ZK-ROLLUPS A VYSVĚTLENÍ MODELU VALIDITY-PROOF

Zero-knowledge rollupy (zk-rollupy) jsou typem škálovacího řešení na druhé vrstvě používaného v blockchainových sítích, zejména v Ethereu, navrženého tak, aby výrazně zvýšil propustnost transakcí a zároveň zachoval vysokou úroveň zabezpečení. Fungují tak, že sdružují stovky nebo dokonce tisíce transakcí do jedné a provedou je mimo řetězec. Po dokončení těchto transakcí mimo hlavní blockchain (známý také jako vrstva 1) se do řetězce odešle jeden stručný kryptografický důkaz – známý jako důkaz platnosti – aby se ověřilo, že všechny dávkové transakce byly provedeny správně.

Základní myšlenka zk-rollupy se točí kolem využití důkazů s nulovými znalostmi (konkrétně zk-SNARK nebo zk-STARK), aby se zajistilo, že data o transakcích jsou přesná a platná, aniž by se odhalil celý obsah každé transakce. Tato metoda umožňuje efektivnější zpracování transakcí a zároveň snižuje výpočetní a úložnou zátěž hlavního blockchainu.

Zk-rollups má několik klíčových charakteristik:

• Dostupnost dat: Data transakcí jsou obvykle uložena v řetězci, takže jakýkoli pozorovatel může rekonstruovat stav pomocí logiky dat a validace.
• Zabezpečení: Protože důkaz platnosti je ověřován blockchainem vrstvy 1, model zabezpečení je zděděn ze základní vrstvy.
• Propustnost: Odesláním pouze jednoho důkazu pro více transakcí umožňují zk-rollups výrazné zvýšení propustnosti ve srovnání s prováděním na vrstvě 1.

Projekty jako zkSync, StarkNet a Scroll jsou příklady vývojářů implementujících řešení zk-rollup na Ethereu. Tyto platformy se snaží minimalizovat transakční poplatky, zkrátit dobu potvrzení a pomoci blockchainům efektivně škálovat a zároveň zachovat nedůvěryhodnou a decentralizovanou povahu podkladové technologie.

V podstatě jsou zk-rollups inovací připravenou řešit dlouhodobé problémy se škálovatelností a náklady, kterým čelí Ethereum a další podobné blockchainy. Přesunutím výpočtů offline a prokazováním správnosti v řetězci posouvají hranice toho, čeho mohou decentralizované systémy dosáhnout.

Základní komponentou, která umožňuje zk-rollupům zachovat bezpečnost a zároveň dosáhnout škálovatelnosti, je model validity proof. Důkaz platnosti je stručná kryptografická reprezentace – matematicky ověřitelná – která dokazuje, že sada transakcí provedených mimo řetězec dodržuje správná pravidla a logiku, aniž by odhalovala vnitřní detaily těchto transakcí. Tento model je v kontrastu se starším přístupem ochrany proti podvodům používaným optimistickými rollupy, kde se transakce mimo řetězec předpokládají jako platné, pokud se neprokáže opak.

V modelu validity proof každá dávka zk-rollupu obsahuje důkaz, který je vygenerován speciálním off-chain dokazovačem. Tento důkaz je poté ověřen ověřovací chytrou smlouvou nasazenou na blockchainu vrstvy 1. Úspěšné ověření důkazu platnosti potvrzuje, že všechny zahrnuté transakce byly provedeny věrně podle pravidel blockchainového protokolu. Teprve poté je nový kořen stavu (kryptografický hash aktualizovaného stavu blockchainu) přijat do blockchainu.

V zk-rollupech se používají dva hlavní typy důkazů s nulovými znalostmi:

• zk-SNARKy (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge): Používají se v projektech jako zkSync, nabízejí rychlé časy ověřování a malé velikosti důkazů, ale obvykle vyžadují důvěryhodnou fázi nastavení pro inicializaci parametrů.
• zk-STARKy (Zero-Knowledge Scalable Transparent Arguments of Knowledge): Používají se v platformách jako StarkNet od StarkWare, které jsou transparentní a kvantově odolné, nevyžadují žádné důvěryhodné nastavení, ale produkují větší důkazy.

Klíčové výhody použití modelu důkazu platnosti v zk-rollupech zahrnují:

• Konečnost: Transakce zahrnuté v zk-rollup a confirmed on-chain jsou považovány za finální téměř okamžitě díky jistotě poskytované důkazy platnosti.
• Bezpečnost: Protože síť vrstvy 1 akceptuje pouze přechody stavů, které jsou doprovázeny ověřeným důkazem, výrazně snižuje rizika útoku na povrchu.
• Efektivita: Ověření komprimovaného důkazu vyžaduje mnohem méně zdrojů než ověření každé transakce jednotlivě on-chain.

