giới thiệu cơ bản
Lớp 2 là một trong những giải pháp chính được thiết kế để giải quyết vấn đề về khả năng mở rộng của Ethereum bằng cách xây dựng một lớp mạng bổ sung trên chuỗi chính Ethereum, nó cho phép xử lý nhiều giao dịch hơn trong khi vẫn duy trì các đặc tính bảo mật và phân cấp của chuỗi chính.
Rollup là giải pháp mở rộng Lớp 2 xử lý các giao dịch ngoài chuỗi và sau đó đóng gói dữ liệu giao dịch vào chuỗi chính. Tính bảo mật của nó được đảm bảo bởi Lớp 1. Đây hiện là giải pháp mở rộng Lớp 2 phổ biến nhất so với các chuỗi khác Đang giao dịch. các giải pháp, chẳng hạn như kênh trạng thái, chuỗi bên, Plasma, v.v., Rollup có ba đặc điểm:
Lớp 2 là một nền tảng tương đối độc lập với Lớp 1. Tất cả người dùng tham gia cũng có tài khoản Lớp 2 độc lập. Người dùng có thể giao dịch với những người dùng Lớp 2 khác trên nền tảng Lớp 2, nhưng sự tương tác giữa tài khoản Lớp 1 và tài khoản Lớp 2 cần phải được thực hiện. Các nhà khai thác Lớp 2 triển khai hợp đồng thông minh trên Lớp 1 và Lớp 2. Tương tác phổ biến nhất là chuyển các mã thông báo như ETH;
Tất cả thông tin giao dịch cần phải được ghi lại đầy đủ trên chuỗi chính, tức là dữ liệu Calldata hoặc Blob (EIP-4844). Ngay cả khi trạng thái Lớp 2 bị mất, bất kỳ ai cũng có thể khôi phục trạng thái bị mất từ thông tin được lưu trữ trên chuỗi chính. Giải quyết các vấn đề về tính sẵn có của dữ liệu tồn tại trong các giải pháp giao dịch ngoài chuỗi trước đây;
Việc thực hiện giao dịch và thay đổi trạng thái diễn ra trên nền tảng Lớp 2, nhưng tóm tắt trạng thái sẽ được xuất bản lên chuỗi Lớp 1. Do đó, chuỗi Lớp 1 có thể được xác minh thông qua một số phương pháp xác minh tính hợp lệ của dữ liệu. trên bản chính Lớp 1. Khóa trên chuỗi dựa trên các phương pháp xác minh tính hợp lệ của dữ liệu, Bản tổng hợp có thể được chia nhỏ thành Bản tổng hợp lạc quan và Bản tổng hợp ZK.
Lịch sử phát triển tổng hợp
Chuỗi bên là một trong những giải pháp Lớp 2 sớm nhất. Như tên cho thấy, chuỗi bên là một chuỗi khối độc lập được liên kết (chốt) với chuỗi chính (Lớp 1) và có mô hình đồng thuận cũng như các tham số khối riêng. Khi chúng tôi nối chuỗi khối này với chuỗi khối khác, điều đó có nghĩa là chúng tôi có thể di chuyển tài sản giữa hai chuỗi khối. Khi bạn muốn giao dịch nhanh hơn, bạn có thể chuyển tài sản từ chuỗi chính sang chuỗi bên và giao dịch trên chuỗi bên. Sau khi hoàn tất, hãy chuyển tài sản trở lại chuỗi chính.
Plasma là giải pháp mở rộng Lớp 2 được đề xuất vào năm 2017 bởi Joseph Poon, một trong những người đề xuất Lightning Network và Vitalik Buterin, người sáng lập Ethereum. Đây là một sự phát triển của sidechain.
