Завьялов Илья Николаевич про масштабирование Ethereum.

Перед тем как вы погрузитесь в изучение статьи, обратите внимание на тот факт что всё упомянутое в ней не является финансовой рекомендацией для принятие более взвешенного решения просьба провести свое собственное исследование. 

Проблема сети Ethereum заключается в том, что данная сеть может обрабатывать только 7-11 транзакций в секунду, и поскольку в определенные моменты сеть может быть перегружена, комиссия за транзакции может достигать более 80$.

Здесь возникает проблема масштабируемости блокчейна. Трилемма масштабируемости блокчейна, придуманная сооснователем Ethereum Виталиком Бутериным, утверждает, что блокчейн не способен эффективно масштабироваться, сохраняя при этом безопасность и децентрализованность основной сети. Вместо этого необходимо искать компромисс между этими характеристиками — современные блокчейн-сети могут удовлетворять двум из трех условий, но не всем трем одновременно.

В качестве решения данной проблемы были созданы L2.

На данный момент решения второго уровня играют значительную роль на рынке.

L2 или же решения 2-го уровня — это протоколы, которые работают поверх сети эфириум, они направлены на масштабируемость сети, снижение цен на транзакции, без ущерба децентрализации и безопасности сети.

Преимуществами таких протоколов являются:

• Увеличение количества транзакций в секунду, а также снижения нагрузки на сеть L1.
• Снижение комиссии. Это происходит следующим образом: транзакции консолидируются в один пакет перед записью в основной сети, что снижает плату за газ.
• Изменения в L2 не влекут за собой изменения в базовом блокчейне, что помогает обеспечить безопасность сети.

Недостатки:

• Вероятен отток ликвидности из основного блокчейна

Типы решений L2

Прежде чем говорить о Rollup необходимо поговорить об их общем механизме работы. Транзакции группируются вне основного блокчейна, а затем эти транзакции публикуются именно на нем. Количество данных, которые мы публикуем в цепочке, являются минимальным количеством, необходимых для локальной проверки транзакции. Размещая данные в цепочке, любой может обнаружить мошенничество, инициировать вывод средств или лично начать создание групп транзакций.

Говоря о масштабируемости, она увеличивается от 5 до 100 раз, но ни в коем случае не обеспечивает бесконечную масштабируемость.

Zero-Knowledge Rollups

Zk-Rollups представляют собой пакеты данных, которые обеспечиваются смарт-контрактом в основной цепочке, в то время как они передаются за пределы цепочки для обработки и вычислений. Они способны произвести блок примерно за минуту и ​​обработать 2000 TRS (Транзакций в секунду).

С ZK роллапами каждый пакет включает в себя криптографическое доказательство, называемое ZK-SNARK, которое доказывает, что корневое состояние является правильным результатом выполнения пакета транзакций. Особенность ZK-SNARK позволяют генерировать доказательство существования базовых данных, при этом не раскрывая их.

Решение масштабирования уровня 2 ZK-rollups работает лучше, чем уровень 1, благодаря хранению данных вне цепочки. Важные данные, относящиеся к смарт-контрактам, запрашиваются реже, чем у блокчейнов первого уровня. Это экономит большое количество вычислительной мощности, и для проверки транзакций используется меньшая мощность блокчейна. В результате комиссия за газ снижается, что делает транзакции быстрее и дешевле.

Для простоты понимания, приведем простой пример работы Zk-Rollup:

• Инициация Транзакции: Алиса отправляет 2 ETH Бобу.
• Обработка в ZK-Rollup: Транзакция обрабатывается в ZK-Rollup сети, где она сгруппирована с другими транзакциями.
• Генерация ZK-SNARK: Для этой группы транзакций создается ZK-SNARK, доказывающий, что Алиса действительно отправила 2 ETH Бобу, без раскрытия других деталей транзакции.
• Обновление Состояния: После проверки ZK-SNARK на главной цепочке, баланс Алисы уменьшается на 2 ETH, а баланс Боба увеличивается на 2 ETH.

Преимущества

• Безопасная и децентрализованная
• Ускорение проведение транзакции

Недостатки

• Не все ZK-роллапы EVM совместимы
• На порядок транзакции может влиять пользователь

Примерами на практике: zkSync, Starknet, Polygon

Оптимистические роллапы

Они работают следующим образом: каждая нода обновляет состояние сети, как только пачка транзакций предложена. У остальных нод есть 7-ми дневное окно, чтоб оспорить предложенный блок, предоставив fraud proof (док-во мошенничества). Оно включает:

• Предыдущее состояние сети
• Новое состояние сети
• Доказательство транзакций совершенных при переходе состояния

Процесс прост: это доказательство мошенничества публикуется в контракте роллапа на основной цепочке. Затем контракт роллапа проверяет доказательство и применяет логику транзакции к предыдущему состоянию. После этого он сравнивает результат с после состоянием. Если есть несоответствие, это доказывает, что тот, кто опубликовал пакет, неправильно применил транзакции. Смарт-контракт затем отменяет этот пакет транзакций и все последующие пакеты.

Пример оптимистического роллапа:

1. Инициация Транзакции: Алиса хочет отправить 5 ETH Бобу. Она инициирует транзакцию в сети оптимистического роллапа.
2. Обработка в Оптимистическом Роллапе: Транзакция Алисы обрабатывается. И здесь, в отличие от Zk-Rollups, место немедленной проверки, транзакция сначала принимается как действительная.
3. Публикация на Главной Цепочке: Контракт роллапа на главной цепочке Ethereum получает подтверждение, что 5 ETH были отправлены от Алисы Бобу. Эта информация обновляется в общем состоянии роллапа, но подробности транзакции не раскрываются.
4. Период Ожидания: После публикации, транзакция входит в период ожидания (например, неделю), в течение которого она может быть оспорена.
5. Возможное Оспаривание: Если кто-то обнаруживает, что транзакция Алисы была мошеннической (например, у Алисы не было достаточного баланса), он может представить «доказательство мошенничества» в сеть.
6. Решение Конфликта: Если доказательство мошенничества предоставлено, сеть роллапа проверяет транзакцию и, если она действительно недействительна, отменяет ее. Если доказательство мошенничества не представлено в течение периода ожидания, транзакция считается действительной.
7. Окончательная Обработка: После истечения периода ожидания и в отсутствие оспаривания, транзакция окончательно обрабатывается. Баланс Алисы уменьшается на 5 ETH, а баланс Боба увеличивается на 5 ETH.

Преимущества

• Низкая плата за газ
• Повышенная пропускная способность
• Безопасность

Недостатки

• Длительное время вывода средств

Примерами оптимистичных роллапов на практике являются Optimism и Arbitrum.

Каналы состояния

Каналы состояния представляют собой двунаправленные коммуникационные пути между участниками, позволяя им взаимодействовать без вмешательства 3-х сторон, таких как валидаторы, ускоряя тем самым транзакции. Этот процесс начинается с обеспечения безопасности части блокчейна через мультиподписи, что позволяет адресанту и адресату взаимодействовать напрямую, минуя майнеров. После выполнения транзакции её итоговое состояние фиксируется в блокчейне.

Преимущества

• Управление сложными взаимодействиями
• Обрабатывает чрезвычайно высокую пропускную способность транзакций при очень низкой стоимости

Недостатки

• Высокие затраты на настройку и расчетные каналы
• Средства должны быть заблокированы в открытых платежных каналах
• Не поддерживает открытое участие