Модульні блокчейни та ролапи: майбутнє Ethereum та далі

Вступ до модульних блокчейнів

Перед тим, як ми почнемо, вам потрібно зрозуміти, чому блокчейн-ролапи та модульність обговорюються разом. Найважливіше, що потрібно усвідомити, це те, що обидва концепти вирішують різні функціональності блокчейну з метою підвищення продуктивності. Ви зрозумієте, про що я говорю, просто потерпіть ще трохи.

Розпочнемо з монолітних блокчейнів, таких як початковий Ethereum. Ці блокчейни розглядають всі ключові компоненти — консенсус, смарт-контракти, доступність даних, виконання транзакцій та розрахунок — в рамках одного шару. Але хоча цей інтегрований дизайн функціонує, він також створює проблеми зі масштабованістю, оскільки все вирішується в одному шарі, покладаючись на один і той же набір вузлів, що призводить до вузьких місць.

Порівняйте це з сучасними модульними блокчейнами. Вони використовують інший механізм, розбиваючи ключові функції на спеціалізовані шари, де різні завдання виконуються на різних вузлах. Шар розрахунків, наприклад, завершує результати транзакцій, формуючи довірений реєстр з мінімізацією довіри, зазвичай у поєднанні з виконанням на ролапах. Його основна мета — забезпечити перевірку доказів та вирішення суперечок для ролапів. Шар доступності даних та Шар консенсусу забезпечують, щоб дані транзакцій були доступні для валідації та обробки поза ланцюгом, оскільки для того, щоб мережа мала консенсус щодо стану блокчейну, це є критично важливим. Смарт-контракти — це код, який виконується на шарі виконання, який обробляє транзакції для dApps. А Шар виконання обробляє транзакції та смарт-контракти та забезпечує, щоб вся обчислювальна робота виконувалася ефективно. Ролапи — це рішення для масштабування, яке виконує транзакції поза ланцюгом і публікує дані на шарі виконання в ланцюзі.

Монолітні проти Модульних блокчейнів

З усім цим, ролапи, такі як Arbitrum та Optimism, еволюціонували в рішення для масштабування монолітних блокчейнів, таких як Ethereum, виконуючи обробку поза ланцюгом.

Однак вони стали необхідними в цьому модульному підході, часто виконуючи роль окремого шару, який обробляє транзакції та публікує дані назад до Layer 1. Ця тісна взаємозв'язок між ролапами та модульною архітектурою є причиною, чому їх часто обговорюють разом, досліджуючи майбутнє масштабованості блокчейнів. Ми заглибимося в цю тему в наступних розділах! Залишайтеся з нами. Монолітні проти Модульних Блокчейнів Отже, ви вже знаєте, як монолітні блокчейни та модульні блокчейни є двома різними архітектурними формами в будівництві блокчейнів, кожна з яких має свої переваги та недоліки. Але замість того, щоб говорити про теорію, давайте зробимо відмінності явними та порівняємо деякі реальні модульні блокчейни з їх монолітними еквівалентами.

Почніть з монолітних блокчейнів, таких як Ethereum, до оновлень Ethereum 2.0, у нього були проблеми зі масштабованістю, оскільки витрати на газ були занадто високими, а транзакції були повільнішими через перевантаження мережі.

З перевантаженням, коли Ethereum зростав, оскільки він був у монолітній формі, кожен вузол обробляв і зберігав кожну транзакцію, це обмежувало пропускну здатність і ускладнювало масштабування.

Станом на 7 жовтня 2024 року, ціни на газ на таких Ethereum rollup, як Optimism, Arbitrum та zkSync, зазвичай коливалися від 0.001 до 0.02 ETH, від 0.0015 до 0.015 ETH та від 0.001 до 0.005 ETH відповідно.

Отже, якщо у вас є криптовалюта на Ethereum і ви хочете заощадити на комісіях або часі, використання rollup є розумним вибором.

Ось що зазвичай відбувається: ви відкриваєте свій гаманець, наприклад, MetaMask або WalletConnect, і якщо ваш баланс зберігається на основній мережі Ethereum, ви переносите його на rollup, наприклад, zkSync.

Ви можете просто надсилати транзакції між обліковими записами zkSync. Просто та ефективно! Але як це працює у фоновому режимі rollup? 

