Что такое роллапы блокчейна и как они масштабируют Ethereum

Ethereum может обрабатывать примерно 15 транзакций в секунду. Это меньше, чем одна касса Starbucks. Роллапы — это технология, которая позволяет Ethereum обрабатывать тысячи транзакций в секунду, не жертвуя безопасностью, которая делает его ценным изначально. Они работают, выполняя транзакции вне цепи и публикуя сжатые доказательства обратно в Ethereum, превращая базовый уровень в суд по расчетам, а не в процессор транзакций.

Резюме

Стандартное повествование говорит о том, что роллапы делают Ethereum быстрее. Это технически верно, но вводит в заблуждение. Сам Ethereum не становится быстрее. Он по-прежнему создает блок каждые 12 секунд. Он по-прежнему обрабатывает примерно 15 транзакций в секунду на базовом уровне. Ничто в консенсусе или выполнении Ethereum не меняется, когда развертывается роллап.

Что меняется, так это место, где происходит работа. Роллап перемещает выполнение транзакций с основной сети Ethereum на отдельную цепь, которая может обрабатывать транзакции гораздо быстрее, потому что ей не нужно, чтобы тысячи валидаторов соглашались на каждое изменение состояния. Затем роллап сжимает результаты и публикует их обратно в Ethereum, где они проверяются и становятся постоянными.

Аналогия, которую используют большинство объяснений, — это судебная система: роллап обрабатывает повседневные транзакции (дела), а Ethereum служит судом последней инстанции (судья). Эта аналогия полезна, но неполна. Более точная формулировка заключается в том, что роллапы превращают Ethereum из процессора транзакций в уровень доступности данных и проверки. Базовая цепь прекращает выполнять работу и начинает проверять выполненную работу.

Понимание того, почему это важно, требует понимания того, что делает Ethereum медленным изначально, и почему очевидные решения не работают.

Почему Ethereum не может просто увеличить свою пропускную способность

Ethereum обрабатывает примерно 15 транзакций в секунду. Интуитивное решение — увеличить размер блока или уменьшить время блока, позволяя больше транзакций на блок или больше блоков за единицу времени. Каждый проект блокчейна первого поколения, который пытался использовать этот подход, обнаружил одну и ту же проблему: более крупные блоки требуют более мощного оборудования для проверки, что исключает меньших операторов узлов, что концентрирует проверку среди меньшего числа сущностей, что подрывает децентрализацию.

Это трилемма блокчейна. Вы можете оптимизировать любые два из трех свойств (безопасность, децентрализация, пропускная способность), но улучшение третьего требует жертвы одного из других. Увеличение размера блока Ethereum улучшило бы пропускную способность за счет децентрализации. Уменьшение числа валидаторов улучшило бы пропускную способность за счет безопасности.

Роллапы обходят трилемму, отделяя выполнение от проверки. Цепь роллапа обрабатывает выполнение с небольшим количеством операторов, достигая высокой пропускной способности. Ethereum обрабатывает проверку и доступность данных с полным набором валидаторов, поддерживая безопасность и децентрализацию. Ни одна из цепей не идет на компромисс, потому что каждая оптимизирована для своей функции.

Это не теоретический аргумент. Solana, которая выбрала оптимизацию для пропускной способности в ущерб доступности, требует, чтобы валидаторы использовали оборудование стоимостью тысячи долларов и обрабатывает блоки размером в сотни мегабайт. Валидаторы Ethereum могут работать на потребительском ноутбуке. Архитектура роллапов позволяет Ethereum достичь пропускной способности Solana без требований к оборудованию Solana, перемещая выполнение на отдельный уровень.

Как работают оптимистичные роллапы

Оптимистичные роллапы названы в честь их основной предпосылки: транзакции предполагаются действительными, если не доказано обратное.

Процесс начинается с секвенсора, узла, управляемого командой роллапа, который собирает пользовательские транзакции, упорядочивает их и выполняет их партиями. Секвенсор производит новое состояние роллапа после каждой партии, так же как Ethereum производит новое состояние после каждого блока.

