Вкусы Роллапов и Модульное Масштабирование

Rollup вызвали горячие обсуждения в экосистеме. Если вы пытаетесь понять, что это такое, вы не одиноки. Мы заметили, что пока не так много доступного контента, который объясняет архитектуру Rollup простым и понятным образом, поэтому решили попробовать сделать это сами.

Эта статья не претендует на углубленный или всеобъемлющий обзор и не фокусируется на конкретных проектах. Цель — пройтись по популярным дизайнам Rollup и предложить простые способы их осмысления.

Понимание Rollup через метафору

Представьте, что вы находитесь в переполненном городе, где люди постоянно спешат из одного места в другое. Улицы заполнены машинами, автобусами и мотоциклами — каждый из них символизирует транзакцию, несущую важную информацию и вычисления.

С ростом города улицы становятся перегруженными. Количество транспортных средств превышает пропускную способность дорог, вызывая задержки и пробки. Эта ситуация напоминает текущее состояние Ethereum, где увеличение числа транзакций перегружает сеть.

Теперь представьте, что предложена новая транспортная система для решения проблемы пробок — Rollup. Она вводит сеть скоростных туннелей под городом, которые служат альтернативным маршрутом для транспорта, разгружая улицы.

• Ethereum — это улицы.

• Транзакции — транспортные средства.

• Rollup — подземные туннели, эффективно обрабатывающие транзакции, снижая нагрузку на основной блокчейн.

Что такое Rollup?

Rollup снимает часть вычислительной нагрузки с блокчейна, сохраняя при этом его свойства безопасности. Вместо обработки всех вычислений на Ethereum, Rollup объединяет и «сжимает» данные транзакций в компактную форму.

Rollup часто сам является блокчейном. Он принимает транзакции пользователей, обрабатывает их и сохраняет данные Rollup на основном блокчейне. Это можно сравнить с компрессией данных для более эффективного хранения.

Зачем нам Rollup?

Вернемся к метафоре: улицы + скоростные туннели = масштабируемый город. Аналогично, Rollup позволяет экосистеме Ethereum обрабатывать больше транзакций, делая сеть более масштабируемой и эффективной.

Однако не все Rollup одинаковы. Существуют разные типы с различными свойствами безопасности.

Основные функции блокчейна

Прежде чем углубляться в различные типы Rollup, освежим базовые функции блокчейна:

1. Выполнение: обработка транзакций и изменение состояния только при валидных данных.

2. Расчет: проверка доказательств и разрешение споров.

3. Доступность данных: хранение и обеспечение доступности данных транзакций.

4. Консенсус: согласование порядка транзакций.

Четыре функции на двух уровнях: Безопасность и Окружающая среда

Типы Rollup

Optimistic Rollup

Используют доказательства мошенничества. Они предполагают, что данные транзакций корректны, пока не доказано обратное. В случае ошибки запускается механизм разрешения споров, где обе стороны предоставляют залог в ETH, который сгорает при недобросовестном поведении.

ZK Rollup

Основаны на доказательствах достоверности (ZK-SNARK или ZK-STARK). Все транзакции подтверждаются доказательством правильности выполнения, что гарантирует их легитимность.

Дизайны Rollup

Optimistic RollupsOptimistic Rollups основаны на fraud-proofs (доказательствах мошенничества).

Этот подход работает на основе добросовестности, позволяя публиковать пакеты транзакций с предположением об их корректности. Если пакет действительно оказывается валидным, никаких дополнительных действий в системе rollup не требуется.

Если же пакет оказывается ложным, система запускает серию процессов для выявления и наказания ответственного лица. Optimistic Rollups используют механизм разрешения споров, который проверяет доказательства мошенничества и применяет соответствующие наказания. Обычно в этом процессе участвуют две стороны: пользователь, отправивший пакет, и пользователь, подозревающий мошенническую деятельность и предоставляющий доказательства.

Обе стороны обязаны предоставить залог в ETH, который будет конфискован в случае недобросовестного поведения любой из сторон.

ZK RollupsZK (Zero-Knowledge) Rollups используют доказательства корректности (validity proofs).

Они работают по принципу "виновен, пока не доказано обратное", обеспечивая, что транзакции отправляются вместе с доказательствами их корректного выполнения. Это доказательство представляет собой "доказательство с нулевым разглашением" (zero-knowledge proof) — компактное представление, подтверждающее, что каждый шаг выполнения программы соответствует правилам блокчейна. С помощью объединения множества транзакций в один крупный пакет ZK Rollups позволяют одновременно проверять сразу несколько транзакций.

Каждый пакет транзакций включает криптографическое доказательство, представленное в виде ZK-SNARK или ZK-STARK. Это позволяет пользователям безопасно передавать транзакции по блокчейну в полностью зашифрованном виде. Эти транзакции остаются конфиденциальными и недоступными для чтения, однако доказательства подтверждают их легитимность и целостность.

