حل مشکلات مقیاس‌پذیری اتریوم با ZK-Rollups

Zk-rollups مدت‌هاست که به عنوان راه‌حلی برای مشکلات اتریوم معرفی شده است. از آنجایی که پذیرش بلاکچین و کریپتو از رشد تصاعدی در سرتاسر جهان برخوردار است، راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری لازم است تا اطمینان حاصل شود که پلتفرم قراردادهای هوشمند پیشرو در جهان می‌تواند میلیون‌ها کاربر را مدیریت کند.

هدف اثبات دانش صفر و فناوری rollup افزایش توان تراکنش در اکوسیستم اتریوم است، اما هنوز سوالات زیادی در مورد نحوه عملکرد zk-rollups وجود دارد.

در ادامه تلاش داریم اصطلاحات پیچیده پیرامون راه‌حل‌های zk-rollup را ساده‌سازی کنیم و مطمئن شویم که دانشی صفر در مورد اثبات دانش صفر (ZKP) ندارید.

مشکل بلاکچین اتریوم چیست؟

از همان روزهای اولیه ظهور اتریوم، هر شبکه بلاکچینی برای غلبه بر یک مفهوم واحد تلاش کرده است: نحوه حل مشکل سه‌گانه بلاکچین. سه‌گانه بلاکچین که توسط ویتالیک بوترین ابداع شده است حکم می‌کند که بلاکچین عالی با موفقیت بین عدم تمرکز، امنیت و مقیاس‌پذیری تعادل ایجاد می‌کند.

• تمرکززدایی: در روح بلاکچین، شبکه به طور کامل توزیع شده است. این شبکه خودکفا است و توسط کاربرانش و به همراه ماینرها و ولیدیتورها به طور مستقل در سرتاسر جهان اداره می‌شود. بیت کوین نمونه کاملی از تمرکززدایی است.
• مقیاس‌پذیری: یک بلاکچین کامل سریع و مقرون‌به‌صرفه است و آن را برای همه کاربران، صرف‌نظر از اندازه کیف پولشان، موثر و کارآمد می‌کند. کارمزدهای پایین گس و تراکنش‌های یک ویژگی نرمال هستند تا یک ویژگی منحصربه‌فرد.
• امنیت: یک بلاکچین کامل ایمن است. هیچ کس نمی‌تواند به زور به کیف پول شما نفوذ کند، تراکنش‌ها با رمزنگاری پیچیده محافظت می‌شوند و توزیع صحیح توکن‌ها مانع از آن می‌شود که هکرها کنترل شبکه را با حمله 51 درصدی به دست بگیرند.

حتی با وجود ده‌ها بلاکچین لایه 1 که روزانه با هم رقابت می‌کنند، مشکل سه‌گانه بلاکچین حل نشده باقی مانده است. واقعیت یا طنز سه‌گانه این است که متعادل کردن هر سه گزینه غیرممکن است؛ زیرا مهندسان همیشه باید یک گزینه را برای دستیابی به گزینه‌های دیگر قربانی کنند.

برای مثال سولانا را در نظر بگیرید. سولانا اغلب سریع‌ترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین بلاکچین موجود در نظر گرفته می‌شود. این شبکه دارای بیش از 4000 تراکنش در ثانیه (TPS) است که هزینه یک تراکنش کمتر از یک پنی است. سولانا نیز مانند هر زنجیره پیشرو ایمن و امن است.

از سوی دیگر، سولانا از آخرین نقطه سه‌گانه، یعنی عدم تمرکز رنج می‌برد. شبکه اغلب به دلیل قطعی مداوم مورد انتقاد قرار می‌گیرد. قدرت و منابع مالی سولانا از سوی سرمایه‌گذاران مخاطره‌آمیز که حجم سنگینی از توکن‌های سولانا دارند، به دست آمده است (باز هم تمرکز).

اتریوم علی‌رغم اینکه پیشروترین پلتفرم بلاکچین لایه 1 و قراردادهای هوشمند در صنعت کریپتو است، برای غلبه بر سه‌گانه بلاکچین مشکلاتی دارد.

مقیاس‌پذیری اتریوم

اگر تا به حال از شبکه اصلی اتریوم در اوج ترافیک استفاده کرده باشید، می‌دانید که مقیاس‌پذیری نقطه قوت اتریوم نیست. در طول سال‌های 2021 و 2022، هزینه‌های تراکنش اتریوم کاملاً خارج از کنترل بود. در حالی که تراکنش‌های اولیه ارسال و دریافت هر کدام حدود 20 تا 30 دلار بود، سواپ توکن‌های دیفای یا مینت NFT اغلب بیش از 100 دلار هزینه در پی داشت.