Вместо того чтобы требовать от каждого валидатора повторного выполнения каждой транзакции, оптимистичный роллап отправляет данные пакета в Ethereum и публикует корень состояния (криптографический хэш состояния роллапа после выполнения пакета). Этот корень состояния принимается как правильный, если кто-то не оспорит его.

Механизм оспаривания — это система доказательства мошенничества. В течение окна оспаривания, обычно в течение семи дней, любой может проверить данные пакета, опубликованные в Ethereum, повторно выполнить транзакции локально и сравнить их результат с опубликованным корнем состояния. Если результаты различаются, оспаривающий подает доказательство мошенничества в смарт-контракт в Ethereum, который повторно выполняет оспариваемую транзакцию в цепочке и определяет, кто прав.

Если доказательство мошенничества показывает, что последователь опубликовал неправильный корень состояния, залог последовательного будет уменьшен, неправильный корень состояния будет отменен, а оспаривающий получит вознаграждение. Если никто не оспорит корень состояния в течение окна оспаривания, он будет окончательно принят в Ethereum и станет каноническим состоянием роллапа.

Этот дизайн элегантен, потому что он перемещает дорогостоящую работу (повторное выполнение и проверку) с критического пути. В нормальном случае, когда последователь честен, повторное выполнение в цепочке вообще не происходит. Стоимость эксплуатации роллапа сводится к публикации сжатых данных пакета в Ethereum, что значительно дешевле, чем выполнение каждой транзакции на базовом уровне.

Arbitrum и Optimism — два крупнейших оптимистичных роллапа. Arbitrum использует интерактивный протокол разрешения споров, который сужает оспариваемые вычисления до одной инструкции перед повторным выполнением ее в цепочке, минимизируя затраты на газ для доказательств мошенничества. Optimism использует неинтерактивную систему доказательства мошенничества, где вся оспариваемая транзакция повторно выполняется в одном шаге в цепочке.

Base, созданный Coinbase с использованием OP Stack (открытая платформа Optimism), стал самым быстрорастущим роллапом по объему транзакций, благодаря потребительским приложениям и интеграции с базой пользователей Coinbase.

Как работают ZK-роллапсы

ZK-роллапсы используют противоположный подход: они доказывают правильность заранее, а не предполагают ее.

После того как последователь выполняет пакет транзакций, доказатель генерирует криптографическое доказательство действительности (обычно zk-SNARK или zk-STARK), которое математически демонстрирует, что пакет был выполнен правильно. Это доказательство, вместе с данными пакета, отправляется в контракт проверки в Ethereum. Проверяющий проверяет доказательство, что является вычислительно дешевым и занимает постоянное время, независимо от того, сколько транзакций содержит пакет.

Преимущество заключается в окончательности. Нет семидневного окна оспаривания. Как только доказательство проверяется в Ethereum, пакет окончательно принят. Пользователи могут вывести активы из ZK-роллапса в Ethereum за считанные минуты, а не ждать неделю.

Недостаток заключается в стоимости. Генерация доказательства действительности для сложного пакета транзакций требует значительных вычислительных ресурсов. Генерация ZK-доказательства — это математически интенсивный процесс, который может занять минуты для больших пакетов и требует специализированного оборудования. Эта стоимость распределяется на все транзакции в пакете, но добавляет накладные расходы на пакет, которых избегают оптимистичные роллапсы.

ZK-роллапсы также сложнее в разработке. Оптимистичные роллапсы могут поддерживать ту же виртуальную машину, что и Ethereum (EVM), с относительно незначительными модификациями, что означает, что существующие смарт-контракты на Solidity работают с небольшими или без изменений. Исторически ZK-роллапсы требовали от разработчиков писать контракты на специализированных языках, таких как Cairo (используемый StarkNet), потому что набор инструкций EVM не был разработан для эффективной генерации доказательств с нулевым знанием.

