Blockchain-uri modulare și Rollups: Viitorul Ethereum și dincolo de acesta

Introducere în Blockchain-urile Modulare

Înainte să ne apucăm de treabă, trebuie să recunoști de ce rollup-urile blockchain și modularitatea sunt discutate împreună. Cel mai important lucru de realizat aici este că ambele concepte abordează desfășurarea diferitelor funcționalități blockchain într-o încercare de a îmbunătăți performanța. Vei înțelege despre ce vorbesc, doar mai ai puțină răbdare cu mine.

Să începem cu blockchain-urile monolitice, cum ar fi Ethereum-ul inițial. Aceste blockchain-uri tratează toate componentele cheie—consens, contracte inteligente, disponibilitatea datelor, executarea tranzacțiilor și decontarea—într-un cadru cu un singur strat. Dar, deși acest design integrat funcționează, creează și provocări de scalabilitate deoarece totul este abordat într-un singur strat, bazându-se pe aceeași set de noduri, ceea ce duce la blocaje.

Compară asta cu blockchain-urile modulare moderne. Ele folosesc un mecanism diferit prin desfășurarea funcțiilor cheie în straturi specializate unde diferite sarcini sunt executate pe noduri diferite. Stratul de Decontare, de exemplu, finalizează rezultatele tranzacțiilor, formând un registru minimizat în ceea ce privește încrederea, de obicei în combinație cu executarea pe rollup-uri. Scopul său principal este de a oferi verificarea dovezilor și soluționarea disputelor pentru rollup-uri. Stratul de Disponibilitate a Datelor și Stratul de Consens facilitează ca datele tranzacțiilor să fie disponibile pentru validarea și procesarea off-chain, deoarece, pentru ca rețeaua să aibă un consens asupra stării blockchain-ului, acest lucru este crucial. Contractele Inteligente sunt coduri care se execută pe stratul de execuție, care procesează tranzacțiile pentru dApps. Și Stratul de Execuție procesează tranzacțiile și contractele inteligente și se asigură că toată munca computațională este efectuată eficient. Rollup-urile sunt o soluție de scalare care execută tranzacții off-chain și postează date pe un strat de execuție on-chain.

Abordarea blockchain-urilor monolitice vs modulare

Cu toate acestea, rollup-urile precum Arbitrum și Optimism au evoluat într-o soluție de scalare pentru blockchain-urile monolitice precum Ethereum, prin executarea proceselor off-chain.

Cu toate acestea, ele au devenit esențiale în această abordare modulară, adesea servind ca un strat separat care procesează tranzacții și publică date înapoi pe Layer 1. Această relație strânsă între rollup-uri și arhitectura modulară este motivul pentru care sunt adesea discutate împreună atunci când explorăm viitorul scalabilității blockchain-ului. Vom aprofunda acest subiect în secțiunile următoare! Rămâneți aproape. Blockchain-uri monolitice vs modulare Așadar, acum știți deja cum blockchain-urile monolitice și blockchain-urile modulare sunt două forme arhitecturale diferite în construirea blockchain-urilor, fiecare având avantajele și dezavantajele sale. Dar în loc să vorbim despre teorie, să facem diferențele explicite și să comparăm câteva blockchain-uri modulare utilizate în realitate cu echivalentele lor monolitice.

Începeți cu blockchains monolitice precum Ethereum înainte de actualizările Ethereum 2.0, care aveau probleme cu scalabilitatea deoarece costurile cu gazul erau prea mari și tranzacțiile erau mai lente din cauza congestiei rețelei.

Odată cu congestia, când Ethereum a crescut, deoarece era în formă monolitică, fiecare nod procesând și stocând fiecare tranzacție, a restricționat capacitatea de procesare și a făcut scalarea mai dificilă.