کارمزد تراکنش‌ها و توان عملیاتی بدون شک بزرگ‌ترین مشکلاتی هستند که در مقیاس اتریوم با آن مواجه هستند. در طول دوره‌های با ترافیک بالا، dApps در شبکه اتریوم تقریباً غیرقابل‌استفاده می‌شود. در بسیاری از موارد، هزینه تراکنش برای خرید یک NFT بیشتر از قیمت خود NFT است. این مسائل مقیاس‌پذیری، فناوری بلاکچین و امور مالی غیرمتمرکز (DeFi) را غیرقابل‌دسترس می‌کند.

تا زمانی که این مشکلات حل نشوند، پذیرش ارزهای دیجیتال و بلاکچین برای حضور در بین عوام مردم با مشکل مواجه خواهد شد. اما خوشبختانه راه‌های مختلفی برای تبدیل شدن اتریوم به یک قدرت جهانی وجود دارد. برخی از انقلابی‌ترین راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری اتریوم، دانش صفر (Zero-knowledge) و optimistic rollups هستند.

Rollups چیست؟

Rollupها به کاهش تراکم شبکه در زنجیره اصلی اتریوم کمک می‌کنند. آنها محاسبات و ذخیره‌سازی را خارج از زنجیره می‌گیرند، داده‌های تراکنش را در سایر بلاکچین‌ها پردازش می‌کنند و سپس آن را به زنجیره اصلی باز می‌فرستند. اساساً، Rollup به شبکه اجازه می‌دهند تا دسته‌ای از تراکنش‌ها را در یک تراکنش مقرون‌به‌صرفه جمع کند. این بدان معناست که کاربران می‌توانند از امنیت لایه اتریوم لذت ببرند و در عین حال از هزینه گس ارزان‌تر و توان عملیاتی سریع‌تر شبکه‌های لایه دوم مانند Polygon یا Arbitrum بهره‌مند شوند.

Rollupها تنها راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری اتریوم نیستند. روش‌های جایگزین عبارتند از شاردینگ (Sharding)، زنجیره‌های جانبی (Sidechains) و کانال‌های حالت (State Channels). در حالی که اینها همه راه‌حل‌های قابل اجرا هستند، بوترین خود نسبت به Rollup بسیار خوش‌بین است و معتقد است که آنها بخشی جدایی‌ناپذیر از آینده اتریوم خواهند بود.

Rollupها معمولاً به دو گروه تقسیم می‌شوند: optimistic rollups و zk-rollups

تفاوت اصلی بین این دو در نحوه تأیید تراکنش‌ها است. optimistic rollups برای اعتبارسنجی داده‌های تراکنش به اثبات تقلب (Fraud Proof) متکی هستند، در حالی که zk-rollups از اثبات دانش صفر (ZKPs) استفاده می‌کنند.

Optimistic Rollups

همانطور که از نام آن پیداست، optimistic rollups ، خوب، خوش‌بینانه هستند. با اتخاذ رویکرد «بی‌گناه تا اثبات گناه»، فرض می‌کنند که هر تراکنش در یک rollup معتبر است. این شبکه برای همه کاربران یک دوره زمانی معین، معمولاً حدود یک هفته، برای حل‌وفصل اختلافات پیرامون تراکنش‌های جعلی دارد.

با فرض خوش‌بینانه‌ای که هر تراکنش معتبر است، شبکه مجبور نیست زمان و محاسبات اضافی را برای تأیید دقیق بودن تراکنش‌ها اختصاص دهد. برخی از محبوب‌ترین راه‌حل‌های لایه دوم، مانند Arbitrum و Optimism، از این فناوری برای تسویه تراکنش‌های خارج از زنجیره قبل از ارسال مجدد به زنجیره اصلی اتریوم استفاده می‌کنند.

ZK-Rollups

Zk-rollup ها از رمزنگاری پیچیده‌ای به نام zkproof استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که همه تراکنش‌ها بدون به اشتراک گذاشتن اطلاعات حساس در مورد خود تراکنش‌ها معتبر هستند. آنها به اثبات رمزنگاری تکیه می‌کنند و به جای اینکه فرض کنند همه تراکنش‌ها معتبر هستند، مدارک اعتبار را برای قراردادهای هوشمند در اتریوم ارائه می‌کنند.

این بدان معناست که همه تراکنش‌های zk-rollup می‌توانند خارج از زنجیره پردازش شوند، در حالی که میزان داده‌های تراکنش به اشتراک گذاشته شده را نیز کاهش می‌دهد و باعث می‌شود آنها بر حفظ حریم خصوصی متمرکز شوند. علاوه بر این، از آنجایی که آنها نیازی به انتظار یک هفته‌ای برای کشف تراکنش‌های تقلبی ندارند، zk-rollupها یک فناوری بسیار سریع‌تر و برتر نسبت به optimistic rollups در نظر گرفته می‌شوند.