Этот разрыв закрывается. zkSync Era и Polygon zkEVM внедрили совместимые с EVM ZK-роллапсы, которые могут выполнять стандартные контракты Solidity, хотя с различной степенью совместимости. Scroll, еще один ZK-роллапс, стремится к полной эквивалентности с EVM, что означает, что контракты, развернутые на Ethereum, могут быть развернуты на Scroll без каких-либо модификаций.

Вам также может быть интересно: Что такое токенизация и как она работает

Блобсы и обновление Dencun: экономический сдвиг

До марта 2024 года роллапсы публиковали свои пакетные данные в виде calldata в транзакциях Ethereum. Calldata хранится навсегда каждым узлом Ethereum, что делает его дорогим. Типичный пакет роллапса стоил от 500 до 2000 долларов в виде сборов за calldata в периоды высокой загруженности Ethereum.

Обновление Dencun представило EIP-4844, который создал новый тип данных, называемый блобами. Блобсы — это большие объемы данных (примерно по 128 КБ каждый), которые прикрепляются к транзакциям Ethereum, но хранятся только временно, примерно 18 дней, а не навсегда. Это делает их значительно дешевле, чем calldata.

Воздействие было немедленным и измеримым. Комиссии за транзакции на Arbitrum упали с 0,25 доллара до менее 0,01 доллара. Комиссии на Base упали до долей цента. Стоимость публикации пакетного роллапса в Ethereum упала более чем на 90%.

Это важно, потому что меняет экономическое уравнение для принятия роллапсов. Когда транзакции второго уровня стоят 0,25 доллара, только пользователи с транзакциями выше определенного порога стоимости выбирали бы роллапс вместо конкурирующей цепи с более низкими базовыми сборами. Когда транзакции второго уровня стоят 0,001 доллара, ценовое преимущество конкурирующих цепей в значительной степени исчезает, и преимущество безопасности расчетов Ethereum становится решающим фактором.

Блобсы — это первый шаг к полному данкшардингу, будущему обновлению, которое увеличит количество блобов на блоке с текущей цели в три до 64 и более. Каждый шаг в этом прогрессе дополнительно снижает затраты на роллапсы и увеличивает пропускную способность данных, доступную для расчетов второго уровня на Ethereum.

Проблема централизации секвенсора

Практически каждый крупный роллап сегодня управляется одним секвенсором, который работает командой роллапса. Секвенсор Arbitrum управляется Offchain Labs. Секвенсор Optimism управляется OP Labs. Секвенсор Base управляется Coinbase.

Эта централизация создает несколько рисков. Если секвенсор выходит из строя, роллап останавливается. Если секвенсор цензурирует определенные транзакции, пользователи не могут нормально взаимодействовать с роллапсом. Если секвенсор переупорядочивает транзакции для извлечения MEV, пользователи платят скрытый налог.

Команды роллапсов защищают эту централизацию как временную меру. Децентрализация секвенсора, путем введения вращающегося набора секвенсоров или использования общего слоя секвенсирования, находится в дорожной карте каждого крупного роллапса. Но дорожные карты не являются развертываниями.

Митигирование — это принудительное включение. Большинство роллапсов включают механизм, который позволяет пользователям отправлять транзакции напрямую на базовый уровень Ethereum, полностью обходя секвенсор. Если секвенсор цензурирует вашу транзакцию, вы можете принудить ее через смарт-контракт роллапса. Этот процесс медленнее и дороже, чем через секвенсор, но предотвращает постоянную цензуру.

Степень, в которой принудительное включение действительно работает на практике, с учетом временных ограничений и затрат на газ в реальном использовании, является значительным отличием между роллапсами. L2BEAT, основной независимый трекер свойств безопасности роллапсов, оценивает каждый роллап по зрелости его механизма принудительного включения наряду с несколькими другими критериями безопасности.