Chuỗi Plasma là một chuỗi khối độc lập được xây dựng bên ngoài Ethereum, còn được gọi là chuỗi con, giống như các nhánh của cây, với Ethereum là xương sống, còn được gọi là chuỗi gốc. Mỗi chuỗi con có thể triển khai các hợp đồng thông minh tùy chỉnh trên Ethereum, có thể được sử dụng để xử lý các hoạt động kinh doanh khác nhau. Ngoài chuỗi Plasma, một lớp chuỗi con khác có thể được xây dựng để tạo thành mạng Plasma dạng cây. Nguyên lý hoạt động của Plasma là chia các tác vụ điện toán lớn thành các tác vụ nhỏ và gán chúng cho các chuỗi con khác nhau để xử lý. Các kết quả được xử lý được tóm tắt theo từng lớp và gửi lên lớp trên, do đó đạt được khả năng xử lý số lượng lớn nhanh chóng và hiệu quả. tính toán phức tạp với chi phí thấp.
Plasma yêu cầu gửi gốc Merkle của các giao dịch xảy ra trên chuỗi Plasma và khi người dùng cố gắng chuyển tài sản của họ từ chuỗi Plasma trở lại chuỗi gốc, người dùng có thể gửi nhánh Merkle của giao dịch mới nhất đã gửi tài sản tới Plasma . Điều này bắt đầu một giai đoạn thử thách mà bất kỳ ai cũng có thể cố gắng chứng minh rằng Merkle fork của người dùng là gian lận. Nếu chi nhánh Merkle gian lận thì có thể gửi bằng chứng gian lận. Bởi vì chuỗi khối gốc chỉ theo dõi gốc Merkle nên nó phải xử lý ít dữ liệu hơn nhiều so với các giao dịch xảy ra trên chuỗi chính, cải thiện khả năng mở rộng của chuỗi gốc.
Plasma là công nghệ chuỗi bên Ethereum không được giám sát, có nghĩa là ngay cả khi chuỗi Plasma bị tấn công độc hại hoặc người xác thực âm mưu làm điều ác, tài sản trên chuỗi Plasma vẫn có thể được đưa trở lại chuỗi gốc một cách an toàn. Đây cũng là điểm khác biệt lớn nhất giữa Plasma và các sidechain cần dựa vào mô hình bảo mật của riêng mình để bảo vệ tài sản của người dùng. Giải pháp tiêu biểu của Plasma là Polygon 1.0 (Matic).
Nhưng Plasma có ba nhược điểm chết người:
Chuỗi Plasma yêu cầu nhà điều hành xuất bản các cam kết gốc Merkle cho chuỗi gốc. Nhà điều hành có thể thực hiện các cuộc tấn công vào tính khả dụng của dữ liệu, tức là từ chối xuất bản một số giao dịch nhất định lên chuỗi. Trong trường hợp này, việc thiếu các giao dịch để xây dựng bằng chứng gian lận sẽ ngăn tài sản của người dùng thoát ra ngoài;
Khi người dùng cố gắng rút một tài sản khỏi chuỗi Plasma, họ phải gửi yêu cầu thoát giao dịch và sau đó đợi một khoảng thời gian, được gọi là thời gian thử thách. Vào bất kỳ lúc nào trong thời gian thử thách, bất kỳ người dùng nào cũng có thể thách thức việc rút tiền của người dùng khác bằng cách cung cấp bằng chứng cho thấy việc rút tiền không hợp lệ;
Người dùng phải giám sát và xác minh tất cả các giao dịch trên chuỗi Plasma để phát hiện hành vi của các nút độc hại và thoát ra kịp thời. Tuy nhiên, việc xác minh giao dịch rất tốn kém và yêu cầu giám sát này làm tăng thêm nhiều chi phí khi tham gia vào chuỗi Plasma.
Chính vì những thiếu sót của Plasma, Plasma đã rơi vào tình trạng tắc nghẽn phát triển kể từ năm 2019. Vào thời điểm này, John Adler, nhà nghiên cứu về khả năng mở rộng Lớp 2 tại ConsenSys, đã đề xuất giải pháp Optimistic Rollup vì bằng chứng gian lận vẫn được sử dụng. chủ yếu giải quyết tính sẵn có của dữ liệu của câu hỏi Plasma.