رایج‌ترین zk-proof هایی که در حوزه کریپتو می‌بینیم zk-snarks و zk-starks هستند. به بیان ساده، این سیستم‌ها به کاربران اجازه می‌دهند بدون افشای عمومی داده‌ها، ثابت کنند که اطلاعات حیاتی یا حساس مانند داده‌های تراکنش را می‌دانند.

نمونه‌هایی از چند پروژه zk-rollup عبارتند از Starknet و Immutable X.

مزایا و معایب Zero-Knowledge Rollups

Zk-rollup ها پیشرفت قابل توجهی در حل مشکلات مقیاس‌پذیری اتریوم داشته‌اند. آن‌ها تراکنش‌های سریع‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تری را ارائه کرده‌اند که در زنجیره اصلی ایمن شده‌اند و صنعت دیفای را بیش از همیشه در دسترس عموم قرار داده‌اند. همانطور که گفته شد، آنها تا ارائه یک راه حل کامل فاصله دارند.

مزایای Zk-rollups

• اثبات اعتبار تضمین می‌کند که تراکنش‌های خارج از زنجیره قبل از ایمن شدن در زنجیره اصلی درست هستند.
• افزایش توان تراکنش و کارمزد پایین گس.
• اثبات رمزنگاری بدون ‌اعتماد (Trustless Cryptographic Proofing) تضمین می‌کند که امنیت به جای تکیه بر اعتباردهنده‌ها توسط کد اعمال می‌شود، همانطور که در optimistic rollups می‌بینیم.
• کاربران می‌توانند وجوه خود را از zk-rollup ‌ها برداشت کنند، بدون اینکه تاخیر یک هفته‌ای معمول در optimistic rollups را تجربه کنند.

معایب Zk-rollups

• ساختار و استقرار پیچیده‌ای دارند.
• برای تولید مدارک اعتبار به سخت‌افزار تخصصی نیاز دارید که آنها را به یک ریسک متمرکز تبدیل می‌کند.
• سیستم‌های اثبات Zk-snark برای استفاده مداوم به یک راه‌اندازی معتبر و قابل اعتماد متکی هستند. در صورت سوءاستفاده، این یک خطر امنیتی است.

ماشین مجازی اتریوم (EVM)

اگر تا به حال بین محبوب‌ترین شبکه‌های بلاکچین مانند اتریوم، زنجیره هوشمند بایننس یا آوالانچ جستجو کرده‌اید، احتمالاً متوجه شده‌اید که بسیاری از اپلیکیشن‌ها و کیف پول‌ها رابط کاربری و تجربه کاربری مشابهی دارند. این به لطف فناوری به نام ماشین مجازی اتریوم یا EVM است.

در خالص‌ترین شکل خود، ماشین مجازی اتریوم یک پایگاه داده برای تعامل با حساب‌ها و قراردادهای اتریوم است. توسعه‌دهندگان از EVM برای ساخت و استقرار dApps در شبکه اتریوم و همچنین توسط کاربرانی که با استفاده از کیف پول رمزنگاری خود با این برنامه‌ها تعامل دارند، استفاده می‌کنند.

نکته ویژه در مورد EVM این است که آنها منحصر به اتریوم نیستند. بسیاری از بلاکچین‌های دیگر EVM خود را اجرا می‌کنند، که این امکان را برای dApp ‌ها و ابزارهای مبتنی بر اتریوم فراهم می‌کند تا به راحتی در شبکه‌های دیگر منتقل و مستقر شوند.

به‌عنوان‌مثال، بسیاری از صرافی‌های غیرمتمرکز مانند PancakeSwap در زنجیره هوشمند Binance یا Quickswap در Polygon با استفاده از قراردادهای هوشمند اتریوم ایجاد شدند. شباهت‌های بین UniSwap و PancakeSwap UI را دیده‌اید؟

EVM هر شبکه امکان نوشتن کدها و برنامه‌های مبتنی بر اتریوم و تکثیر آن‌ها در شبکه‌های دیگر را فراهم می‌کند. این امر باعث می‌شود که توسعه بلاکچین بین زنجیره‌های سازگار با EVM بسیار کارآمدتر باشد و به توسعه‌دهندگان و کاربران انعطاف‌پذیری بیشتری می‌دهد.

zkEVM

همانطور که از نام آن پیداست، یک zkEVM از فناوری دانش صفر و اثبات در یک ماشین مجازی اتریوم استفاده می‌کند. مهم‌تر از همه، آنها از توسعه قراردادهای هوشمند در zk-rollups پشتیبانی می‌کنند و به این راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری قدرتمند کاربرد بیشتری می‌دهند. بدون zkEVM، zk-rollups به تراکنش‌های ساده مانند توابع ارسال و دریافت اولیه محدود می‌شود.