Au existat numeroase actualizări de atunci pentru a face aceste îmbunătățiri, totuși. Tranziția la Ethereum 2.0 a introdus mecanismul de consens proof-of-stake (PoS), am văzut o creștere a soluțiilor de scalare Layer 2 precum Optimism, Arbitrum și zkSync, totuși, paradigma blockchain modular este relativ nouă și una dintre cele mai recente dezvoltări până în 2024. Un blockchain modular, precum Celestia, separă funcționalitatea blockchain-ului în straturi, cum ar fi execuția și consensul & disponibilitatea datelor. Acest lucru duce la aspectul că nu fiecare nod trebuie să facă totul. Nodurile se pot specializa mai degrabă într-un strat, iar în general, încărcătura rețelei este mai mică. 

Înțelegerea Rollup-urilor 

Rollup-urile oferă în general o soluție robustă de scalare, fără a se desprinde vreodată de blockchain-ul principal pentru securitate și disponibilitatea datelor. Practic, ele "răsucesc" mai multe tranzacții într-un lot, reducând încărcătura pe stratul de bază necesar pentru consens și disponibilitatea datelor.

Cum funcționează Rollup-urile:

Dacă faceți transferuri mici de sume de criptomonedă și aveți timp să așteptați câteva minute sau ore pentru ca tranzacția dvs. să fie verificată, s-ar putea să nu aveți nevoie de un rollup. Dar dacă aveți nevoie de tranzacții mari, timpi de confirmare mai rapizi sau faceți multe tranzacții, rollup-urile sunt un mare avantaj.
 

Începând cu 7 octombrie 2024, prețurile gazului pe astfel de rollup-uri Ethereum precum Optimism, Arbitrum și zkSync au variat de obicei între 0.001 și 0.02 ETH, 0.0015 și 0.015 ETH, și 0.001 și 0.005 ETH, respectiv.

Așadar, dacă ai criptomonede pe Ethereum și ai dori să economisești taxe sau timp, utilizarea unui rollup este o alegere înțeleaptă.

Iată ce se întâmplă de obicei: Îți deschizi portofelul, de exemplu, MetaMask sau WalletConnect, și dacă soldul tău este pe rețeaua principală Ethereum, îl transferi pe un rollup, cum ar fi zkSync.

Apoi poți trimite pur și simplu tranzacții între conturile zkSync. Simplu și eficient! Dar cum funcționează în fundalul unui rollup? 

1. Procesare Off-Chain: În blockchain-uri modulare precum Celestia, majoritatea muncii computaționale off-chain, cum ar fi executarea tranzacțiilor și procesarea contractelor inteligente, are loc pe stratul rollup, descărcând congestia rețelei principale. În loc să execute fiecare tranzacție direct pe blockchain-ul principal, rollup-urile agregă milioane de tranzacții într-un singur pachet, ceea ce reduce suprasarcina computațională. 
2. Trimitere în Loturi: Odată procesate off-chain, acestea sunt trimise împreună într-o trimitere în loturi către rețeaua principală. Trimiterea este de dimensiuni minime și conține doar date relevante pentru verificare, care sunt mult mai mici în comparație cu procesarea fiecărei tranzacții separat pe rețeaua de bază. 
3. Disponibilitatea Datelor On-Chain: Executarea se face off-chain, dar datele trebuie să fie disponibile pentru a fi verificate și a atinge consensul. Rollup-urile publică dovezi ale datelor comprimate, Dovezi de Validitate sau Dovezi de Fraudă, pentru a permite verificarea deschisă a tranzacțiilor pe rețeaua principală. Două tipuri de dovezi de rollup sunt disponibile: Dovezi de Validitate (folosite de ZK-Rollups) și Dovezi de Fraudă (folosite de Rollups Optimiste).
4. Dependența de Securitatea Layer 1: Rollup-urile se bazează în continuare pe securitatea și consensul rețelei Layer 1. Dacă rollup-ul este optimist, oricine poate contesta validitatea tranzacțiilor prin dovezi de fraudă. În ZK-rollups, dovada de validitate asigură că doar tranzacțiile valide sunt acceptate. Vom ajunge la asta în câteva momente, așteaptă!
5. Finalitatea Tranzacțiilor: Odată ce lotul de tranzacții este soluționat pe blockchain-ul Layer 1, tranzacțiile din lot sunt finale. În funcție de faptul că rollup-ul este optimist sau bazat pe ZK, finalitatea poate avea loc practic instantaneu.