Mặt khác, Vitalik Buterin đã đi tiên phong trong việc giới thiệu công nghệ chứng minh không có kiến thức vào năm 2018 để chứng minh tính hợp lệ của các thay đổi trạng thái khối, đây cũng là nguyên mẫu của ZK Rollup. Bằng chứng không có kiến thức lần đầu tiên được đề xuất bởi S. Goldwasser, S. Micali và C. Rackoff vào đầu những năm 1980. Nó đề cập đến khả năng của người chứng minh trong việc thuyết phục người xác minh rằng một khẳng định nào đó là đúng mà không cung cấp bất kỳ thông tin hữu ích nào cho người xác minh. Nghĩa là, người chứng minh chứng minh cho người xác minh và khiến anh ta tin rằng anh ta biết hoặc sở hữu một thông điệp nhất định, nhưng quá trình chứng minh không thể tiết lộ bất kỳ thông tin nào về thông điệp đã được chứng minh cho người xác minh.
zk-SNARK (Các đối số kiến thức không tương tác ngắn gọn về kiến thức bằng không) là một sơ đồ chứng minh không có kiến thức phổ quát được sử dụng rộng rãi Bằng cách chuyển đổi bất kỳ quá trình tính toán nào thành dạng một số mạch cổng và sử dụng một loạt các tính chất toán học của đa thức để chuyển đổi. mạch cổng thành đa thức, sau đó tạo ra các bằng chứng không tương tác, có thể hiện thực hóa việc áp dụng các tình huống kinh doanh phức tạp khác nhau.
Nhưng một điểm mà zk-SNARK không thể tránh được là cài đặt tin cậy tập trung có nghĩa là trong cài đặt đáng tin cậy, mỗi bên tạo một khóa một phần để khởi động mạng, sau đó hủy khóa. Nếu bí mật của các khóa được sử dụng để tạo thiết lập tin cậy không bị hủy thì những bí mật này có thể bị khai thác để giả mạo các giao dịch thông qua xác minh sai.
Thuật toán Plonk do nhóm nghiên cứu Aztec đề xuất vào năm 2019 đã giải quyết được vấn đề phổ quát zk-SNARK, tức là cài đặt đáng tin cậy không liên quan gì đến ứng dụng. Chỉ cần một cài đặt đáng tin cậy để đáp ứng tất cả các ứng dụng và cài đặt đáng tin cậy có thể là. được cập nhật theo ý muốn, miễn là có một cài đặt đáng tin cậy bằng cách tin tưởng những người tham gia, tính bảo mật của cài đặt đáng tin cậy có thể được đảm bảo rằng đề xuất thuật toán Plonk đã thúc đẩy đáng kể sự phát triển của ZK Rollup.
Bản nhạc tổng hợp
Nhìn vào đường đua Rollup, sự cạnh tranh hiện tại đang rất khốc liệt Trong số các Rollup lớp 2 đã được tung ra trên mạng chính, Optimistic Rollups vẫn chiếm phần lớn TVL. Lý do chính là Optimistic Rollups là giải pháp Rollup hoàn chỉnh đầu tiên. sẽ được triển khai, nhưng với ZK Rollups Khi công nghệ phát triển, ngày càng có nhiều người bắt đầu chú ý và tham gia vào hệ sinh thái ZK Rollups.
Tổng hợp lạc quan
Tổng hợp lạc quan dựa trên giả định lạc quan rằng hầu hết các giao dịch đều hợp lệ và cho phép thử thách và rút lui nếu phát hiện ra gian lận. Hợp đồng Rollup Lớp 1 không trực tiếp xác minh trạng thái mới do Lớp 2 gửi nhưng chuẩn bị một khoảng thời gian thử thách cho mỗi trạng thái mới được gửi. Vì Rollup sẽ gửi tất cả thông tin giao dịch đến chuỗi chính và công khai nên bất kỳ ai cũng có thể xác minh cập nhật trạng thái (đặc biệt khi cập nhật trạng thái liên quan đến ví của chính họ). Nếu trạng thái mới sai, người xác minh có thể tạo bằng chứng gian lận cho trạng thái sai và gửi nó trong thời gian thử thách, do đó làm mất hiệu lực bản cập nhật trạng thái sai.
Các giải pháp tiêu biểu của Optimistic Rollups là Arbitrum và Optimism.
Arbitrum sẽ chính thức ra mắt mainnet vào tháng 9 năm 2021 và hiện là giao thức Lớp 2 có TVL cao nhất.
