ARB sta per essere messo online e anche L2 (Rollup) ha ricevuto maggiore attenzione. Recentemente ci sono stati sempre più dibattiti sulla superiorità delle soluzioni OP e ZK. Alcuni dicono che OP è ortodosso e altri dicono che ZK è più sicuro. Questo articolo andrà più in profondità e discuterà due popolari soluzioni di espansione di livello 2, nonché Arbitrum, recentemente attirato l'attenzione. Questo è un articolo orientato alla tecnologia. Mi concentrerò sui principi di funzionamento e sulle caratteristiche e li spiegherò in un linguaggio di facile comprensione per aiutare tutti a comprendere e valutare meglio queste soluzioni di espansione.

1. Panoramica del piano di espansione

Con il rapido sviluppo della tecnologia blockchain, i problemi di scalabilità sono diventati uno dei principali ostacoli che ostacolano l’applicazione diffusa della blockchain. Per migliorare il throughput della rete e ridurre le commissioni di transazione, l’espansione della capacità è una questione che deve essere risolta. Le soluzioni di espansione sono solitamente divise in due categorie: una è l'espansione off-chain (Layer 2), che ottiene l'espansione costruendo un nuovo livello di protocollo sopra la blockchain sottostante; l'altra è l'espansione on-chain (Layer 1), che è ottenuto attraverso l'ottimizzazione del protocollo blockchain sottostante stesso per migliorare il throughput.

Le soluzioni di espansione on-chain possono essere suddivise in sharding, scelta di un algoritmo di consenso più efficiente e ottimizzazione del protocollo. Lo sharding consiste nel dividere la rete blockchain in più sottocatene indipendenti e ciascuna sottocatena può elaborare le transazioni in parallelo. In questo modo, il throughput dell’intera rete aumenterà linearmente all’aumentare del numero di sottocatene. Anche lo sharding è un passo fondamentale nella roadmap di Ethereum 2.0. Solo dopo lo sharding si potrà veramente ottimizzare TPS e Gas. Le innovazioni negli algoritmi di consenso sono state rare negli ultimi anni. I POS, DPOS, DAG, ecc. precedentemente proposti sono tutte innovazioni relative a POW, possono ridurre il consumo di risorse di rete e migliorare la velocità di elaborazione delle transazioni scelto questa strada. La terza opzione è ottimizzare il protocollo blockchain sottostante, ad esempio regolando la dimensione del blocco, il tempo di generazione del blocco, ecc., che può migliorare il throughput della rete in una certa misura, come l'aggiornamento Segregated Witness (SegWit) di Bitcoin.

Le soluzioni di espansione fuori catena possono essere suddivise in canali di stato, Plasma e Rollup. I canali di stato consentono agli utenti di condurre transazioni fuori dalla catena e di interagire con la catena principale solo quando il canale viene aperto e chiuso. Ciò riduce notevolmente il numero di transazioni sulla catena e quindi aumenta il throughput, come Raiden Network e Lightning State channel prodotti di espansione rispettivamente per Ethereum e Bitcoin. Plasma è una soluzione sidechain che consente agli utenti di migrare le risorse dalla catena principale alla sottocatena e condurre transazioni sulla sottocatena. La sottocatena invia periodicamente i suoi aggiornamenti di stato alla catena principale per garantire la sicurezza, come OMG Network. I rollup raggruppano più transazioni in un'unica prova (zk-SNARK o prova di frode di Optimistic Rollup) e la inviano alla catena principale. In questo modo, la catena principale deve solo verificare la prova senza elaborare ogni transazione, aumentando così la produttività. Esempi tipici sono zkSync (basato su zkRollup) e Optimism (basato su Optimistic Rollup). Anche Arbitrum è un prodotto basato su OP.