Este timpul să discutăm despre diferitele tipuri de rollup-uri, pentru că sunt sigur că ai întrebări.

Explicația Rollup-urilor Optimiste

Optimism și Arbitrum sunt implementări foarte populare ale rollup-urilor optimiste, dar alte soluții notabile sunt Base, Metis și Cartesi. 

Alte soluții notabile sunt Base, Metis și Cartesi.  

Rollup-urile optimiste sunt o categorie de soluții de scalare Layer 2 menite să crească capacitatea Ethereum prin executarea tranzacțiilor off-chain.

Rollup-urile optimiste consideră tranzacțiile ca fiind valide în mod implicit, și de aceea numele „optimist” se referă la această metodă de verificare.

În loc să verifice toate tranzacțiile on-chain, rollup-urile optimiste raportează doar un rezumat al unui lot de tranzacții către Ethereum Layer 1, descărcând sarcina computațională și stocarea Layer 1, și diminuând povara computațională și de stocare pentru Layer 1. Aceasta este destul de diferit de zk-rollups care se bazează pe dovezi criptografice pentru a verifica validitatea tranzacțiilor. Modelul de securitate al rollup-urilor optimiste se bazează pe dovezi de fraudă, utilizatorii având posibilitatea de a contesta tranzacțiile frauduloase într-o perioadă de dispută. După ce tranzacțiile sunt soluționate off-chain, există o fereastră de timp—de obicei câteva săptămâni—în care oricine poate contesta o tranzacție neclară prin furnizarea unei dovezi de fraudă. La descoperirea fraudei, sistemul re-execută tranzacția pentru a verifica dacă a fost sau nu legitimă. Aceasta echilibrează scalabilitatea și securitatea prin permiterea majorității tranzacțiilor să treacă fără verificare directă, dar cu mijloacele de a anula activitatea malițioasă. Rollup-urile optimiste precum Arbitrum și Optimism oferă beneficii de scalabilitate prin reducerea taxelor de gaz și capacitatea îmbunătățită pentru tranzacții, fiind astfel ideale pentru dApps care sunt optimizate pentru a reduce taxele de gaz și a extinde capacitatea de tranzacție. Dezavantajul constă în forma unui timp mai lung de finalitate din cauza perioadei de contestare, făcându-le mai puțin ideale pentru operațiuni sensibile la timp.

Rollup-uri ZK: O Analiză Detaliată 

Rollup-urile Zero-Knowledge (ZK) oferă o soluție de înaltă calitate pentru scalare, folosind dovezi criptografice pentru validarea și eficiența tranzacțiilor, în special pentru Ethereum. Spre deosebire de rollup-urile optimiste, care presupun că tranzacțiile sunt valide până când se stabilește altceva, rollup-urile ZK folosesc dovezi criptografice pentru a asigura că toate tranzacțiile dintr-un lot sunt de fapt valide. Utilizarea dovezilor criptografice face ca rollup-urile ZK să fie o alegere robustă și sigură, în special pentru utilizarea în care imediatul și finalitatea de înaltă încredere contează. Funcționarea rollup-urilor ZK implică o serie de pași cheie. În primul rând, similar cu rollup-urile optimiste, rollup-urile ZK execută tranzacții off-chain. Distincția, totuși, constă în abordarea prin care acestea autentifică aceste tranzacții: rollup-urile ZK generează dovezi de validitate (zk-SNARKs) ale tranzacțiilor în loturi, permițând integritatea verificată înainte de a fi trimise către rețeaua principală. Apoi, pentru un lot de tranzacții, rollup-urile ZK generează o dovadă criptografică scurtă numită zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge). Dovada verifică corectitudinea tuturor tranzacțiilor dintr-un lot fără a expune informații subiacente și fără a necesita ca blockchain-ul principal să valideze fiecare tranzacție.

Odată ce zk-SNARK este generat, doar dovada și un mic segment de date specifice lotului trebuie trimise către blockchain-ul principal.

Asta reduce cantitatea de date și taxele de gaz pentru procesarea tranzacțiilor.

După postare, blockchain-ul principal verifică dovada zk-SNARK în raport cu datele furnizate.

