Технические различия между L2 Roll-Ups

Layer 2 (L2) Roll-Ups — это один из наиболее популярных способов масштабирования блокчейна Ethereum, позволяющий обрабатывать транзакции вне основной сети (L1) и публиковать их в сжатом виде для экономии газа и повышения пропускной способности. Однако Roll-Ups бывают двух типов: Optimistic Roll-Ups и ZK-Roll-Ups. В данной статье разберем их технические различия, механизмы работы, достоинства и недостатки.

1. Основные принципы работы L2 Roll-Ups

Roll-Ups работают за счет группировки нескольких транзакций в один "свернутый" блок, который затем отправляется в основной блокчейн Ethereum (L1). Основное различие между типами Roll-Ups заключается в способе проверки корректности транзакций:

• Optimistic Roll-Ups предполагают, что все транзакции корректны, но дают возможность участникам сети оспорить мошеннические операции.
• ZK-Roll-Ups используют криптографические доказательства (Zero-Knowledge Proofs, ZK-Proofs), чтобы подтвердить корректность транзакций перед их публикацией в L1.

2. Технические различия между Optimistic Roll-Ups и ZK-Roll-Ups

2.1 Проверка корректности транзакций

• Optimistic Roll-Ups:
• Используют механизм "challenge period" (период оспаривания), в течение которого любой участник сети может доказать мошенничество.
• Если обнаружена некорректная транзакция, она аннулируется, а инициатор получает штраф.
• Применяют механизм "fraud proofs" (доказательства мошенничества).
• ZK-Roll-Ups:
• Используют криптографические доказательства ZK-SNARKs или ZK-STARKs.
• Каждая партия транзакций сопровождается доказательством корректности, которое проверяется смарт-контрактом на Ethereum.
• Нет необходимости в challenge period, так как некорректные транзакции не могут быть опубликованы изначально.

2.2 Скорость финализации транзакций

• Optimistic Roll-Ups:
• Финализация транзакций происходит только после завершения challenge period (обычно 7 дней).
• Долгий вывод средств из L2 в L1.
• ZK-Roll-Ups:
• Финализация происходит мгновенно после проверки ZK-Proof.
• Вывод средств значительно быстрее.

2.3 Вычислительная сложность

• Optimistic Roll-Ups:
• Транзакции исполняются как в обычном EVM (Ethereum Virtual Machine).
• Требуется хранить всю историю данных на L2, что увеличивает объем хранения.
• ZK-Roll-Ups:
• Вычислительно сложное создание ZK-Proofs (особенно для сложных смарт-контрактов).
• Меньший объем хранения, так как не требуется хранить всю историю выполнения.

2.4 Совместимость с Ethereum

• Optimistic Roll-Ups:
• Полностью совместимы с существующими смарт-контрактами на Ethereum.
• Используют стандартный EVM, что упрощает миграцию приложений.
• ZK-Roll-Ups:
• zkEVM (zkSync, Polygon zkEVM, Scroll совместимости — 90–95%
• Некоторые ZK-Rollups (например, zkSync) разрабатывают zkEVM для улучшения совместимости.
• Starknet использует Cairo VM, но с transpilers для EVM.

2.5 Структура хранения данных

• Optimistic Roll-Ups:
• Хранят полные данные транзакций в L1 для возможности оспаривания.
• Требуют больше места в сети Ethereum.
• ZK-Roll-Ups:
• Хранят только зашифрованные доказательства, а не сами данные.
• Используют Merkle Trees и другие методы компрессии.

2.6 Эффективность использования газа

• Optimistic Roll-Ups:
• Дешевле по вычислениям на L2, но дороже при публикации данных на L1.
• Challenge period увеличивает затраты в случае оспаривания транзакций.
• ZK-Roll-Ups:
• Дороже по вычислениям на L2 из-за создания ZK-Proofs.
• Значительно дешевле по затратам на L1, так как публикуются только доказательства.

2.7 Архитектурные различия

• Optimistic Roll-Ups:
• Используют секвенсеров, операторов и валидаторов для проверки транзакций.
• Участники могут запускать узлы для обнаружения мошенничества.
• ZK-Roll-Ups:
• Используют специальные ZK-программы и агрегаторы доказательств.
• Более централизованный процесс генерации доказательств.

3. Практическое применение

3.1 Optimistic Roll-Ups

Примеры:

• Arbitrum
• Optimism
• Base

Используются для:

• Децентрализованных бирж (DEX) и DeFi-приложений.
• Игровых и социальных приложений, которым важна совместимость с Ethereum.

3.2 ZK-Roll-Ups

Примеры:

• zkSync
• StarkNet
• Polygon zkEVM
• Scroll

Используются для:

• Высокопроизводительных платежных решений.
• Систем, где важна мгновенная финализация транзакций.
• Приложений, требующих максимальной безопасности.

Optimistic Roll-Ups и ZK-Roll-Ups решают проблему масштабируемости Ethereum, но по-разному. Optimistic Roll-Ups проще в реализации и поддерживают EVM, но страдают от длительных периодов вывода. ZK-Roll-Ups обеспечивают мгновенную финализацию и более безопасны, но требуют сложных вычислений.

Выбор между Optimistic и ZK-Roll-Ups зависит от специфики проекта, требований к скорости, безопасности и вычислительным затратам.