2. Rollup ottimistici e zk-Rollup

2.1 zk-Rollup

zk-Rollups è una soluzione di espansione di livello 2 basata su prove a conoscenza zero. Innanzitutto, il componente Rollup Operator aggrega più transazioni fuori catena in un batch, quindi utilizza prove a conoscenza zero (come zk-SNARK o zk-STARK) per generare un file di prova conciso. Questa prova può verificare la validità dell'intero batch di transazioni. Non è necessario controllare ciascuna transazione una per una; quindi il certificato e i dati relativi al batch vengono inviati alla catena principale, e la catena principale verifica la correttezza del certificato per garantire che la transazione sia valida; una volta superata la verifica della catena principale, la catena Il contratto aggiornerà lo stato della catena in base ai dati presenti nella prova. Ciò significa che sebbene la transazione venga eseguita off-chain, lo stato on-chain viene comunque aggiornato, garantendo la coerenza dei dati.

Nota: Zero-Knowledge Proof (ZKP) è un concetto crittografico che consente a un dimostratore di dimostrare a un verificatore che una determinata affermazione è vera senza rivelare altre informazioni sull'affermazione. In breve, una prova a conoscenza zero consente a una persona di dimostrare di possedere determinate informazioni senza rivelare l’informazione stessa.

2.2 Rollup ottimistici

Optimistic Rollups è una soluzione di espansione di secondo livello basata sulla verifica ottimistica, ovvero i blocchi inviati per impostazione predefinita sono corretti a meno che qualcuno non lo metta in dubbio. Richiede inoltre che l'operatore Rollup aggreghi molte transazioni fuori catena in un batch, quindi calcoli il nuovo stato (come saldo, stato del contratto, ecc.) generato dalla transazione batch e generi un aggiornamento dello stato fuori catena, quindi aggiorni lo stato fuori catena e i relativi dati vengono inviati alla catena principale. Questo stato è corretto per impostazione predefinita e non richiede ulteriore verifica, tuttavia, dopo l'invio dell'aggiornamento dello stato, ci sarà un periodo di sfida fisso, durante il quale chiunque può sfidare lo stato inviato fornendo prova di frode. La validità dell'aggiornamento, l'intera transazione relativa allo stato in questione sarà testata dall'operazione EVM. Se l'aggiornamento dello stato risulta essere sbagliato, il richiedente sarà punito (detrazione del deposito). e lo stato sulla catena verrà riportato allo stato corretto Se nessuno contesta l'aggiornamento dello stato durante il periodo della sfida, o la sfida viene dimostrata sbagliata, lo stato sulla catena viene aggiornato in base all'aggiornamento dello stato inviato.

2.3 Confronto tra ZK e OP

ZK e OP hanno ciascuno le proprie caratteristiche. Li ho analizzati dai seguenti 5 diversi angoli affinché tu possa giudicarli in base alle tue tendenze:

1. Metodo di verifica della transazione:

OP: verificare le transazioni tramite prove di frode. OP presuppone che le transazioni siano valide per impostazione predefinita a meno che qualcuno non presenti la prova che una transazione non è valida. Ciò richiede un monitoraggio continuo da parte di utenti e nodi fuori catena per garantire che l’operatore Rollup non stia facendo del male.

ZK: verifica le transazioni tramite prove a conoscenza zero come zk-SNARKs o zk-STARKs. ZK genera una prova concisa per garantire la validità delle transazioni in un batch senza la necessità di verificare ciascuna transazione individualmente.

2. Sicurezza:

OP: Poiché si presuppone che le transazioni siano valide per impostazione predefinita, potrebbero esserci alcuni rischi per la sicurezza e gli utenti e i nodi fuori catena devono monitorare attivamente le transazioni per garantire la sicurezza.

ZK: Il metodo di verifica basato sulla prova a conoscenza zero fornisce un'elevata sicurezza per ZK perché richiede la generazione di una prova per garantire la validità della transazione.

3.Produttività e prestazioni:

OP: Rispetto a ZK, OP generalmente ha velocità di elaborazione delle transazioni off-chain più elevate, ma la verifica on-chain potrebbe richiedere più tempo a causa della necessità di attendere il ciclo di verifica a prova di frode.