Hiện tại, có ba mạng chính trong hệ sinh thái Arbitrum, bao gồm Arbitrum One, Arbitrum Nova và Arbitrum Orbit.
Arbitrum One là chuỗi Rollup cốt lõi của hệ sinh thái Arbitrum hiện tại. Tất cả dữ liệu giao dịch của nó được lưu trữ trên mạng chính Ethereum. Hầu hết các ứng dụng sinh thái L2 và trên chuỗi mà chúng tôi thường đề cập đều chạy trên mạng chính này.
Arbitrum Nova là mạng mới được xây dựng trên công nghệ AnyTrust và được thiết kế cho trò chơi, ứng dụng xã hội và các trường hợp sử dụng DApp thông lượng cao. Dữ liệu giao dịch của mạng được lưu trữ ngoài chuỗi và được quản lý bởi DAC của Ủy ban Dữ liệu.
Arbitrum Orbit là bộ công cụ mã nguồn mở để xây dựng mạng Lớp 3, hỗ trợ các nhà phát triển triển khai và tạo chuỗi của riêng họ. Các nhà phát triển có thể xây dựng chuỗi Rollup và AnyTrust của riêng họ (Lớp 3) dựa trên bộ công cụ Orbit và chọn một trong các chuỗi Arbitrum One hoặc Arbitrum Nova làm lớp giải quyết để đạt được sự mở rộng.
Optimism sẽ được ra mắt trên mainnet vào tháng 8 năm 2021 và hiện có TVL lớn thứ hai ở Lớp 2, chỉ đứng sau Arbitrum.
Optimism đã đạt được mức tương đương EVM. Các hợp đồng thông minh Solidity trên Ethereum có thể chạy trên Lớp 2 của Optimism mà không cần xây dựng các chức năng bổ sung. Các nhà phát triển có thể chuyển đổi liền mạch sang Optimism để phát triển ứng dụng.
OP Stack là bộ công cụ mô-đun nguồn mở do Optimism ra mắt, bao gồm lớp sẵn có của dữ liệu, lớp thực thi, lớp giải quyết, lớp quản trị, v.v. Các nhà phát triển có thể sử dụng bộ công cụ OP Stack để lắp ráp mạng Lớp 2 tùy chỉnh dựa trên nhu cầu của riêng họ. Vì lý do này, OP Stack giới thiệu khái niệm siêu chuỗi trong Optimism, đề cập đến một nhóm chuỗi khối Lớp 2 (còn gọi là chuỗi OP) được xây dựng trên OP Stack. Hiện tại, có hàng chục mạng Layer được xây dựng dựa trên OP Stack, bao gồm các dự án hạng nặng như Base, opBNB, Magi và Worldcoin.
Bản tổng hợp ZK
ZK Rollups sử dụng công nghệ chứng minh không có kiến thức để đảm bảo rằng các giao dịch được xử lý bên ngoài chuỗi là hợp lệ và chính xác, mang lại tính bảo mật và hiệu quả cao hơn. Sau khi thay đổi trạng thái, nền tảng Lớp 2 của Rollup phải cung cấp bằng chứng không có kiến thức về tính chính xác của thay đổi trạng thái và gửi nó tới chuỗi chính cùng với thay đổi trạng thái. Các hợp đồng trên chuỗi chính sẽ xác minh bằng chứng này để xác định tính chính xác của bản cập nhật trạng thái. So với sơ đồ Tổng hợp lạc quan, ZK Rollup không cần thiết lập khoảng thời gian thử thách dài để hoàn tất các giao dịch Lớp 2 và không cần dựa vào giả định rằng các cập nhật trạng thái sai sẽ được phát hiện trong giai đoạn thử thách.
Các giải pháp tiêu biểu là zkSync, StarkNet, Polygon zkEVM và Scroll.
