Модульные блокчейны и роллапы: будущее Ethereum и за его пределами

Введение в модульные блокчейны

Прежде чем мы начнем, вам нужно понять, почему обсуждаются блокчейн-роллапсы и модульность. Самое важное, что нужно осознать здесь, это то, что оба концепта направлены на разложение различных функций блокчейна с целью повышения производительности. Вы поймете, о чем я говорю, просто подождите немного дольше.

Начнем с монолитных блокчейнов, таких как первоначальный Ethereum. Эти блокчейны рассматривают все ключевые компоненты — консенсус, смарт-контракты, доступность данных, выполнение транзакций и расчет — в рамках одноуровневой структуры. Но хотя этот интегрированный дизайн функционирует, он также создает проблемы масштабируемости, поскольку все решается на одном уровне, полагаясь на один и тот же набор узлов, что приводит к узким местам.

Сравните это с современными модульными блокчейнами. Они используют другой механизм, разбивая ключевые функции на специализированные уровни, где различные задачи выполняются на разных узлах. Уровень расчетов, например, завершает результаты транзакций, формируя минимизированный по доверию реестр, обычно в сочетании с выполнением на роллапах. Его основная цель — обеспечить проверку доказательств и разрешение споров для роллапов. Уровень доступности данных и уровень консенсуса обеспечивают доступность данных транзакций для валидации и обработки вне цепи, потому что для того, чтобы сеть имела консенсус по состоянию блокчейна, это имеет решающее значение. Смарт-контракты — это код, который выполняется на уровне выполнения, который обрабатывает транзакции для децентрализованных приложений. А уровень выполнения обрабатывает транзакции и смарт-контракты и обеспечивает эффективное выполнение всех вычислительных работ. Роллапсы — это решение для масштабирования, которое выполняет транзакции вне цепи и отправляет данные на уровень выполнения в цепи.

Монолитные против Модульных блокчейнов

С учетом всего вышесказанного, роллапы, такие как Arbitrum и Optimism, стали решением для масштабирования монолитных блокчейнов, таких как Ethereum, выполняя исполнение вне цепи.

Тем не менее, они стали необходимыми в этом модульном подходе, часто выступая в качестве отдельного слоя, который обрабатывает транзакции и публикует данные обратно на Уровень 1. Эта тесная связь между роллапами и модульной архитектурой объясняет, почему их часто обсуждают вместе, исследуя будущее масштабируемости блокчейнов. Мы углубимся в эту тему в следующих разделах! Оставайтесь с нами. Монолитные против Модульных Блокчейнов Итак, вы уже знаете, что монолитные блокчейны и модульные блокчейны — это две разные архитектурные формы в построении блокчейнов, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы. Но вместо того, чтобы говорить о теории, давайте сделаем различия явными и сравним некоторые реальные модульные блокчейны с их монолитными эквивалентами.

Начните с монолитных блокчейнов, таких как Ethereum, до обновлений Ethereum 2.0, у него были проблемы со масштабируемостью, так как стоимость газа была слишком высокой, а транзакции проходили медленно из-за перегруженности сети.

С ростом Ethereum, поскольку он был в монолитной форме, и каждый узел обрабатывал и хранил каждую транзакцию, это ограничивало пропускную способность и усложняло масштабирование.

С тех пор было множество обновлений для улучшения ситуации. Переход на Ethereum 2.0 ввел механизм консенсуса proof-of-stake (PoS), мы увидели всплеск решений для масштабирования второго уровня, таких как Optimism, Arbitrum и zkSync, однако модульная парадигма блокчейна относительно нова и является одним из последних разработок на 2024 год. Модульный блокчейн, такой как Celestia, разделяет функциональность блокчейна на слои, такие как выполнение и консенсус & доступность данных. Это приводит к тому, что не каждый узел должен выполнять все задачи. Узлы могут специализироваться на одном слое, и в целом нагрузка на сеть ниже. 

Понимание Rollups 

Rollups обычно предоставляют надежное решение для масштабирования, не отделяясь от основного блокчейна для обеспечения безопасности и доступности данных. По сути, они "сворачивают" несколько транзакций в пакет, уменьшая нагрузку на базовый уровень, необходимый для консенсуса и доступности данных.

Как работают Rollups:

Если вы делаете небольшие переводы криптовалюты и у вас есть время подождать несколько минут или часов, чтобы ваша транзакция была подтверждена, вам может не понадобиться rollup. Но если вам нужны крупные транзакции, более быстрые времена подтверждения или вы делаете много транзакций, rollups являются большим преимуществом.
 