Navíc, na rozdíl od návrhů spoléhajících se na ekonomické pobídky k odhalování podvodů, model důkazu platnosti zajišťuje, že nesprávné dávky se ani nedostanou k provedení, protože jednoduše nemohou vytvořit platný důkaz. Díky tomu jsou zk-rollup obzvláště robustní a vhodné pro aplikace vyžadující rychlé, bezpečné a levné transakce, jako jsou mikroplatby, DeFi protokoly a NFT obchodní platformy.

Důkazy platnosti v konečném důsledku umožňují zk-rollup efektivně škálovat blockchainy bez kompromisů v oblasti decentralizace nebo zabezpečení, což představuje podstatný krok vpřed ve vývoji škálovatelných decentralizovaných systémů.

zk-Rollups nabízí řadu výhod pro uživatele i vývojáře v ekosystému blockchainu. Mezi hlavní patří vylepšení výkonu, snížení nákladů a silnější bezpečnostní záruky. Stejně jako u jakékoli nově vznikající technologie však i zk-rollups přicházejí s řadou problémů, které vyžadují pečlivé zvážení.

Výhody zk-rollups

• Vysoká propustnost: Agregací více transakcí do jednoho důkazu mohou zk-rollups zpracovat tisíce transakcí za sekundu – což daleko přesahuje limity většiny blockchainů základní vrstvy.
• Nízké transakční poplatky: Výrazně nižší náklady na transakci, protože důkaz komprimuje veškerou aktivitu mimo řetězec do malé transakce v řetězci.
• Dědičnost zabezpečení: Zk-rollups odvozují své zabezpečení od základní vrstvy (např. Ethereum), což znamená, že těží z robustního, decentralizovaného konsensu řetězce vrstvy 1.
• Rychlá konečnost: Na rozdíl od optimistických rollups, které mohou mít lhůty pro řešení sporů až týden, zk-rollups nabízejí téměř okamžité doby vypořádání jako platnost. důkazy jednoznačně určují správnost transakce.
• Efektivita dat: Jak se do blockchainu nahrávají menší datové sady, snižuje se tím nafouknutí a zlepšuje se efektivita celé sítě.

Výzvy a omezení

• Složitost dokazovatele: Generování důkazů platnosti je výpočetně náročné a potenciálně vyžaduje specializovaný hardware, což může omezit přístupnost pro menší vývojáře.
• Složitost vývoje: Psaní aplikací přátelských k zk často vyžaduje hluboké pochopení obvodů zk a souvisejících jazyků, jako je Cairo (používaný ve StarkNet) nebo Zinc (používaný v zkSync).
• Omezení chytrých kontraktů: Současná prostředí zk-rollup nemusí podporovat celou škálu funkcí kompatibilních s EVM, což by mohlo omezit přijetí pro určité decentralizované aplikace.
• Obavy z důvěryhodného nastavení: Některá řešení založená na zk-SNARK vyžadují důvěryhodné nastavení, ...což by v případě ohrožení mohlo ovlivnit integritu systému. zk-STARKy to zmírňují, ale za cenu větších velikostí důkazů a delších dob dokazování.
• Uživatelská zkušenost: I když je backendová kryptografie bezproblémová, nutnost relayerů a přemosťovacích mechanismů může koncovým uživatelům, kteří nejsou obeznámeni s technickou krajinou, představovat složitost.

Navzdory těmto překážkám se prostor zk-rollup rychle rozvíjí. Pokroky v hardwarové akceleraci, optimalizaci systémů důkazů a vylepšené nástroje pro vývojáře činí zk-rollupy dostupnějšími a praktičtějšími. Plán škálovatelnosti Etherea navíc zahrnuje rostoucí podporu pro rollupy prostřednictvím projektů, jako je sharding dat Etherea 2.0, což dále zvýší jejich efektivitu a přijetí.

S tím, jak se odvětví dále vyvíjí, se očekává, že zk-rollupy budou sloužit jako základní kámen škálovatelných, bezpečných a nízkonákladových blockchainových infrastruktur – zejména v oblastech, jako jsou DeFi, hry a systémy identity Web3. Rovnováha, kterou nacházejí mezi efektivitou a bezpečností, z nich dělá jednu z nejslibnějších inovací v oblasti škálovatelnosti blockchainu.