1. Обробка поза ланцюгом: У модульних блокчейнах, таких як Celestia, більшість обчислювальної роботи поза ланцюгом, як виконання транзакцій та обробка смарт-контрактів, відбувається на шарі rollup, зменшуючи навантаження на основний ланцюг. Замість того, щоб виконувати кожну окрему транзакцію безпосередньо на основному блокчейні, rollup агрегують мільйони транзакцій в один пакет, що зменшує обчислювальні витрати. 
2. Пакетна подача: Після обробки поза ланцюгом вони надсилаються разом у пакетній подачі на основний ланцюг. Подача має мінімальний розмір і містить лише дані, що мають відношення до перевірки, які значно менші в порівнянні з обробкою кожної транзакції окремо на базовому ланцюзі. 
3. Доступність даних на ланцюзі: Виконання відбувається поза ланцюгом, але дані повинні бути доступні для перевірки та досягнення консенсусу. Rollup публікують докази стиснених даних, докази дійсності або шахрайства, щоб забезпечити відкриту перевірку транзакцій на основному ланцюзі. Доступні два типи доказів rollup: докази дійсності (використовуються ZK-Rollups) та докази шахрайства (використовуються оптимістичними rollups).
4. Залежність безпеки від шару 1: Rollup все ще покладаються на безпеку та консенсус ланцюга шару 1. Якщо rollup оптимістичний, будь-хто може оскаржити дійсність транзакцій через докази шахрайства. У ZK-rollups доказ дійсності гарантує, що приймаються лише дійсні транзакції. Ми до цього дійдемо за мить, тримайтеся!
5. Фінальність транзакцій: Як тільки пакет транзакцій затверджується на блокчейні шару 1, транзакції в пакеті є остаточними. Залежно від того, чи є rollup оптимістичним або на основі ZK, фінальність може відбутися практично миттєво.

Час поговорити про різні типи rollup, адже я впевнений, що у вас є запитання.

Оптимістичні Rollups Пояснені

Optimism та Arbitrum є дуже популярними реалізаціями оптимістичних rollup, але деякі інші помітні рішення - це Base, Metis та Cartesi. 

Деякі інші помітні рішення - це Base, Metis та Cartesi.  

Оптимістичні rollups - це категорія рішень для масштабування шару 2, призначених для збільшення пропускної спроможності Ethereum шляхом виконання транзакцій поза ланцюгом.

Оптимістичні rollups вважають транзакції дійсними за замовчуванням, і тому назва "оптимістичний" стосується цього методу перевірки.

Замість того, щоб перевіряти всі транзакції на ланцюзі, оптимістичні rollups просто звітують про підсумок пакета транзакцій на Ethereum Layer 1, зменшуючи обчислювальне навантаження та зберігання Layer 1, а також зменшуючи обчислювальні та зберігання витрати для Layer 1. Це досить відрізняється від zk-rollups, які покладаються на криптографічні докази для перевірки дійсності транзакцій. Модель безпеки оптимістичних rollups базується на доказах шахрайства, при цьому користувачі можуть оскаржити шахрайські транзакції протягом періоду суперечки. Після того, як транзакції затверджуються поза ланцюгом, є вікно часу - зазвичай кілька тижнів - заздалегідь, коли будь-хто може оскаржити незрозумілу транзакцію, надавши доказ шахрайства. У разі виявлення шахрайства система повторно виконує транзакцію, щоб перевірити, чи була вона легітимною. Це забезпечує баланс між масштабованістю та безпекою, дозволяючи більшості транзакцій проходити без прямої перевірки, але з можливістю скасувати злочинну діяльність. Оптимістичні rollups, такі як Arbitrum та Optimism, пропонують переваги масштабованості через зменшення комісій за газ та підвищену ємність для транзакцій, отже, ідеально підходять для dApps, які оптимізовані для зменшення комісій за газ та розширення ємності транзакцій. Недолік полягає в більш тривалому часі фінальності через період оскарження, що робить його менш ідеальним для операцій, чутливих до часу.