На 7 октября 2024 года цены на газ на таких Ethereum rollup, как Optimism, Arbitrum и zkSync, обычно колебались от 0.001 до 0.02 ETH, от 0.0015 до 0.015 ETH и от 0.001 до 0.005 ETH соответственно.

Поэтому, если у вас есть криптовалюта на Ethereum и вы хотите сэкономить на комиссиях или времени, использование rollup — это разумный выбор.

Вот что обычно происходит: вы открываете свой кошелек, например, MetaMask или WalletConnect, и если ваш баланс находится в основной сети Ethereum, вы переносите его на rollup, такой как zkSync.

Затем вы можете просто отправлять транзакции между аккаунтами zkSync. Просто и эффективно! Но как это работает в фоновом режиме rollup? 

1. Обработка вне цепи: В модульных блокчейнах, таких как Celestia, большинство вычислительных работ вне цепи, таких как выполнение транзакций и обработка смарт-контрактов, происходит на уровне rollup, разгружая основную цепь от перегрузки. Вместо того чтобы выполнять каждую отдельную транзакцию непосредственно в основной блокчейн, rollup агрегирует миллионы транзакций в один пакет, что снижает вычислительные затраты. 
2. Пакетная отправка: После обработки вне цепи они отправляются вместе в пакетной отправке в основную цепь. Отправка минимального размера и содержит только данные, относящиеся к проверке, которые значительно меньше по сравнению с обработкой каждой транзакции отдельно в базовой цепи. 
3. Доступность данных в цепи: Выполнение происходит вне цепи, но данные должны быть доступны для проверки и достижения консенсуса. Rollup публикует доказательства сжатых данных, доказательства действительности или мошенничества, чтобы обеспечить открытую проверку транзакций в основной цепи. Доступны два типа доказательств rollup: доказательства действительности (используемые ZK-Rollups) и доказательства мошенничества (используемые оптимистичными rollups).
4. Зависимость от безопасности уровня 1: Rollup по-прежнему полагается на безопасность и консенсус цепи уровня 1. Если rollup оптимистичный, любой может оспорить действительность транзакций через доказательства мошенничества. В ZK-rollups доказательство действительности гарантирует, что принимаются только действительные транзакции. Мы к этому вернемся через секунду, подождите!
5. Окончательность транзакции: Как только пакет транзакций завершается в блокчейне уровня 1, транзакции внутри пакета становятся окончательными. В зависимости от того, является ли rollup оптимистичным или основанным на ZK, окончательность может происходить практически мгновенно.

Время поговорить о различных типах rollup, потому что я уверен, что у вас есть вопросы.

Оптимистичные Rollups Объяснены

Optimism и Arbitrum являются очень популярными реализациями оптимистичных rollup, но некоторые другие заметные решения — это Base, Metis и Cartesi. 

Некоторые другие заметные решения — это Base, Metis и Cartesi.  

Оптимистичные rollups — это категория решений для масштабирования уровня 2, предназначенная для увеличения пропускной способности Ethereum за счет выполнения транзакций вне цепи.

Оптимистичные rollups принимают транзакции как действительные по умолчанию, и поэтому название "оптимистичный" относится к этому методу проверки.

Вместо того чтобы проверять все транзакции в цепи, оптимистичные rollups просто сообщают сводку пакета транзакций в Ethereum Layer 1, разгружая вычислительную нагрузку и хранилище Layer 1 и уменьшая вычислительные и хранилищные затраты для Layer 1. Это довольно отличается от zk-rollups, которые полагаются на криптографические доказательства для проверки действительности транзакций. Модель безопасности оптимистичных rollups основана на доказательствах мошенничества, при этом пользователи могут оспаривать мошеннические транзакции в течение периода спора. После того как транзакции завершаются вне цепи, существует окно времени — обычно несколько недель — заранее, когда любой может оспорить неясную транзакцию, предоставив доказательство мошенничества. При обнаружении мошенничества система повторно выполняет транзакцию, чтобы проверить, была ли она законной. Это балансирует масштабируемость и безопасность, позволяя большинству транзакций проходить без прямой проверки, но с возможностью отмены злонамеренной активности. Оптимистичные rollups, такие как Arbitrum и Optimism, предлагают преимущества масштабируемости за счет снижения комиссий за газ и увеличения пропускной способности транзакций, что делает их идеальными для dApps, оптимизированных для снижения комиссий за газ и увеличения пропускной способности транзакций. Недостаток заключается в более длительном времени окончательности из-за периода оспаривания, что делает их менее идеальными для операций, чувствительных ко времени.