Проблема фрагментации

Стратегия роллапсов Ethereum добилась успеха в создании масштабируемых сред выполнения. Она также создала проблему фрагментации, которая не существовала до появления роллапсов.

Пользователь с активами на Arbitrum не может напрямую использовать их на Base. Протокол DeFi на Optimism имеет отдельную ликвидность от того же протокола на zkSync. NFT, выпущенный на StarkNet, не может быть продан на рынке, работающем на Scroll.

Каждый роллап является своей цепочкой с собственным состоянием, собственным мостом к Ethereum и собственной экосистемой приложений. Перемещение активов между роллапами требует использования моста, что влечет за собой задержки (семь дней для вывода оптимистичного роллапа на Ethereum), затраты (газовые сборы как на исходной, так и на целевой цепочках) и риски (уязвимости смарт-контрактов моста).

Это не просто неудобство. Это структурная проблема, которая подрывает сетевые эффекты, делающие Ethereum ценным. Если ликвидность разделена между 30 роллапами, ни один отдельный роллап не имеет той глубины ликвидности, которую имел основной сетевой Ethereum, когда он был основным средством выполнения.

Разрабатываются решения. Общие слои последовательности, такие как Espresso, стремятся координировать порядок транзакций между несколькими роллапами, позволяя атомарные кросс-роллапные транзакции. Протоколы интероперабельности, такие как Chainlink CCIP и LayerZero, предоставляют слои обмена сообщениями, которые позволяют роллапам общаться. ERC-7683, стандарт намерений для кросс-цепей, стремится стандартизировать то, как пользователи выражают кросс-роллапные переводы.

Ни одно из этих решений не достаточно зрелое, чтобы устранить фрагментацию сегодня. Вопрос о том, конвергирует ли экосистема роллапов в небольшое количество доминирующих цепей или остается фрагментированной на десятки, остается открытым и имеет значительные последствия для того, где пользователи, разработчики и ликвидность будут находиться.

Модель безопасности также отличается более тонкими способами. В оптимистичном роллапе безопасность зависит от хотя бы одного честного проверяющего, наблюдающего за цепочкой и подающего доказательства мошенничества, когда это необходимо. Если каждый проверяющий оффлайн или сговаривается, недействительные переходы состояния могут быть окончательно утверждены после закрытия окна оспаривания. На практике несколько независимых проверяющих контролируют каждый крупный оптимистичный роллап, и экономический стимул поймать мошенничество (оспаривающий получает штраф за залог) делает эту атаку дорогостоящей для поддержания. Но теоретическое требование слабее, чем у ZK роллапа, где математическое доказательство само по себе гарантирует правильность независимо от того, кто наблюдает.

Последствия выбора роллапа для пользовательского опыта выходят за рамки сборов и окончательности. Поддержка кошельков, доступность токенов и развертывание приложений варьируются между роллапами. Пользователь, который переводит активы в роллап с ограниченным развертыванием протоколов DeFi, может обнаружить, что его капитал застрял в экосистеме с немногими продуктивными возможностями. Проблема интероперабельности усугубляет это: перемещение активов обратно в Ethereum или в другой роллап влечет за собой дополнительные сборы за мост и временные задержки, которые могут свести на нет экономию затрат, которая привлекла пользователя к роллапу в первую очередь.

Что это не охватывает

Эта статья не охватывает внутреннюю архитектуру конкретных виртуальных машин роллапов. Различия между Arbitrum Nitro, OP Stack и Cairo VM от StarkNet значительны и влияют на опыт разработчиков, производительность и свойства безопасности. Каждому из них требуется отдельный анализ.

Эта статья не охватывает валидии и волитионы, которые являются вариантами роллапов, которые публикуют данные на отдельном слое доступности данных, а не на Ethereum. Эти системы обменивают некоторые гарантии безопасности Ethereum на более низкие затраты, и компромиссы здесь тонкие.

