Einführung
Was ist ein optimistisches Rollup?
Optimismus ist „Optimistic Rollup“, was im Grunde eine elegante Art ist, eine Blockchain zu beschreiben, die auf der Sicherheit einer anderen „übergeordneten“ Blockchain aufbaut. Konkret nutzen Optimistic Rollups den Konsensmechanismus ihrer übergeordneten Kette (wie PoW oder PoS), anstatt einen eigenen bereitzustellen. Im Fall von Optimismus ist diese übergeordnete Blockchain Ethereum.
Wie funktionieren optimistische Rollups?
Transaktionsausführung und -aggregation
Benutzer übermitteln Transaktionen an Validierer, auch Aggregatoren genannt, die die Transaktionen im optimistischen Rollup verarbeiten. Im Gegensatz zu On-Chain-Transaktionen, die aufgrund hoher Gasgebühren unerschwinglich teuer sein können, können optimistische Rollups mehrere Transaktionen gleichzeitig verarbeiten. Die Validierer komprimieren dann die von diesen Transaktionen generierten Daten in einem Batch, der dann im Ethereum-Mainnet veröffentlicht wird.
Staatliche Verpflichtungen und Betrugsnachweis
Jeder Zustandsübergang in der optimistischen Rollup-Kette erzeugt einen neuen Zustand, den der Operator durch die Berechnung einer neuen Zustandswurzel festlegt. Diese Zustandswurzel wird gehasht und im Rollup-Vertrag gespeichert. Darüber hinaus legt der Operator eine Merkle-Wurzel für den Transaktionsstapel selbst fest, wodurch jeder die Aufnahme einer Transaktion in den Stapel durch Vorlage eines Merkle-Nachweises nachweisen kann.
Optimistische Rollups veröffentlichen jedoch keine kryptografischen Gültigkeitsnachweise für Off-Chain-Transaktionen. Stattdessen gehen sie davon aus, dass Off-Chain-Transaktionen gültig sind, und verlassen sich auf ein Betrugsnachweisschema, um Fälle zu erkennen, in denen Transaktionen nicht korrekt berechnet werden. Nachdem ein Rollup-Batch auf Ethereum übermittelt wurde, gibt es ein Zeitfenster, das als Anfechtungsperiode bezeichnet wird und in dem jeder die Ergebnisse einer Rollup-Transaktion anfechten kann, indem er einen Betrugsnachweis berechnet.
Wenn der Betrugsschutz erfolgreich ist, führt das Rollup-Protokoll die Transaktion(en) erneut aus und aktualisiert den Status des Rollups entsprechend. Der andere Effekt eines erfolgreichen Betrugsschutzes besteht darin, dass der Sequenzer, der für die Aufnahme der falsch ausgeführten Transaktion in einen Block verantwortlich ist, eine Strafe erhält.
L1/L2-Interoperabilität
Optimistic Rollups sind für die Interoperabilität mit Ethereum Mainnet konzipiert und ermöglichen Benutzern die Übertragung von Nachrichten und beliebigen Daten zwischen L1 und L2. Sie sind außerdem mit der Ethereum Virtual Machine (EVM) kompatibel, sodass Sie vorhandene Dapps auf Optimistic Rollups portieren oder mit Ethereum-Entwicklungstools neue Dapps erstellen können.
Vermögensbewegung
Benutzer hinterlegen ETH, ERC-20-Token und andere akzeptierte Vermögenswerte im Bridge-Vertrag des Rollups auf L1, um ein optimistisches Rollup zu verwenden. Der Bridge-Vertrag leitet die Transaktion dann an L2 weiter, wo eine entsprechende Menge an Vermögenswerten geprägt und an die vom Benutzer gewählte Adresse im optimistischen Rollup gesendet wird. Das Abheben von einem optimistischen Rollup auf Ethereum ist aufgrund des Betrugsnachweisschemas schwieriger. Wenn ein Benutzer eine L2 > L1-Transaktion initiiert, um auf L1 hinterlegte Gelder abzuheben, muss er warten, bis die etwa sieben Tage dauernde Einspruchsfrist abgelaufen ist.
Interaktives Prüfen in mehreren Runden
Optimistische Rollups wechseln zu interaktiven Beweisen in mehreren Runden und erreichen damit dasselbe Ziel, nämlich ungültige Rollup-Operationen effizienter zu erkennen. Interaktive Beweisen in mehreren Runden umfasst ein Hin- und Her-Protokoll zwischen Assertierer und Herausforderer, das von einem L1-Verifizierervertrag überwacht wird, der letztendlich entscheidet, wer lügt. Nachdem ein L2-Knoten eine Behauptung in Frage stellt, muss der Assertierer die umstrittene Behauptung in zwei gleiche Hälften teilen. Jede einzelne Behauptung enthält in diesem Fall genauso viele Berechnungsschritte wie die andere.
Der Herausforderer wählt dann aus, welche Behauptung er anfechten möchte. Der Teilungsprozess, ein sogenanntes Bisektionsprotokoll, wird so lange fortgesetzt, bis beide Parteien eine Behauptung über einen einzelnen Ausführungsschritt bestreiten. An diesem Punkt wird der L1-Vertrag den Streit beilegen, indem er die Anweisung (und ihr Ergebnis) auswertet, um die betrügerische Partei zu fassen.