ZK: Sebbene generare prove a conoscenza zero richieda determinate risorse informatiche, la verifica on-chain di ZK è più veloce perché una volta generata la prova, la catena principale può verificarla rapidamente.

4.Versatilità

OP: OP è completamente compatibile con EVM e molti DAPP possono essere migrati direttamente. La complessità computazionale complessiva della soluzione è bassa ed è più adatta per l'esecuzione generale di contratti intelligenti e calcoli complessi.

ZK: Anche se la tecnologia a prova di conoscenza zero si sta sviluppando, la sua applicazione nei contratti intelligenti generali e nei calcoli complessi è attualmente limitata.

5. Costo:

OP: In genere ha costi di transazione off-chain inferiori.

ZK: La generazione di prove a conoscenza zero richiede determinate risorse di calcolo, il che può comportare costi di transazione off-chain più elevati.

In generale, Optimistic Rollups e zk-Rollups presentano rispettivamente vantaggi e svantaggi. Optimistic Rollups è più adatto per gestire scenari di contratti intelligenti complessi e ha una migliore compatibilità con Ethereum mentre zk-Rollups ha una migliore sicurezza e protezione della privacy.

3. Decisione

Arbitrum è una soluzione di espansione a due livelli basata su Optimistic Rollups. Combina i vantaggi di Optimistic Rollups e innova e ottimizza il processo di arbitrato. Utilizza la tecnologia di ricerca binaria nella gestione delle sfide e dell'arbitrato, riducendo il costo della complessità e del costo dell'arbitrato Processi.

Come accennato in precedenza, nel sistema di verifica ottimistico, quando qualcuno contesta un blocco inviato, viene avviato un processo di arbitrato. Lo sfidante deve evidenziare un errore specifico nel blocco, come risultati errati di esecuzione della transazione, aggiornamenti di stato errati, ecc.

Per trovare in modo efficiente la posizione dell'errore, la ricerca binaria divide l'intervallo in cui può verificarsi l'errore in due metà. L'interrogante deve scegliere in quale metà appare l'errore e continuare la ricerca verso il basso. Ad esempio, se lo sfidante ritiene che l'errore si verifichi nella prima metà del blocco, allora deve fornire una prova dell'aggiornamento dello stato di quella parte in ogni iterazione, lo sfidante e il verificatore continuano a dividere il possibile intervallo di l'errore in due metà. Lo sfidante deve indicare in ogni iterazione quale metà dell'errore si verifica e fornire la prova corrispondente, e il verificatore deve fornire prove di confutazione corrispondenti attraverso iterazioni continue di ricerca binaria, lo sfidante e il verificatore restringono gradualmente l'errore possibile gamma di errori. Infine, quando l'ambito è ristretto a una transazione specifica o ad un aggiornamento dello stato, lo sfidante deve fornire prove dettagliate per dimostrare l'esistenza dell'errore e il verificatore deve fornire prove di confutazione corrispondenti dopo una serie di iterazioni di ricerca binaria e scambio di prove, se lo sfidante può dimostrare con successo che c'è un errore nel blocco, il blocco sarà considerato non valido e se il validatore può confutare con successo le prove dello sfidante, il blocco sarà considerato valido. Nel processo, la parte sbagliata perderà il deposito, mentre la parte vincente potrebbe ricevere una ricompensa.

Per riassumere, l'arbitrato della ricerca binaria può ridurre la portata degli errori. Questo processo viene eseguito fuori catena e solo l'ultima parte contestata deve essere verificata sulla catena, riducendo così il costo di elaborazione delle transazioni sulla catena, ma anche questo processo. estende i tempi di elaborazione. Quindi Arbitrum è più economico di Optimistic in caso di arbitrato, ma è anche più lento.

4. Riepilogo

Molti concorrenti nella stessa direzione hanno uno schema incentrato sulla tecnologia e l'altro sull'ecologia. OP e ZK sono un po' come Aptos e SUI. Chi vincerà alla fine dipende dai voti degli utenti.