ZK Rollups là dự án zkEVM đầu tiên được triển khai trên mạng chính. Nó dựa trên bằng chứng không có kiến thức và cho phép xác minh các giao dịch mà không tiết lộ dữ liệu cơ bản. Một trong những tính năng chính của zkSync là sử dụng chuyển khoản lạc quan, cho phép người dùng gửi và nhận giao dịch mà không cần đợi chúng được xác nhận trên chuỗi khối Ethereum. Điều này làm giảm đáng kể thời gian giao dịch và cho phép thông lượng giao dịch cao hơn. Ngoài việc sử dụng bằng chứng không có kiến thức và chuyển giao lạc quan, zkSync còn tận dụng một số kỹ thuật khác để cải thiện khả năng mở rộng và bảo mật. Các công nghệ này bao gồm tổng hợp chữ ký, cho phép nén nhiều chữ ký thành một chữ ký duy nhất và hỗ trợ đa chuỗi, giúp zkSync tương tác với các mạng blockchain khác.
StarkNet sử dụng giải pháp mở rộng quy mô của zkSTARK, một hệ thống chứng minh không có kiến thức cho phép người dùng chứng minh tính chính xác của các phép tính mà không tiết lộ dữ liệu cơ bản. Điều này cho phép mang lại sự riêng tư và bảo mật cao hơn trên mạng cũng như cho phép thực hiện các phép tính phức tạp mà không cần phải tin tưởng vào bên thứ ba. StarkNet cũng tận dụng công nghệ sharding, cho phép chia chuỗi khối thành nhiều chuỗi nhỏ hơn hoặc phân đoạn có thể được xử lý song song. Điều này cho phép thông lượng lớn hơn và thời gian giao dịch nhanh hơn vì mỗi phân đoạn có thể được xử lý độc lập với các phân đoạn khác.
Polygon 2.0 giới thiệu công nghệ ZK Rollups, được gọi là Polygon zkEVM. Công nghệ này giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng của chuỗi khối Ethereum bằng cách sử dụng bằng chứng không có kiến thức để thực hiện các giao dịch trên mạng Ethereum nhanh hơn và rẻ hơn và việc triển khai này ở cấp độ mã byte thay vì tương thích ở cấp độ ngôn ngữ.
Scroll là một ZK Rollups tương thích với EVM hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình và hợp đồng thông minh giống như Ethereum, cho phép các nhà phát triển dễ dàng di chuyển các ứng dụng hiện có của họ sang mạng Rollup mà không cần sửa đổi mã của họ.
Tóm tắt
Do các vấn đề về hiệu suất của chính nó, blockchain không thể đáp ứng nhu cầu hiện tại. Các giải pháp mở rộng không có kiến thức và lạc quan được kỳ vọng sẽ giải quyết được nút thắt hiệu suất của blockchain và cải thiện tốc độ giao dịch cũng như thông lượng giao dịch mà không phải hy sinh tính phân cấp và bảo mật. Rollups cải thiện thông lượng của blockchain bằng cách chuyển các phép tính ra khỏi chuỗi, nghĩa là đóng gói một số lượng lớn giao dịch vào một khối Rollup và tạo chứng chỉ hợp lệ cho khối ngoài chuỗi. Hợp đồng thông minh trên Lớp 1 chỉ cần xác minh Điều này. bằng chứng có thể trực tiếp áp dụng trạng thái mới, có thể đạt được Gas thấp hơn và bảo mật trên chuỗi cao hơn.
Trong ngắn hạn, Tổng hợp lạc quan có khả năng giành chiến thắng trong các tính toán tổng hợp EVM nói chung, trong khi Tổng hợp ZK có thể giành chiến thắng trong các khoản thanh toán, giao dịch đơn giản và các tình huống ứng dụng cụ thể khác. Lý do chính là mặc dù Tổng hợp Zk nhanh hơn và hiệu quả hơn so với Tổng hợp lạc quan. Nó không cung cấp một cách dễ dàng để các hợp đồng thông minh hiện tại di chuyển sang Lớp 2.
Tuy nhiên, nhờ sự phát triển của các ứng dụng công nghệ mới nổi như blockchain và điện toán bảo mật trong những năm gần đây, công nghệ chứng minh không có kiến thức đã trở thành một công nghệ quan trọng để xây dựng niềm tin trong trung và dài hạn, với sự cải tiến của công nghệ ZK-SNARK. ZK Rollups sẽ được sử dụng trong tất cả các kịch bản Chiến thắng và trở thành câu trả lời cuối cùng cho kế hoạch mở rộng của Ethereum.
