Demystifikace ZK Rollups: Průvodce pro začátečníky přístupem škálování blockchainu nové generace

Vznik technologie blockchain sice přinesl decentralizované a bezpečné transakce, ale také zavedl omezení, pokud jde o propustnost transakcí a vysoké poplatky. Tato omezení bránila širokému přijetí technologie blockchain. A právě zde se na scéně objevily rollupy ZK. 

Co jsou ZK Rollupy? 

ZK-rollupy, známé také jako zero-knowledge rollupy, jsou škálovacím přístupem na druhé vrstvě blockchainu, jehož cílem je snížit transakční náklady a zlepšit škálovatelnost. Kombinují bezpečnostní záruky podkladového blockchainu s efektivitou zpracování transakcí mimo řetězec. ZK rollupy fungují tak, že seskupí více transakcí do jedné dávky, známé jako rollup, a poté se vygeneruje stručný důkaz, který potvrzuje platnost všech transakcí v dávce.

Tento důkaz je generován pomocí důkazů s nulovou znalostí, což je kryptografická technika, která umožňuje dokazovateli prokázat znalost určitých informací, aniž by odhalil samotné informace. V případě zk-rollups důkaz ukazuje, že transakce v rollupu jsou platné podle pravidel chytré smlouvy, aniž by odhalil podrobnosti každé jednotlivé transakce.

Jak fungují ZK Rollupy? 

Zde je podrobný přehled fungování souhrnných aktiv ZK:

1.   Agregace transakcí: Uživatelé odesílají své jednotlivé transakce operátorovi souhrnu ZK. Tyto transakce jsou shromažďovány a sdružovány do souhrnné dávky. Tato agregace snižuje počet transakcí, které je třeba zpracovat v hlavním řetězci.
2. Výpočet mimo řetězec: Jakmile je dávka rollupu vytvořena, operátor rollupu ZK zpracuje transakce mimo řetězec. Výpočet zahrnuje spuštění chytrých smluv nebo transakční logiky spojené s každou transakcí v rollupu. Tento výpočet probíhá mimo řetězec, což výrazně snižuje výpočetní zátěž hlavního řetězce.
3. Důkazy nulových znalostí: Po výpočtu mimo řetězec vygeneruje operátor ZK rollup důkaz s nulovými znalostmi. Tento důkaz je kryptografická konstrukce, která prokazuje platnost transakcí v rollup dávce, aniž by odhalila specifické detaily každé transakce. Důkazy s nulovými znalostmi umožňují ověřit správnost transakcí a dodržování pravidel chytré smlouvy bez odhalení citlivých informací.
4. Hlavní řetězec podání: Operátor rollupu ZK odešle důkaz s nulovými znalostmi spolu se souhrnem nebo hašem dávky rollupu do hlavního řetězce. Hlavní řetězec nemusí provádět úplný výpočet každé transakce ani ukládat všechny podrobnosti o transakci. Místo toho ověří platnost důkazu s nulovými znalostmi a integritu souhrnu, čímž zajistí, že dávka rollupu dodržuje pravidla chytré smlouvy.
5. Aktualizace stavu: Jakmile hlavní řetězec ověří důkaz s nulovou znalostí a integritu dávky rollup, aktualizuje stav chytré smlouvy v hlavním řetězci na základě výsledku dávky rollup. Změna stavu je obvykle reprezentována jako komprimovaná verze nebo Merkleův kořen změn stavu v rámci dávky rollup, který je uložen v hlavním řetězci.
6. Bezpečnost a konečnost: Bezpečnost ZK rollupů se opírá o kryptografické vlastnosti systému nulových znalostí a předpoklady konsenzuálního mechanismu podkladového blockchainu. Jakmile je stav aktualizován na hlavním řetězci, dávka rollupů se finalizuje a výsledky jsou považovány za stejně platné a bezpečné jako samotný podkladový blockchain.

ZK Rollups vs. Optimistické Rollups 

I když se optimistické i ZK kumulativní balíčky snaží zlepšit škálovatelnost a snížit transakční náklady, k dosažení těchto cílů používají různé přístupy. 

• Tvrzení o platnosti 

V optimistických rollupech se transakce zpočátku předpokládají jako platné a zpracovávají se mimo řetězec bez okamžitého ověření na hlavním řetězci.

ZK rollupy využívají důkazy s nulovou znalostí, které umožňují dokazovateli prokázat platnost transakcí bez odhalení jejich podrobností. 

• Bezpečnost 

Místo ověřování každé transakce jednotlivě se optimistické souhrny spoléhají na mechanismus založený na výzvách, kde uživatelé mohou odeslat důkazy o podvodu, pokud zjistí jakékoli neplatné nebo škodlivé transakce. 

ZK rollupy poskytují silnější bezpečnostní záruky, protože platnost každé transakce je matematicky prokázána v rámci zero-knowledge důkazů. Tím se eliminuje potřeba důkazů o podvodech a souvisejících problémů.