ZK Rollups: Глибоке занурення 

Zero-Knowledge (ZK) rollups пропонують високоякісне рішення для масштабування, використовуючи криптографічні докази для валідації транзакцій та ефективності, зокрема для Ethereum. На відміну від оптимістичних rollups, які вважають транзакції дійсними, поки не буде встановлено інше, ZK rollups використовують криптографічні докази, щоб забезпечити, що всі транзакції в пакеті дійсно є дійсними. Використання криптографічних доказів робить ZK rollups надійним безпечним вибором, особливо для використання, де важливі терміновість та висока довіра до фінальності. Операція ZK rollups включає серію ключових етапів. По-перше, подібно до оптимістичних rollups, ZK rollups виконують транзакції поза ланцюгом. Відмінність, однак, полягає в підході, яким вони автентифікують ці транзакції: ZK rollups генерують докази дійсності (zk-SNARKs) транзакцій у пакетах, що дозволяє перевірити цілісність перед подачею на основний ланцюг. Потім, для пакета транзакцій, ZK rollups генерують короткий криптодоказ, відомий як zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge). Цей доказ перевіряє правильність усіх транзакцій у пакеті, не розкриваючи жодної підлягаючої інформації та не вимагаючи від основного блокчейну перевіряти кожну транзакцію.

Після генерації zk-SNARK лише доказ і невеликий сегмент специфічних для партії даних потрібно надіслати до основного блокчейну.

Це зменшує обсяг даних і витрати на газ для обробки транзакцій.

Після публікації основний блокчейн перевіряє доказ zk-SNARK на відповідність наданим даним.

Якщо все в порядку, вся партія вважається дійсною без подальших перевірок, що призводить до майже миттєвої остаточності.

Цей швидкий механізм перевірки значно покращує досвід користувачів, особливо для тих випадків, де час є критичним.

З точки зору безпеки та довіри, ZK rollups успадковують безпеку від базового блокчейну Layer 1 (наприклад, Ethereum) і користуються високим рівнем впевненості в правильності транзакцій завдяки криптографічним доказам. Цей підхід зменшує можливість шахрайства, яке може виникнути під час періоду виклику оптимістичних роллапів.

Переваги ZK rollups значні. Вони значно покращують масштабованість завдяки великому множнику в пропускній спроможності транзакцій знижуючи витрати на газ, оскільки ефективно стискають кілька транзакцій в один доказ. Завдяки майже миттєвій остаточності, яку забезпечують zk-SNARKs, вони особливо ідеальні для застосувань, де транзакції потрібно підтверджувати негайно, таких як платежі та торгівля. Крім того, ZK rollups зміцнюють анонімність користувачів, оскільки деталі конкретних транзакцій приховані в доказах, які подаються до основного блокчейну, і, отже, добре підходять для застосувань з вимогами до конфіденційності. Популярні пропозиції zk rollup, такі як zkSync і StarkWare, стали частиною екосистеми Ethereum завдяки своїй ефективності. Такі пропозиції здобули популярність в екосистемі Ethereum завдяки своїй ефективності та використанню новітніх технологій нульових знань. Витрати на газ zk-rollups, такі як zkSync, станом на жовтень 2024 року, коливаються між 0.001 ETH і 0.005 ETH, що є величезною перевагою для користувачів, які прагнуть заощадити гроші під час транзакцій на швидшому рівні.

Концепція L2-MEV

MEV, або Максимально Витягувана Цінність, - це прибуток, отриманий від перетворення порядку транзакцій у блокчейн-мережах. Оскільки він був формально визначений у документі "Flash Boys 2.0" у 2019 році, MEV став актуальною темою, особливо з появою рішень L2, таких як роллапи. MEV - це те, що боти арбітражу намагаються витягнути в DEX-транзакціях, а майнери та валідатори можуть накопичувати прибутки від перетворених транзакцій. Секвенсор також відіграє домінуючу роль у витяганні MEV у роллапах, керуючи порядком транзакцій і поданням блоків до Layer 1. І проблема в тому, що більшість існуючих Ethereum L2 роллапів мають одного, єдиного, централізованого секвенсора, який домінує в порядку транзакцій. Централізований секвенсор має великий контроль над витяганням MEV, впливаючи на порядок транзакцій і прибутки. Але розмір витягуваного MEV варіюється між роллапами залежно від механізму секвенції. У системі Arbitrum "Перший прийшов, перший обслуговується" порядок транзакцій відбувається в порядку отримання з меншими можливостями для маніпуляцій з MEV.

Секвенсор Optimism, однак, має вищий ступінь контролю над порядком транзакцій, що дозволяє більшу гнучкість для витягання MEV.