**Дизайны Rollup'овSmart Contract Rollups (также известные как Classic Rollups)**Это те rollup'ы, с которыми мы обычно сталкиваемся в Ethereum.

Smart Contract Rollups, такие как Optimistic и ZK Rollups, полагаются на уровень урегулирования (например, Ethereum) для валидации и упорядочивания блоков.

В этой архитектуре rollup отвечает за выполнение транзакций, в то время как задачи консенсуса, доступности данных и урегулирования передаются базовому блокчейну. Для обеспечения доверия и надежности Smart Contract Rollups используют набор смарт-контрактов на уровне урегулирования. Эти смарт-контракты действуют как мост, создавая безопасное соединение между rollup и уровнем урегулирования.

Sovereign RollupsSovereign Rollups добавляют дополнительные функции к базовой архитектуре rollup, вводя независимость и автономию. Они публикуют свои транзакции в другом блокчейне для упорядочивания (консенсус) и доступности данных, сохраняя при этом контроль над выполнением и урегулированием.

В отличие от Smart Contract Rollups, Sovereign Rollups не имеют защищенных мостов, соединяющих их с уровнем урегулирования. У них отсутствует нативный минимизирующий доверие мост с уровнем доступности данных для урегулирования, что вызывает споры.

Тем не менее, Sovereign Rollups могут иметь общие мосты для связи с внешними системами. Эти мосты позволяют им взаимодействовать и обмениваться данными с другими сетями, даже если они не зависят от них для урегулирования. Это обеспечивает определенную степень связи, однако отсутствие защищенного моста к уровню урегулирования остается важной особенностью Sovereign Rollups.

В двух словах: Роллапы на смарт-контрактах vs Суверенные роллапы

Validiums и VolitionsТехнически validiums и volitions не являются rollup'ами, но их можно считать их "близкими родственниками", играющими важную роль в дизайне систем.

Validiums предлагают иной подход к обработке транзакций. Вместо выполнения транзакций на L1 они обрабатывают их вне сети, а затем отправляют их вместе с доказательствами на родительскую цепочку. Этот процесс аналогичен rollup'ам.

Главное отличие validiums заключается в том, как они оптимизируют пропускную способность доступности данных, используя отдельный внецепочечный слой доступности данных. Это снижает некоторую безопасность ради сценариев, где важны высокая производительность и низкая стоимость.

Volitions — это гибрид rollup'ов и validiums. С помощью volitions можно выбрать режим работы: "rollup mode" или "validium mode". Выбор зависит от потребностей в безопасности и пропускной способности для конкретного случая использования.

Разработчики могут настраивать режим в зависимости от своих приложений или передавать этот выбор конечным пользователям.

Layer 2 и Layer 3Большинство rollup'ов, с которыми вы знакомы, являются Layer 2 (L2). L2 rollup'ы публикуют данные rollup'а на базовой цепочке.

Однако возникает новый подход, когда rollup'ы публикуют доказательства в другие rollup'ы, которые затем агрегируют множество доказательств и отправляют одно доказательство в базовую цепочку. Этот процесс называется "rollup'ы на rollup'ах".

Важно: это касается только ZK Rollups, но не Optimistic Rollups.

Settlement RollupsКогда L3 rollup'ы отправляют доказательства в L2 rollup'ы, это называют "settlement" на L2 rollup'е.

Некоторые settlement rollup'ы могут быть универсальными платформами смарт-контрактов, которые используют L3 rollup'ы для урегулирования. Settlement rollup'ы также могут быть разработаны специально для проверки доказательств без смарт-контрактной функциональности.

Enshrined RollupsEnshrined Rollups означают, что программное обеспечение rollup'а является частью базовой цепочки. Например, если Ethereum интегрирует кодовую базу Scroll в свой протокол, это будет "enshrined" rollup.

Based RollupsBased Rollups — это rollup'ы без секвенсеров. Они используют базовую цепочку как встроенный секвенсер, где пользователи отправляют транзакции напрямую на L1.

Технически, основанные роллапы используют базовую цепочку как встроенный упорядочиватель

Хотя транзакции всё равно нужно как-то упорядочивать, в этой конструкции пользователи отправляют свои транзакции непосредственно в L1. Валидаторы упорядочивают эти транзакции так же, как любые другие транзакции на L1. Узлы роллапа затем используют этот упорядоченный список как входные данные для своей функции перехода состояния.

Итоги

Мы надеемся, что этот пост помог сделать архитектуру роллапов более понятной. Однако мы понимаем, что пространство дизайна всё ещё огромное, и разобраться в нём не так просто. Именно поэтому важно как можно лучше разобраться в нюансах, чтобы принимать наиболее обоснованные решения о том, какую архитектуру роллапов выбрать для конкретных случаев использования.

Будет интересно наблюдать за тем, как это пространство дизайна будет развиваться в ближайшие годы и какие подходы окажутся наиболее успешными. Увидимся в этой кроличьей норе!