• Potenciální kompromisy 

Optimistické rollupy mohou mít ve srovnání s rollupy ZK vyšší latenci, protože mezi zpracováním mimo řetězec a konečným ověřením na hlavním řetězci existuje časové zpoždění. Existuje také malá šance, že podvodné transakce zůstanou neodhaleny, dokud nebudou zpochybněny.

Implementace ZK rollupů může vyžadovat složitější kryptografické výpočty a vyšší úroveň technických znalostí. Ve srovnání s optimistickými rollupy mohou mít také mírně vyšší výpočetní náklady.

Hlavní problémy, které řeší ZK Rollups  

• Škálovatelnost

Blockchainové sítě, jako je Ethereum, čelí omezením škálovatelnosti, pokud jde o propustnost transakcí. ZK rollupy umožňují sdružování více transakcí do jedné dávky, čímž se snižuje počet transakcí v řetězci a výrazně se zvyšuje škálovatelnost sítě.

• Vysoké transakční náklady

Tradiční transakce v řetězci mohou být nákladné kvůli poplatkům za plyn. ZK rollupy snižují transakční náklady agregací více transakcí do jedné dávky, čímž minimalizují výpočetní a úložné požadavky na hlavní řetězec.

• Soukromí a důvěrnost

ZK rollupy využívají technologii zero-knowledge proof k ověření integrity transakcí bez odhalení podrobností transakce. To zajišťuje soukromí a důvěrnost, protože citlivé informace zůstávají skryté, ale zároveň ověřitelné.

• Výpočet mimo řetězec 

ZK rollupy provádějí většinu výpočetní práce mimo řetězec, čímž snižují zátěž hlavního řetězce. Tyto výpočty mimo řetězec umožňují rychlejší zpracování transakcí a efektivnější využití zdrojů blockchainu.

• Interoperabilita

ZK rollupy mohou usnadnit interoperabilitu mezi různými blockchainovými sítěmi agregací transakcí z více řetězců do jednoho rollupu. To umožňuje transakce a interakce napříč řetězci bez nutnosti složitých mostů nebo zprostředkovatelů.

Příklady implementace ZK Rollups v reálném životě

• Matter Labs

Společnost Matter Labs vyvinula protokol zkSync, což je škálovací řešení druhé vrstvy založené na ZK rollupech pro Ethereum. Cílem zkSync je poskytovat vysokou škálovatelnost a nízké transakční náklady při zachování bezpečnosti a decentralizace.

• Starware 

Společnost StarkWare vyvinula platformu StarkEx, která využívá ZK rollupy pro škálování Etherea a dalších blockchainových sítí. StarkEx umožňuje vysokou propustnost, což umožňuje tisíce transakcí za sekundu, a zároveň využívá zero-knowledge proofs pro ochranu soukromí a škálovatelnost.

• Loopring 

Loopring je decentralizovaný burzovní protokol (DEX), který využívá ZK rollupy pro zvýšení škálovatelnosti a snížení nákladů. Technologie ZK rollup od Loopringu umožňuje vysoce výkonné párování a vypořádání objednávek na Ethereu, což poskytuje bezproblémový obchodní proces a zároveň minimalizuje poplatky za plyn.

• Neměnný X

Immutable X je škálovací řešení Layer 2 pro Ethereum, postavené na technologii ZK rollup. Zaměřuje se na škálování herních a nezaměnitelných tokenových (NFT) aplikací. Immutable X nabízí rychlé a bezpečné transakce, umožňuje škálovatelné herní zážitky a snižuje dopad ražby a obchodování s NFT na životní prostředí.

• Hermez 

Hermez je projekt, který využívá ZK rollupy k umožnění škálovatelných a efektivních převodů tokenů na Ethereu. Jeho cílem je poskytnout decentralizované a nedůvěryhodné řešení pro platby a převody, které umožňuje vysokou propustnost a nízké poplatky a zároveň zajišťuje soukromí a bezpečnost.

Závěr 

Závěrem lze říci, že potřeba ZK rollupů vyplynula z rostoucí poptávky po blockchainových sítích, které by mohly zpracovávat větší objem transakcí efektivnějším a nákladově efektivnějším způsobem. Díky nabídce škálovatelného řešení, které zachovává bezpečnostní záruky podkladového blockchainu a zároveň chrání soukromí, si ZK rollupy získaly pozornost a přijetí na trhu jako praktický prostředek ke zvýšení škálovatelnosti a použitelnosti blockchainu. Ačkoli se ekosystém ZK rollupů neustále vyvíjí, očekává se, že se do tohoto prostoru zapojí mnoho společností, jak technologie dozrává a získává širší přijetí.

Antier je přední společnost zabývající se vývojem blockchainu , která pomáhá firmám implementovat ZK rollupy do jejich stávajících blockchainových řešení.