Dacă totul este în regulă, întregul lot este considerat valid fără alte verificări, rezultând într-o finalitate aproape instantanee.

Această mecanism rapid de verificare îmbunătățește semnificativ experiența utilizatorului, în special pentru acele cazuri de utilizare unde timpul este critic.

Din punct de vedere al securității și încrederii, ZK rollups moștenesc securitatea de la blockchain-ul de bază Layer 1 (de exemplu, Ethereum) și se bucură de un nivel ridicat de încredere în corectitudinea tranzacțiilor datorită dovezilor criptografice. Această abordare diminuează posibilitatea de fraudă care poate apărea în timpul perioadei de provocare a rollup-urilor optimiste.

Avantajele ZK rollups sunt considerabile. Ele îmbunătățesc semnificativ scalabilitatea printr-un multiplicator mare în capacitatea de tranzacționare cu costuri de gaz reduse, deoarece efectiv comprimă multiple tranzacții într-o singură dovadă. Cu finalitatea aproape instantanee posibilă datorită zk-SNARK-urilor, ele sunt deosebit de ideale pentru aplicații unde tranzacțiile trebuie confirmate imediat, cum ar fi plățile și tranzacționarea. De asemenea, ZK rollups întăresc anonimatul utilizatorului, deoarece detaliile tranzacțiilor specifice sunt ascunse în cadrul dovezilor prezentate blockchain-ului principal și sunt, prin urmare, bine adaptate aplicațiilor cu cerințe de confidențialitate. Ofertele populare de zk rollup, cum ar fi zkSync și StarkWare, au devenit parte a ecosistemului Ethereum datorită eficienței lor. Astfel de oferte au câștigat tracțiune în cadrul ecosistemului Ethereum datorită eficienței și utilizării tehnologiei zero-knowledge de nouă generație. Taxele de gaz ale zk-rollups precum zkSync, începând cu octombrie 2024, variază între 0.001 ETH și 0.005 ETH, ceea ce reprezintă un punct de vânzare imens pentru utilizatorii care doresc să economisească bani în timp ce tranzacționează la o rată mai rapidă.

Conceptul L2-MEV

MEV, sau Valoarea Maximă Extracabilă, este profitul obținut din reordonarea tranzacțiilor în rețelele blockchain. De când a fost definit formal în lucrarea "Flash Boys 2.0" în 2019, MEV a fost un subiect arzător, în special odată cu apariția soluțiilor L2, cum ar fi rollups. MEV este ceea ce boturile de arbitraj încearcă să extragă în tranzacțiile DEX, iar minerii și validatoarele pot acumula profituri din tranzacțiile reordonate. Secvențierul joacă, de asemenea, un rol dominant în extracția MEV în rollups, gestionând ordonarea tranzacțiilor și trimiterea blocurilor către Layer 1. Problema este că majoritatea rollup-urilor Ethereum L2 existente au un singur secvențier centralizat care domină ordonarea tranzacțiilor. Secvențierul centralizat are un control mare asupra extracției MEV, afectând ordonarea tranzacțiilor și profiturile. Dar dimensiunea MEV extracabil variază între rollups în funcție de mecanismul de secvențiere. În sistemul First Come, First Served al Arbitrum, ordonarea tranzacțiilor se face în ordinea primirii, cu mai puțin loc pentru manipularea MEV.

Secvențierul Optimism, totuși, deține un grad mai mare de control asupra ordonării tranzacțiilor, permițând o flexibilitate mai mare pentru extracția MEV.

Cu toate acestea, Optimism are verificări, adică feronii de timp pentru postarea tranzacțiilor, care restricționează secvențierul de a exercita această putere la maxim.

Cu foaia de parcurs orientată spre rollup-uri a Ethereum, privind spre viitorul în care 99% din toate lucrurile se vor întâmpla pe L2-uri pe măsură ce rollup-urile își iau forma completă, implementarea rollup-urilor cu mecanisme pentru a reduce cursa de extracție MEV va fi crucială pentru a asigura corectitudinea și eficiența rețelei.