اساساً، یک zkEVM کاملاً کاربردی، تجربه کامل اتریوم از جمله دیفای و NFT را به محیط مقیاس‌پذیر و امن شبکه zk-rollup می‌آورد.

یک zkEVM موثر می‌تواند هزاران تراکنش را در ثانیه به صورت ایمن پردازش کند. این یک پیشرفت قابل توجه از زنجیره اصلی اتریوم است که در تلاش برای پردازش بیش از 20 تراکنش در ثانیه است.

رقابت در zkEVM

رقابت در زمینه zkEVM پرهیجان است، با برخی از بزرگ‌ترین نام‌ها در فضای کریپتو، مانند Polygon، که می‌خواهند جزو اولین کسانی باشند که یک zkEVM کاربردی را به کار می‌گیرند. تیم پالیگان مدتی است که پس از خرید شبکه Hermez به قیمت 250 میلیون دلار در سال 2021، به یک zkEVM چشم دوخته است.

پالیگان از آن زمان یک راه حل zk-rollup به نام Polygon Hermez را در اواسط سال 2022 راه‌اندازی کرده است. در حالی که این یک نقطه عطف کلیدی در بخش zk-rollup است، Polygon Hermez به تراکنش‌های ساده، مانند ارسال و دریافت پرداخت‌ها، محدود می‌شود.

انتظار می‌رود Polygon zkEVM در سال 2023 راه‌اندازی شود و پشتیبانی از ابزار و قرارداد هوشمند بیشتری را برای راه‌حل مقیاس‌بندی zk-rollup خود به ارمغان بیاورد.

پروژه‌های دیگری مانند zkSync از Matter Lab در کنار رقبای برجسته‌ای مانند Starknet و Scroll، رقبای اصلی برای انتشار اولین zkEVM در جهان هستند.

سخن پایانی

در حالی که zk-rollup ‌ها مسلماً مقیاس‌پذیرتر و امن‌تر هستند، Optimistic rollups مانند Arbitrum کاربران بیشتری را جذب کرده‌اند و تراکنش‌های بیشتری را نسبت به سایر راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری لایه ۲ پردازش می‌کنند. با این حال، این می‌تواند با راه‌اندازی اولین zkEVM تغییر کند، که کاربرد بیشتری را برای zk-rollups به ارمغان می‌آورد.

شبکه اتریوم برای پذیرش رو به رشد پذیرش و هجوم کاربران جدید آمادگی چندانی ندارد. راه‌حل‌های مقیاس‌بندی Zk-rollup و zkEVM ‌ها، فناوری بلاکچین و ارزهای دیجیتال را بسیار دردسترس‌تر از قبل می‌کنند و پذیرش انبوه را در سراسر جهان افزایش می‌دهند.

سوالات متداول

zk-rollup های برتر کدام‌اند؟

دنیای zk-rollups رقابتی است و تیم‌های برتر زیادی روی راه‌حل‌های مقیاس‌بندی دانش صفر کار می‌کنند، از جمله Polygon، Starknet، و zkSync.

چرا zk-rollup ها بهتر از Optimistic rollups هستند؟

Zk-Rollup ها مسلماً بهتر از Optimistic rollups هستند؛ زیرا از zk-proof برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها استفاده می‌کنند و شبکه را سریع‌تر و ایمن‌تر می‌کنند.

بزرگ‌ترین رمزارز لایه دوم چیست؟

پالیگان (MATIC) شناخته‌شده‌ترین راه حل لایه 2 کریپتو و مقیاس‌پذیری اتریوم است. با این حال، لایه دوهای رقیب مانند Arbitrum و Optimism برای رقابت با پالیگان برای کسب رتبه برتر، طرفداران زیادی پیدا کرده‌اند

آیا Arbitrum یک zk-rollup است؟

در حالی که شبکه Arbitrum یک راه حل مقیاس‌پذیر لایه ۲ قدرتمند است، اما یک zk-rollup نیست. Arbitrum به جای تایید تراکنش‌ها با استفاده از یک سیستم zk-proof از چارچوب Optimistic rollups استفاده می‌کند، که فرض می‌کند همه تراکنش‌ها معتبر هستند.

آیا متیک از zk-rollup استفاده می‌کند؟

شبکه پالیگان خانه محصولات و خدمات مختلفی است، از جمله zk-rollups مانند Polygon Zero و Polygon Hermez.

منبع: https://dailycoin.com