ZK Rollups: Глубокое Погружение 

Rollups с нулевым знанием (ZK) предлагают высококачественное решение для масштабирования, используя криптографические доказательства для валидации транзакций и эффективности, в частности для Ethereum. В отличие от оптимистичных rollups, которые предполагают, что транзакции действительны, пока не будет установлено иное, ZK rollups используют криптографические доказательства, чтобы гарантировать, что все транзакции в пакете действительно действительны. Использование криптографических доказательств делает ZK rollups надежным и безопасным выбором, особенно для использования, где важны немедленность и высокая степень доверия к окончательности. Операция ZK rollups включает в себя ряд ключевых шагов. Во-первых, аналогично оптимистичным rollups, ZK rollups выполняют транзакции вне цепи. Однако различие заключается в подходе, с помощью которого они аутентифицируют эти транзакции: ZK rollups генерируют доказательства действительности (zk-SNARKs) транзакций в пакетах, обеспечивая проверенную целостность перед отправкой в основную цепь. Затем для пакета транзакций ZK rollups генерируют краткое криптографическое доказательство, называемое zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge). Это доказательство проверяет правильность всех транзакций в пакете, не раскрывая никакой основной информации и не требуя от основной блокчейна проверки каждой транзакции.

Как только zk-SNARK сгенерирован, только доказательство и небольшой сегмент данных, специфичных для пакета, необходимо отправить в основную блокчейн-сеть.

Это снижает объем данных и газовые сборы за обработку транзакций.

После публикации основная блокчейн-сеть проверяет доказательство zk-SNARK на соответствие предоставленным данным.

Если все в порядке, весь пакет принимается как действительный без дополнительных проверок, что приводит к почти мгновенной окончательности.

Этот быстрый механизм проверки значительно улучшает пользовательский опыт, особенно для тех случаев, когда время имеет критическое значение.

С точки зрения безопасности и доверия, ZK-роллап наследует безопасность от базовой блокчейн-сети уровня 1 (например, Ethereum) и пользуется высоким уровнем уверенности в правильности транзакций благодаря криптографическим доказательствам. Этот подход уменьшает возможность мошенничества, которое может возникнуть в течение периода оспаривания оптимистичных роллапов.

Преимущества ZK-роллапов значительны. Они значительно улучшают масштабируемость за счет большого множителя в пропускной способности транзакций с уменьшением газовых затрат, поскольку эффективно сжимают несколько транзакций в одно доказательство. С почти мгновенной окончательностью, обеспеченной zk-SNARK, они особенно идеальны для приложений, где транзакции необходимо подтверждать немедленно, таких как платежи и торговля. Кроме того, ZK-роллапы усиливают анонимность пользователей, поскольку детали конкретных транзакций скрыты в доказательствах, представляемых основной блокчейн-сети, и, следовательно, хорошо подходят для приложений с требованиями к конфиденциальности. Популярные предложения zk-роллапов, такие как zkSync и StarkWare, стали частью экосистемы Ethereum благодаря своей эффективности. Такие предложения получили популярность в экосистеме Ethereum благодаря своей эффективности и использованию современных технологий нулевых знаний. Газовые сборы zk-роллапов, таких как zkSync, на октябрь 2024 года колеблются от 0.001 ETH до 0.005 ETH, что является большим преимуществом для пользователей, стремящихся сэкономить деньги при более быстром проведении транзакций.

Концепция L2-MEV

MEV, или Максимально Извлекаемая Ценность, — это прибыль, получаемая от перераспределения транзакций в блокчейн-сетях. С тех пор как он был формально определен в статье "Flash Boys 2.0" в 2019 году, MEV стал актуальной темой, особенно с появлением L2-решений, таких как роллапы. MEV — это то, что арбитражные боты пытаются извлечь в DEX-транзакциях, а майнеры и валидаторы могут получать прибыль от перераспределенных транзакций. Секвенсор также играет доминирующую роль в извлечении MEV в роллапах, управляя порядком транзакций и подачей блоков в уровень 1. И проблема в том, что большинство существующих Ethereum L2-роллапов имеют одного, единственного, централизованного секвенсора, доминирующего в порядке транзакций. Централизованный секвенсор имеет большой контроль над извлечением MEV, влияя на порядок транзакций и прибыль. Но размер извлекаемого MEV варьируется между роллапами в зависимости от механизма секвенирования. В системе Arbitrum "Первый пришел, первый обслужен" порядок транзакций происходит в порядке получения с меньшими возможностями для манипуляции MEV.

