryfikację swojej transakcji, być może nie potrzebujesz rollupa. Ale jeśli potrzebujesz dużych transakcji, szybszych czasów potwierdzenia lub wykonujesz wiele transakcji, rollupy są dużą zaletą.
 

Na dzień 7 października 2024 roku, ceny gazu na takich rollupach Ethereum jak Optimism, Arbitrum i zkSync zazwyczaj wahały się od 0.001 do 0.02 ETH, 0.0015 do 0.015 ETH oraz 0.001 do 0.005 ETH, odpowiednio.

Dlatego, jeśli masz kryptowaluty na Ethereum i chciałbyś zaoszczędzić na opłatach lub czasie, korzystanie z rollupa to mądry wybór.

Oto co zazwyczaj się dzieje: Otwierasz swój portfel, np. MetaMask lub WalletConnect, a jeśli twoje saldo jest przechowywane na głównym łańcuchu Ethereum, przenosisz je na rollup, taki jak zkSync.

Następnie możesz po prostu wysyłać transakcje między kontami zkSync. Proste i efektywne! Ale jak to działa w tle rollupa? 

1. Przetwarzanie Off-Chain: W modułowych blockchainach takich jak Celestia, większość pracy obliczeniowej off-chain, takiej jak wykonywanie transakcji i przetwarzanie smart kontraktów, odbywa się na warstwie rollupa, odciążając główny łańcuch. Zamiast wykonywać każdą pojedynczą transakcję bezpośrednio na głównym blockchainie, rollupy agregują miliony transakcji w jeden pakiet, co zmniejsza obciążenie obliczeniowe. 
2. Przesyłanie wsadowe: Po przetworzeniu off-chain, są one wysyłane razem w przesyłce wsadowej do głównego łańcucha. Przesyłka ma minimalny rozmiar i zawiera tylko dane istotne dla weryfikacji, które są znacznie mniejsze w porównaniu do przetwarzania każdej transakcji osobno na podstawowym łańcuchu. 
3. Dostępność danych on-chain: Wykonanie odbywa się off-chain, ale dane muszą być dostępne do weryfikacji i osiągnięcia konsensusu. Rollupy publikują dowody skompresowanych danych, dowody ważności lub dowody oszustwa, aby umożliwić otwartą weryfikację transakcji na głównym łańcuchu. Dostępne są dwa rodzaje dowodów rollupa: dowody ważności (używane przez ZK-Rollupy) i dowody oszustwa (używane przez Optymistyczne Rollupy).
4. Zależność od bezpieczeństwa warstwy 1: Rollupy wciąż polegają na bezpieczeństwie i konsensusie łańcucha warstwy 1. Jeśli rollup jest optymistyczny, każdy może zakwestionować ważność transakcji za pomocą dowodów oszustwa. W ZK-rollupach dowód ważności zapewnia, że tylko ważne transakcje są akceptowane. Do tego przejdziemy za chwilę, trzymaj się!
5. Ostateczność transakcji: Gdy partia transakcji zostanie rozliczona na blockchainie warstwy 1, transakcje w ramach partii są ostateczne. W zależności od tego, czy rollup jest optymistyczny, czy oparty na ZK, ostateczność może nastąpić praktycznie natychmiast.

Czas porozmawiać o różnych typach rollupów, ponieważ jestem pewien, że masz pytania.

Wyjaśnienie Optymistycznych Rollupów

Optimism i Arbitrum to bardzo popularne implementacje optymistycznych rollupów, ale inne godne uwagi rozwiązania to Base, Metis i Cartesi. 

Inne godne uwagi rozwiązania to Base, Metis i Cartesi.  

Optymistyczne rollupy to kategoria rozwiązań skalujących warstwy 2, mających na celu zwiększenie przepustowości Ethereum poprzez wykonywanie transakcji off-chain.

Optymistyczne rollupy traktują transakcje jako ważne domyślnie, stąd nazwa "optymistyczny" odnosząca się do tej metody weryfikacji.