Эта статья не рассматривает токеномику управления роллапами. Токены ARB, OP, STRK и ZK имеют разные структуры управления, стейкинга и стимулов. Вопрос о том, накапливают ли токены роллапов ценность для держателей или функционируют в первую очередь как инструменты управления, является активной дискуссией с последствиями для инвестиционных решений.

Практические проверки перед выбором роллапа

Проверьте уровень безопасности роллапов на L2BEAT. L2BEAT классифицирует роллапы на три уровня в зависимости от зрелости их систем доказательства, механизмов обновления и управления. Роллапы уровня 0 сильно полагаются на доверие к команде роллапа. Роллапы уровня 1 имеют функциональные системы доказательства, но сохраняют ключи для обновления. Роллапы уровня 2 имеют полностью бездоверительные системы доказательства с минимальным централизованным контролем. Большинство крупных роллапов все еще находятся на уровне 0 или 1 на середину 2026 года.

Поймите время вывода средств. Вывод средств из оптимистичного роллапа на Ethereum занимает примерно семь дней из-за окна оспаривания мошенничества. Быстрые мостовые сервисы могут ускорить этот процесс, предоставив средства заранее, но они взимают плату и вводят риск контрагента. Вывод средств из ZK роллапов может завершиться за считанные минуты после проверки доказательства действительности. Эта разница имеет значение, если вам нужен быстрый доступ к вашим активам в основной сети Ethereum.

Проверьте механизм принудительного включения. Если последователь (sequencer) выходит из строя или цензурирует вашу транзакцию, можете ли вы принудительно провести вашу транзакцию через смарт-контракт? Проверьте, есть ли у роллапа работающий механизм принудительного включения и какова задержка. Роллап без принудительного включения является централизованной цепочкой с брендингом Ethereum.

Сравните фактические затраты на транзакции. Комиссии роллапов варьируются в зависимости от эффективности сжатия роллапа, частоты пакетов и текущей цены на пространство Ethereum blob. Используйте трекер комиссий роллапов, чтобы сравнить фактическую стоимость общих операций (перевод токенов, обмен, развертывание контрактов) по роллапам в момент, когда вы планируете их использовать, а не полагаться на исторические средние значения.

Проверьте экосистему. Самый дешевый роллап не будет полезен, если приложение, которое вам нужно, находится на другом роллапе. Убедитесь, что протоколы DeFi, рынки NFT или инфраструктура кошельков, которые вы планируете использовать, развернуты и ликвидны на выбранном вами роллапе. Читать далее: Что такое DEX на основе намерений и чем они отличаются от AMM
1.

Что такое роллап блокчейна? {#faq-0}

Роллап — это решение для масштабирования второго уровня, которое выполняет транзакции на отдельной цепочке и отправляет данные транзакций или криптографическое доказательство обратно на блокчейн первого уровня, такой как Ethereum. Это позволяет роллапу обрабатывать тысячи транзакций в секунду, полагаясь на Ethereum для обеспечения безопасности и доступности данных. Термин "роллап" относится к тому, как многие транзакции объединяются в один пакет перед отправкой на базовый уровень. {#faq-0} 2.

В чем разница между оптимистичными и ZK роллапами? {#faq-1}

Оптимистичные роллапы предполагают, что транзакции действительны, и позволяют период оспаривания (обычно семь дней), в течение которого любой может представить доказательство мошенничества, если найдет ошибку. ZK роллапы генерируют математическое доказательство, которое подтверждает, что весь пакет был выполнен правильно, прежде чем он будет принят на Ethereum. Практическая разница заключается в том, что оптимистичные роллапы имеют более длительное время вывода, но их легче строить, в то время как ZK роллапы предлагают более быструю финализацию, но требуют больше вычислительных ресурсов для генерации доказательства. {#faq-1} 3.