Vor- und Nachteile des Einsatzes von Optimismus
VorteileNachteileGeringere GebührenEingeschränkte Smart-Contract-FunktionalitätSkalierbarkeitLängere AuszahlungszeitenKompatibilität mit EthereumSicherheitsrisikenVertrauenslose EndgültigkeitVerbesserte Sicherheit
Pro
Reduzierte Gebühren
Einer der Hauptvorteile der Verwendung von optimistischen Rollups ist die Reduzierung der mit Ethereum-Transaktionen verbundenen Gebühren. Optimistische Rollup-Betreiber bündeln mehrere Off-Chain-Transaktionen in großen Batches, bevor sie sie an Ethereum übermitteln. Durch die Verteilung der Fixkosten auf mehrere Transaktionen in jedem Batch werden die Gebühren für Endbenutzer reduziert.
Skalierbarkeit
Ein weiterer Vorteil optimistischer Rollups ist die verbesserte Skalierbarkeit. Da Berechnung und Zustandsspeicherung außerhalb der Kette verlagert werden, kann das Ethereum-Netzwerk mehr Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Dies ist wichtig, da Ethereum weiter wächst und mehr Benutzer anzieht.
Kompatibilität mit Ethereum
Optimistic Rollups sind so konzipiert, dass sie auf Ethereum laufen, was sie mit dem Ethereum-Ökosystem kompatibel macht. Das bedeutet, dass Entwickler bestehende Smart Contracts auf Ethereum auf Optimistic Rollup Chains migrieren können, ohne die Codebasis umfassend zu ändern. Darüber hinaus können Entwickler und Projektteams, die Optimistic Rollups verwenden, die Infrastruktur von Ethereum nutzen, wie etwa Programmiersprachen, Codebibliotheken, Testtools, Client-Software, Bereitstellungsinfrastruktur und mehr.
Vertrauenslose Endgültigkeit
Optimistische Rollups bieten vertrauenslose Endgültigkeit, die garantiert, dass eine Transaktion – sofern sie gültig ist – letztendlich bestätigt wird. Betrugsnachweise sind wichtig, da sie vertrauenslose Endgültigkeit in optimistischen Rollups ermöglichen. Vertrauenslose Endgültigkeit ist eine Eigenschaft optimistischer Rollups, die garantiert, dass eine Transaktion – sofern sie gültig ist – letztendlich bestätigt wird.
Verbesserte Sicherheit
Optimistische Rollups verlassen sich hinsichtlich Datenverfügbarkeit, Zensurresistenz und Abwicklung auf das Hauptprotokoll von Ethereum. Dies macht optimistische Rollups sicherer als reine Off-Chain-Skalierungsprotokolle wie Sidechains, die für die Sicherheit nicht auf Ethereum angewiesen sind.
Nachteile
Eingeschränkte Smart Contract-Funktionalität
Einer der Hauptnachteile von optimistischen Rollups ist ihre eingeschränkte Smart-Contract-Funktionalität. Obwohl optimistische Rollups mit dem Ethereum-Ökosystem kompatibel sind, können sie nicht alle Merkmale und Funktionen der Ethereum-Blockchain unterstützen. Dies liegt daran, dass optimistische Rollups Transaktionen außerhalb von Ethereum ausführen, Transaktionsdaten jedoch als Calldata an Mainnet senden.
Längere Auszahlungszeiten
Das Abheben von einem optimistischen Rollup auf Ethereum ist aufgrund des Betrugsnachweissystems schwieriger. Wenn ein Benutzer eine L2 > L1-Transaktion initiiert, um auf L1 hinterlegte Gelder abzuheben, muss er warten, bis die Anfechtungsfrist – etwa sieben Tage – abgelaufen ist. Dies macht den Abhebungsprozess länger und umständlicher als herkömmliche Ethereum-Transaktionen.
Sicherheits Risikos
Optimistische Rollups basieren auf der Annahme, dass Off-Chain-Transaktionen gültig sind, und veröffentlichen keine Gültigkeitsnachweise für On-Chain-Transaktionsstapel. Dies unterscheidet optimistische Rollups von Zero-Knowledge-Rollups, die kryptografische Gültigkeitsnachweise für Off-Chain-Transaktionen veröffentlichen. Optimistische Rollups basieren auf einem Betrugserkennungsschema, um Fälle zu erkennen, in denen Transaktionen falsch berechnet werden. Obwohl dieses Schema theoretisch funktioniert, besteht immer das Risiko, dass böswillige Akteure Schwachstellen im System ausnutzen.
Abschluss
Optimistische Rollups bieten viele Vorteile für Ethereum-Transaktionen, darunter geringere Gebühren, verbesserte Skalierbarkeit, Kompatibilität mit Ethereum, vertrauenslose Endgültigkeit und verbesserte Sicherheit. Es gibt jedoch auch Nachteile, wie eingeschränkte Smart-Contract-Funktionalität, längere Auszahlungszeiten und Sicherheitsrisiken. Optimistische Rollups sind eine vielversprechende Lösung für die Skalierung von Ethereum, aber wie jede Technologie sind sie nicht ohne Herausforderungen. Da Ethereum weiter wächst und mehr Benutzer anzieht, wird es interessant sein zu sehen, wie sich optimistische Rollups weiterentwickeln und anpassen, um die Bedürfnisse der Community zu erfüllen.