Zamiast weryfikować wszystkie transakcje on-chain, optymistyczne rollupy po prostu raportują podsumowanie partii transakcji do Ethereum Layer 1, odciążając obciążenie obliczeniowe i pamięci warstwy 1 oraz zmniejszając obciążenie obliczeniowe i pamięci dla warstwy 1. To znacznie różni się od zk-rollupów, które polegają na dowodach kryptograficznych w celu weryfikacji ważności transakcji. Model bezpieczeństwa optymistycznych rollupów opiera się na dowodach oszustwa, a użytkownicy mogą kwestionować oszukańcze transakcje w okresie sporu. Po rozliczeniu transakcji off-chain, istnieje okno czasowe—zazwyczaj kilka tygodni—w którym każdy może zakwestionować niejasną transakcję, dostarczając dowód oszustwa. Po wykryciu oszustwa system ponownie wykonuje transakcję, aby sprawdzić, czy była ona legalna. Równoważy skalowalność i bezpieczeństwo, umożliwiając większości transakcji przejście bez bezpośredniej weryfikacji, ale z możliwością anulowania złośliwej działalności. Optymistyczne rollupy, takie jak Arbitrum i Optimism, oferują korzyści skalowalności poprzez redukcję opłat za gaz i zwiększoną pojemność transakcji, co czyni je idealnymi dla dApps, które są zoptymalizowane w celu zmniejszenia opłat za gaz i zwiększenia pojemności transakcji. Wadą jest dłuższy czas ostateczności z powodu okresu wyzwań, co czyni je mniej idealnymi dla operacji wrażliwych na czas.

ZK Rollupy: Głębokie zanurzenie 

Rollupy Zero-Knowledge (ZK) oferują zaawansowane rozwiązanie do skalowania, wykorzystując dowody kryptograficzne do walidacji transakcji i efektywności, szczególnie dla Ethereum. W przeciwieństwie do optymistycznych rollupów, które zakładają, że transakcje są ważne, dopóki nie zostanie to ustalone inaczej, rollupy ZK wykorzystują dowody kryptograficzne, aby zapewnić, że wszystkie transakcje w ramach partii są rzeczywiście ważne. Wykorzystanie dowodów kryptograficznych sprawia, że rollupy ZK są solidnym i bezpiecznym wyborem, szczególnie w zastosowaniach, gdzie ważna jest natychmiastowość i wysoka pewność ostateczności. Działanie rollupów ZK obejmuje szereg kluczowych kroków. Po pierwsze, podobnie jak w przypadku optymistycznych rollupów, rollupy ZK wykonują transakcje off-chain. Różnica polega jednak na podejściu, w jaki sposób uwierzytelniają te transakcje: rollupy ZK generują dowody ważności (zk-SNARKs) transakcji w partiach, umożliwiając zweryfikowaną integralność przed przesłaniem do głównego łańcucha. Następnie, dla partii transakcji, rollupy ZK generują krótki dowód kryptograficzny zwany zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge). Dowód ten weryfikuje poprawność wszystkich transakcji w ramach partii, nie ujawniając żadnych informacji podstawowych i nie wymagając, aby główny blockchain weryfikował każdą transakcję.

Po wygenerowaniu zk-SNARK, tylko dowód i mały segment danych specyficznych dla partii muszą być wysłane do głównego blockchaina.

To zmniejsza ilość danych i opłaty za gaz związane z przetwarzaniem transakcji.

Po opublikowaniu, główny blockchain sprawdza dowód zk-SNARK w odniesieniu do dostarczonych danych.

Jeśli wszystko się zgadza, cała partia jest uznawana za ważną bez dalszych kontroli, co skutkuje niemal natychmiastową finalnością.

Ten szybki mechanizm weryfikacji znacznie poprawia doświadczenia użytkowników, szczególnie w przypadkach, gdzie czas jest kluczowy.

Pod względem bezpieczeństwa i zaufania, ZK rollupy dziedziczą bezpieczeństwo z podstawowego blockchaina warstwy 1 (np. Ethereum) i cieszą się wysokim poziomem pewności co do poprawności transakcji dzięki dowodom kryptograficznym. Takie podejście zmniejsza możliwość oszustwa, które może wystąpić w trakcie okresu wyzwań w optymistycznych rollupach.