Почему вывод средств из оптимистичного роллапа занимает семь дней? {#faq-2}

Семидневное окно существует, чтобы дать провайдерам мошенничества достаточно времени для обнаружения и оспаривания недействительного корня состояния, представленного последовательным узлом. Если бы вывод средств был мгновенным, злонамеренный последователь мог бы представить поддельный корень состояния, вывести средства на Ethereum и исчезнуть, прежде чем кто-либо смог бы доказать мошенничество. Семидневная задержка обеспечивает достаточное время для проведения проверки. Быстрые мостовые сервисы могут предоставить мгновенные выводы, предоставив средства заранее, но они взимают плату за эту услугу. {#faq-2} 4.

Что такое блобы и как они снизили затраты на роллап? {#faq-3}

Блобсы — это новый тип данных, введенный в результате обновления Dencun Ethereum (EIP-4844) в марте 2024 года. До появления блобсов, роллапы публиковали пакетные данные в качестве calldata, которые хранятся постоянно каждым узлом Ethereum и стоят дорого. Блобсы хранятся временно (примерно 18 дней) и имеют свой собственный рынок сборов, отдельный от обычных транзакций Ethereum. Это снизило затраты на транзакции роллапов более чем на 90%, поскольку хранение данных, которое является основной статьей расходов на эксплуатацию роллапа, стало значительно дешевле.

Безопасно ли использовать роллап так же, как и напрямую Ethereum?

Роллап наследует безопасность Ethereum для данных, которые он публикует на базовом уровне, но применяются дополнительные предположения о доверии. Секвенсор обычно является единственным централизованным оператором, который может цензурировать транзакции или выйти из строя. У смарт-контрактов роллапа на Ethereum могут быть ключи обновления, контролируемые командой. Система доказательства мошенничества или доказательства действительности может все еще находиться в стадии разработки. Система классификации этапов L2BEAT оценивает эти свойства. Роллап второго этапа с полностью децентрализованной системой доказательства приближается к уровню безопасности Ethereum. Большинство роллапов сегодня не находятся на втором этапе.

Что произойдет, если секвенсор роллапа выйдет из строя?

Если секвенсор выйдет из строя, новые транзакции в роллапе не могут быть обработаны через обычный канал. Однако большинство роллапов включает механизм принудительного включения, который позволяет пользователям отправлять транзакции непосредственно в смарт-контракт роллапа на Ethereum, обходя секвенсор. Это медленнее и дороже, чем обычная работа, но предотвращает постоянную блокировку средств пользователей из-за сбоя секвенсора. Качество и доступность механизмов принудительного включения значительно варьируются между роллапами.

Почему так много разных роллапов?

Рамки роллапов модульны и с открытым исходным кодом, что делает относительно простым запуск нового роллапа. OP Stack (от Optimism) и Arbitrum Orbit позволяют разработчикам развертывать пользовательские роллапы с предустановленной инфраструктурой. Разные роллапы оптимизируются для разных случаев использования: некоторые нацелены на DeFi, другие — на игры, третьи — на корпоративные приложения. Однако распространение роллапов создало проблемы фрагментации, включая разделение ликвидности, сложность мостов и путаницу пользователей.

Какой роллап мне использовать?

Лучший роллап зависит от того, что вы хотите сделать. Для DeFi с самой глубокой ликвидностью в настоящее время лидирует Arbitrum. Для потребительских приложений, интегрированных с Coinbase, доминирует Base. Для приложений, которые придают приоритет быстрой окончательности и не хотят задержек при выводе в семь дней, стоит рассмотреть ZK роллапы, такие как zkSync Era или StarkNet. Сравните текущие затраты на транзакции, проверьте, что необходимые вам приложения развернуты, и убедитесь в уровне безопасности роллапа на L2BEAT, прежде чем вкладывать значительные средства.

Отказ от ответственности: Эта статья предназначена только для информационных и образовательных целей. Она не является финансовым, инвестиционным или юридическим советом. Рынки криптовалюты волатильны и несут значительные риски. Всегда проводите собственное исследование перед принятием инвестиционных решений.