Impactul L2-MEV asupra Ethereum

Adopția Layer 2 a schimbat ecosistemul Ethereum, în special modul în care dinamica Valoarei Maxime Extracabile (MEV) se desfășoară. Cu Ethereum avansând cu rollups, secvențierea tranzacțiilor și dinamica extracției MEV se mută în aceste rețele L2, unde secvențierii, fie că sunt centralizați sau descentralizați, controlează ordinea tranzacțiilor. Aceasta creează o serie de implicații pentru Ethereum în ansamblu: 

1. Scalabilitate cu Compromisuri

Soluțiile L2, cum ar fi Optimism și Arbitrum, îmbunătățesc considerabil scalabilitatea Ethereum prin eliminarea blockchain-ului său Layer 1. Cu toate acestea, centralizarea secvențierilor dă naștere unui blocaj în care potențialul de extracție MEV poate crește. Foia de parcurs centrată pe rollup-uri a Ethereum este destinată să ofere o scalabilitate mai mare, dar perturbă echilibrul cu ordonarea corectă a tranzacțiilor.

Secvențierii centralizați necontrolați pot profita de ordonarea tranzacțiilor în detrimentul spiritului de descentralizare al Ethereum, putând conduce la creșterea prețurilor sau favorizarea anumitor tranzacții—sacrificând spiritul descentralizat al Ethereum.

2. Decentralizarea Secvențierilor

Una dintre eforturile existente împotriva extracției MEV este descentralizarea funcției de secvențiere. Implementarea protocoalelor de secvențiere descentralizate sau a sistemelor de secvențiere competitive poate neutraliza atacurile MEV și poate fi în conformitate cu obiectivele de descentralizare ale Ethereum, rollup-urile pot reduce potențialul de abuz MEV. Acest lucru este deosebit de semnificativ deoarece Ethereum devine din ce în ce mai deschis la tehnologiile L2. Decentralizarea ar fi în conformitate cu obiectivul pe termen lung al Ethereum de descentralizare și ar crește securitatea generală a rețelei.

3. Incentive Economice și Licitații MEV

Pe măsură ce MEV devine mai prevalent, există deja unele L2-uri care testează licitații MEV, în care profitul extracției MEV revine validatorilor sau utilizatorilor finali, mai degrabă decât să fie obținut de secvențier. Acest protocol ar putea redeploya incentive economice pentru a deprioritiza efectele negative ale MEV, astfel încât valoarea să revină în ecosistemul general Ethereum, mai degrabă decât să devină concentrată doar în mâinile câtorva. 

4. Experiența Utilizatorului și Taxele de Gaz 

Extracția L2-MEV poate duce la taxe de tranzacție mai mari și finalitate întârziată, în special pe rollups cu secvențieri centralizați care pot reordona tranzacțiile pentru profit, în special pe rollups cu secvențieri centralizați care pot reordona tranzacțiile pentru câștiguri financiare. În contrast, rollups mai descentralizate sau mai bine concepute care minimizează extracția MEV pot oferi o experiență mai ieftină, cu latență mai mică și mai sigură.

Prețurile mai mici ale gazului pe L2-uri ar putea permite Ethereum-ului să ajungă la o adopție mai largă, totuși provocarea este cum să se asigure corectitudinea în ordonarea tranzacțiilor între aceste soluții.

5. Considerații de Securitate

Cu cât mai multe tranzacții sunt procesate pe Layer 2, cu atât mai mult securitatea Ethereum va depinde de tehnicile de gestionare a MEV în rollup-urile Layer 2. Rollup-urile construite în mod malițios care facilitează extracția excesivă a MEV ar putea diminua încrederea în rețea, în timp ce rollup-urile cu dovezi de fraudă/validitate, secvențieri descentralizați și limite MEV vor îmbunătăți securitatea și descentralizarea Ethereum.

În mod specific, în timp ce soluțiile L2, cum ar fi rollup-urile, oferă o cale convingătoare înainte pentru scalabilitatea Ethereum, ele creează noi probleme de L2-MEV pentru Ethereum. Succesul viitorului bazat pe rollup-uri al Ethereum depinde de rezolvarea acestor probleme prin descentralizare, deschidere și reechilibrare economică, făcând Ethereum atât scalabil și corect.