Проте, у Optimism є перевірки, тобто часові вікна для публікації транзакцій, які обмежують секвенсор у максимальному використанні цієї влади.

З дорожньою картою Ethereum, орієнтованою на роллапи, дивлячись у майбутнє, коли 99% всіх речей відбуватимуться на L2, оскільки роллапи набирають повну форму, впровадження роллапів з механізмами для зменшення гонки за витяганням MEV буде критично важливим для забезпечення справедливості та ефективності в мережі.

Вплив L2-MEV на Ethereum

Прийняття Layer 2 змінило екосистему Ethereum, особливо те, як відбуваються динаміка Максимально Витягуваної Цінності (MEV). Оскільки Ethereum розвивається з роллапами, динаміка секвенції транзакцій і витягання MEV переходить у ці L2 мережі, де секвенсори, незалежно від того, централізовані чи децентралізовані, контролюють порядок транзакцій. Це створює ряд наслідків для Ethereum в цілому: 

1. Масштабованість з компромісами

Рішення L2, такі як Optimism і Arbitrum, значно покращують масштабованість Ethereum, позбавляючи його блокчейну Layer 1. Однак централізація секвенсорів призводить до вузького місця, де потенціал витягання MEV може зрости. Дорожня карта Ethereum, орієнтована на роллапи, обіцяє забезпечити більшу масштабованість, але порушує рівновагу з справедливим порядком транзакцій.

Нерегульовані централізовані секвенсори можуть скористатися порядком транзакцій за рахунок духу децентралізації Ethereum, потенційно підвищуючи ціни або віддаючи перевагу певним транзакціям — жертвуючи децентралізованим духом Ethereum.

2. Децентралізація секвенсорів

Однією з існуючих спроб проти витягання MEV є децентралізація функції секвенсора. Впровадження децентралізованих протоколів секвенції або конкурентних систем секвенсорів може нейтралізувати атаки MEV і відповідати цілям децентралізації Ethereum, роллапи можуть потенційно зменшити зловживання MEV. Це особливо важливо, оскільки Ethereum все більше відкритий до технологій L2. Децентралізація відповідатиме довгостроковій меті Ethereum щодо децентралізації та підвищить загальну безпеку в мережі.

3. Економічні стимули та аукціони MEV

Оскільки MEV стає все більш поширеним, вже деякі L2 тестують аукціони MEV, в яких прибуток від витягання MEV повертається валідаторам або кінцевим користувачам, а не отримується секвенсором. Цей протокол може перенаправити економічні стимули, щоб зменшити негативні наслідки MEV, так що цінність повернеться до загальної екосистеми Ethereum, а не лише концентруватиметься у кількох.

4. Досвід користувачів та витрати на газ 

Витягування L2-MEV може призвести до вищих транзакційних зборів і затримки остаточності, особливо на роллапах з централізованими секвенсорами, які можуть перетворювати порядок транзакцій для отримання прибутку, особливо на роллапах з централізованими секвенсорами, які можуть перетворювати порядок транзакцій для фінансової вигоди. На відміну від цього, більш децентралізовані або більш продумані роллапи, які мінімізують витягання MEV, можуть забезпечити менш витратний, з меншими затримками та більш безпечний досвід.

Нижчі ціни на газ на L2 також можуть дозволити Ethereum досягти більшого прийняття, але виклик полягає в тому, як забезпечити справедливість у порядку транзакцій серед цих рішень.

5. Питання безпеки

Чим більше транзакцій обробляється на Layer 2, тим більше безпека Ethereum буде залежати від технік управління MEV у роллапах Layer 2. Зловмисно побудовані роллапи, які сприяють надмірному витяганню MEV, можуть зменшити довіру до мережі, тоді як роллапи з доказами шахрайства/дійсності, децентралізованими секвенсорами та обмеженнями MEV покращать безпеку та децентралізацію Ethereum.

Конкретно, хоча рішення L2, такі як роллапи, забезпечують переконливий шлях вперед для масштабованості Ethereum, вони створюють нові проблеми L2-MEV Ethereum. Успіх майбутнього Ethereum, заснованого на роллапах, залежить від вирішення цих проблем через децентралізацію, відкритість і економічне перерозподіл, що робить Ethereum як масштабованим, так і справедливим.