Секвенсор Optimism, однако, обладает более высоким уровнем контроля над порядком транзакций, что позволяет более гибко извлекать MEV.

Тем не менее, у Optimism есть проверки, т.е. временные окна для публикации транзакций, которые ограничивают секвенсор в максимальном использовании этой власти.

С дорожной картой Ethereum, ориентированной на роллапы, глядя в будущее, когда 99% всех событий будут происходить на L2, поскольку роллапы полностью оформятся, развертывание роллапов с механизмами для сокращения гонки за извлечением MEV будет критически важным для обеспечения справедливости и эффективности в сети.

Влияние L2-MEV на Ethereum

Принятие уровня 2 изменило экосистему Ethereum, особенно то, как происходят динамика Максимально Извлекаемой Ценности (MEV). С тем, как Ethereum масштабируется с помощью роллапов, динамика секвенирования транзакций и извлечения MEV перемещается в эти L2-сети, где секвенсоры, будь то централизованные или децентрализованные, контролируют порядок транзакций. Это создает ряд последствий для Ethereum в целом: 

1. Масштабируемость с компромиссами

Решения L2, такие как Optimism и Arbitrum, значительно улучшают масштабируемость Ethereum, избавляя его от блокчейна уровня 1. Однако централизация секвенсоров приводит к узкому месту, где потенциал извлечения MEV может увеличиваться. Дорожная карта Ethereum, ориентированная на роллапы, обязательно обеспечит большую масштабируемость, но нарушит равновесие с честным секвенированием транзакций.

Неразвязанные централизованные секвенсоры могут воспользоваться порядком транзакций за счет духа децентрализации Ethereum, потенциально поднимая цены или предпочитая определенные транзакции — жертвуя децентрализованным духом Ethereum.

2. Децентрализация секвенсоров

Одним из существующих усилий против извлечения MEV является децентрализация функции секвенсора. Развертывание децентрализованных протоколов секвенирования или конкурентных систем секвенсоров может нейтрализовать атаки MEV и соответствовать целям децентрализации Ethereum, роллапы могут потенциально уменьшить злоупотребление MEV. Это особенно важно, поскольку Ethereum все больше открывается для технологий L2. Децентрализация будет соответствовать долгосрочной цели Ethereum по децентрализации и повысит общую безопасность сети.

3. Экономические стимулы и аукционы MEV

Поскольку MEV становится все более распространенным, уже есть несколько L2, тестирующих аукционы MEV, в которых прибыль от извлечения MEV возвращается валидаторам или конечным пользователям, а не собирается секвенсором. Этот протокол может перераспределить экономические стимулы, чтобы снизить негативные последствия MEV, так что ценность вернется в общую экосистему Ethereum, а не будет сосредоточена только у немногих. 

4. Пользовательский опыт и газовые сборы 

Извлечение L2-MEV может привести к более высоким транзакционным сборам и задержке окончательности, особенно в роллапах с централизованными секвенсорами, которые могут перераспределять транзакции для получения прибыли, особенно в роллапах с централизованными секвенсорами, которые могут перераспределять транзакции для финансовой выгоды. Напротив, более децентрализованные или более продуманные роллапы, которые минимизируют извлечение MEV, могут обеспечить более низкие затраты, меньшую задержку и более безопасный опыт.

Низкие газовые цены на L2 также могут позволить Ethereum достичь более широкого принятия, однако проблема заключается в том, как обеспечить справедливость в порядке транзакций среди этих решений.

5. Соображения безопасности

Чем больше транзакций обрабатывается на уровне 2, тем больше безопасность Ethereum будет зависеть от методов управления MEV в роллапах уровня 2. Злоумышленно сконструированные роллапы, которые способствуют чрезмерному извлечению MEV, могут подорвать доверие к сети, в то время как роллапы с доказательствами мошенничества/действительности, децентрализованными секвенсорами и ограничениями MEV улучшат безопасность и децентрализацию Ethereum.

В частности, хотя решения L2, такие как роллапы, предоставляют убедительный путь вперед для масштабируемости Ethereum, они создают новые проблемы для Ethereum L2-MEV. Успех будущего Ethereum, основанного на роллапах, зависит от решения этих проблем через децентрализацию, открытость и экономическое перераспределение, что сделает Ethereum как масштабируемым, так и справедливым.