Zalety ZK rollupów są znaczne. Znacząco poprawiają skalowalność poprzez duży mnożnik w przepustowości transakcji przy zmniejszonych kosztach gazu, ponieważ skutecznie kompresują wiele transakcji w jeden dowód. Dzięki niemal natychmiastowej finalności, możliwej dzięki zk-SNARK, są szczególnie idealne dla aplikacji, w których transakcje muszą być potwierdzane natychmiast, takich jak płatności i handel. Ponadto, ZK rollupy wzmacniają anonimowość użytkowników, ponieważ szczegóły konkretnych transakcji są ukryte w dowodach przedstawianych głównemu blockchainowi, co czyni je odpowiednimi dla aplikacji z wymaganiami dotyczącymi poufności. Popularne oferty zk rollup, takie jak zkSync i StarkWare, stały się częścią ekosystemu Ethereum dzięki swojej efektywności. Takie oferty zyskały na znaczeniu w ekosystemie Ethereum dzięki efektywności i zastosowaniu nowoczesnej technologii zero-knowledge. Opłaty za gaz w zk-rollupach, takich jak zkSync, w październiku 2024 roku, wahają się między 0,001 ETH a 0,005 ETH, co stanowi ogromny atut dla użytkowników, którzy chcą oszczędzać pieniądze, transakcjonując w szybszym tempie.

Koncepcja L2-MEV

MEV, czyli Maksymalna Wartość Ekstrakcyjna, to zysk uzyskiwany z reorganizacji transakcji w sieciach blockchain. Od momentu formalnej definicji w pracy "Flash Boys 2.0" w 2019 roku, MEV stał się palącym tematem, szczególnie w związku z pojawieniem się rozwiązań L2, takich jak rollupy. MEV to to, co boty arbitrażowe próbują wydobyć w transakcjach DEX, a górnicy i walidatorzy mogą gromadzić zyski z reorganizowanych transakcji. Sekwencer odgrywa również dominującą rolę w wydobywaniu MEV w rollupach, zarządzając kolejnością transakcji i przesyłaniem bloków do warstwy 1. Problem polega na tym, że większość istniejących rollupów Ethereum L2 ma jednego, centralnego sekwencera dominującego w kolejności transakcji. Centralny sekwencer ma dużą kontrolę nad wydobywaniem MEV, co wpływa na kolejność transakcji i zyski. Jednak wielkość wydobywalnego MEV różni się między rollupami w zależności od mechanizmu sekwencjonowania. W systemie Arbitrum "Pierwszy przybył, pierwszy obsłużony" kolejność transakcji odbywa się w kolejności odbioru, z mniejszym polem do manipulacji MEV.

Jednak sekwencer Optimism posiada wyższy stopień kontroli nad kolejnością transakcji, co pozwala na większą elastyczność w wydobywaniu MEV.

Mimo to, Optimism ma kontrole, tj. okna czasowe na publikację transakcji, które ograniczają sekwencera w maksymalnym wykorzystaniu tej władzy.

W związku z roadmapą Ethereum skoncentrowaną na rollupach, patrząc w przyszłość, gdy 99% wszystkich rzeczy będzie miało miejsce na L2 jako rollupy przyjmą pełną formę, wdrożenie rollupów z mechanizmami ograniczającymi wyścig o wydobycie MEV będzie kluczowe dla zapewnienia sprawiedliwości i efektywności w sieci.

Wpływ L2-MEV na Ethereum

Adopcja warstwy 2 zmieniła ekosystem Ethereum, szczególnie w zakresie dynamiki Maksymalnej Wartości Ekstrakcyjnej (MEV). W miarę jak Ethereum rozwija się z rollupami, dynamika sekwencjonowania transakcji i wydobywania MEV przenosi się do tych sieci L2, gdzie sekwencery, niezależnie od tego, czy są centralizowane, czy zdecentralizowane, kontrolują kolejność transakcji. Tworzy to szereg implikacji dla Ethereum jako całości: 

1. Skalowalność z kompromisami

Rozwiązania L2, takie jak Optimism i Arbitrum, znacznie zwiększają skalowalność Ethereum, pozbywając się jego blockchaina warstwy 1. Jednak centralizacja sekwencerów prowadzi do wąskiego gardła, w którym potencjał wydobycia MEV może wzrosnąć. Roadmapa skoncentrowana na rollupach Ethereum z pewnością dostarczy większej skalowalności, ale zakłóca równowagę z uczciwym sekwencjonowaniem transakcji.

Nieograniczone centralne sekwencery mogą wykorzystać kolejność transakcji kosztem ducha decentralizacji Ethereum, potencjalnie podnosząc ceny lub faworyzując niektóre transakcje — poświęcając zdecentralizowany duch Ethereum.

2. Decentralizacja sekwencerów

Jednym z istniejących wysiłków przeciwko wydobywaniu MEV jest decentralizacja funkcji sekwencera. Wdrożenie zdecentralizowanych protokołów sekwencjonowania lub konkurencyjnych systemów sekwencerów może zneutralizować ataki MEV i być zgodne z celami decentralizacji Ethereum, a rollupy mogą potencjalnie zmniejszyć nadużycia MEV. To jest szczególnie istotne, ponieważ Ethereum staje się coraz bardziej otwarte na technologie L2. Decentralizacja byłaby zgodna z długoterminowym celem Ethereum dotyczącym decentralizacji i zwiększyłaby ogólne bezpieczeństwo w sieci.

3. Incentywy ekonomiczne i aukcje MEV

W miarę jak MEV staje się coraz bardziej powszechne, już niektóre L2 testują aukcje MEV, w których zysk z wydobycia MEV wraca do walidatorów lub użytkowników końcowych, zamiast być zbieranym przez sekwencera. Ten protokół mógłby na nowo wdrożyć zachęty ekonomiczne, aby zminimalizować negatywne skutki MEV, tak aby wartość wróciła do całego ekosystemu Ethereum, a nie tylko koncentrowała się w rękach kilku. 

4. Doświadczenie użytkownika i opłaty za gaz 

Wydobycie L2-MEV może prowadzić do wyższych opłat transakcyjnych i opóźnionej finalności, szczególnie w rollupach z centralnymi sekwencerami, które mogą reorganizować transakcje dla zysku, szczególnie w rollupach z centralnymi sekwencerami, które mogą reorganizować transakcje dla zysku finansowego. W przeciwieństwie do tego, bardziej zdecentralizowane lub lepiej zaprojektowane rollupy, które minimalizują wydobycie MEV, mogą dostarczyć tańsze, o niższej latencji i bardziej bezpieczne doświadczenie.

Niższe ceny gazu na L2 mogą również pozwolić Ethereum na osiągnięcie szerszej adopcji, jednak wyzwaniem jest zapewnienie sprawiedliwości w kolejności transakcji wśród tych rozwiązań.

5. Rozważania dotyczące bezpieczeństwa

Im więcej transakcji jest przetwarzanych na warstwie 2, tym bardziej bezpieczeństwo Ethereum będzie polegać na technikach zarządzania MEV w rollupach warstwy 2. Złośliwie skonstruowane rollupy, które ułatwiają nadmierne wydobycie MEV, mogą zmniejszyć zaufanie do sieci, podczas gdy rollupy z dowodami oszustwa/ważności, zdecentralizowanymi sekwencerami i limitami MEV poprawią bezpieczeństwo i decentralizację Ethereum.

Specyficznie, podczas gdy rozwiązania L2, takie jak rollupy, oferują przekonującą drogę naprzód dla skalowalności Ethereum, tworzą nowe problemy związane z MEV L2 Ethereum. Sukces przyszłości Ethereum opartej na rollupach zależy od rozwiązania tych problemów poprzez decentralizację, otwartość i ekonomiczne zrównoważenie, co sprawia, że Ethereum jest zarówno skalowalne, jak i sprawiedliwe.