Оптимістичний ролап: технічний аналіз
Вас також може зацікавити
1. Анотація
Ролап — це масштабоване рішення рівня 2 Ethereum, спрямоване на підвищення пропускної здатності транзакцій Ethereum шляхом обробки транзакцій офчейн. Оптимістичний ролап, як випливає з назви, використовує оптимістичний механізм. Оптимістичний ролап припускає, що всі транзакції на рівні 2 є дійсними, і об'єднує кілька транзакцій в однин пакет, та надісилає їх до Ethereum. Після цього є тижневий період, протягом якого будь-який користувач у блокчейні може оскаржити автентичність транзакцій. Якщо під час оновлення стану буде виявлено шахрайство, оскаржувач може отримати винагороду. Безсумнівно, оптимістичний ролап є найбільш практичним та інноваційним рішенням для рівня 2 Ethereum, і його технічні параметри заслуговують на подальше вивчення. У цій статті ми надамо короткий аналіз деталей впровадження оптимістичного ролапу і детально опишемо його технічні параметри.
2. Принцип роботи оптимістичного ролапу
На рівні 2 оптимістичного ролапу транзакції користувача надсилаються операторам нодів оптимістичного ролапу. Ці ноди діють як "валідатори" та "агрегатори", відповідальні за агрегування та валідацію транзакцій. Вони об'єднують дані кількох транзакцій в одну транзакцію, яка після об'єднання потрапляє в пул транзакцій рівня 1 Ethereum, як і будь-яка інша транзакція. Нарешті, ноди отримують і обробляють транзакції та публікують блоки в блокчейні Ethereum. Будь-хто може стати нодом оптимістичного ролапу, але, подібно до механізму Proof-of-Stake (PoS), ноди повинні надати заставу (стейкінг) в мережу Ethereum як гарантію своєї чесності.
Під час надсилання блоку ноди не перевіряють легітимність переходу стану. Однак надається однотижневий період перевірки на "доказ шахрайства" для блоку. Якщо протягом цього періоду жоден нод або користувач не оскаржить законність блоку, блок буде підтверджено. У разі успішної перевірки "доказу шахрайства" нод, який опублікував блок, втратить свою заставу. Щоб стимулювати виявлення шахрайства, сума гарантійної застави нараховується користувачеві, який успішно доведе шахрайство. Завдяки цьому підходу оптимістичний ролап використовує заходи стимулювання криптографічної економіки для забезпечення чесності та надійності нодів.
3. Як проводиться стиснення даних
Звичайна транзакція Ethereum, наприклад, надсилання ETH зазвичай займає близько 110 байт. Однак при надсиланні ETH до оптимістичного ролапу споживається всього близько 12 байт. Щоб досягти цього, оптимістичний ролап використовує простіші передові методи кодування.
У транзакціях оптимістичного ролапурівня 2 нонс повністю упускається, а натомість відновлюється з попереднього стану. Інформація щодо газу переміщується з транзакцій рівня 2. Поля "кому" та "від" більше потребують адреси Ethereum. Замість цього до стану додається піддерево для зберігання індексів на адрес. Значення можна зберігати за допомогою наукової нотації, для переказу потрібно лише 3 цифри. Що стосується підписів, транзакції в пакеті можна агрегувати за допомогою сукупних підписів BLS, зменшуючи споживання пам’яті для кожного окремого підпису транзакції. Цей зведений підпис може масово перевіряти весь набір повідомлень і відправників. Крім того, ці дані транзакцій зберігаються в полі calldata ончейн, що має відносно низьку вартість газу.
Завантажені дані включають не лише вищезазначені дані та інформацію про транзакції, а й корінь дерева Меркла до та після пакетних транзакцій (включаючи дані про стан, такі як рахунок, баланс і код контракту, тому його також називають коренем стану). Він також містить дані, які використовуються для підтвердження (або перевірки) легітимності зміни стану. Ці методи стиснення мають вирішальне значення для досягнення масштабованості за допомогою оптимістичного. Наразі після стиснення оптимістичний ролап може забезпечити пропускну здатність, яка більш ніж у 30 разів перевищує пропускну здатність Ethereum.
4. Надсилання даних до Ethereum
Оптимістичний ролап розгортає спеціальний смартконтракт під назвою "контракт ролапу" (rollup contract) на рівні 1 Ethereum. Цей контракт відповідає за керування станом ролапів, включаючи відстеження балансів користувачів, обробку депозитів, зняття коштів і вирішення диспутів. В оптимістичних ролапах транзакції збираються та агрегуються нодами офчейн, об’єднуючи кілька транзакцій у "ролап-блок". Цей блок містить інформацію про транзакції та корінь дерева Меркла нового стану рахунку.
Пізніше ноди публікують агреговані дані як calldata на Ethereum. Calldata — це незмінна та непостійна область у смартконтрактах, подібна до внутрішньої пам’яті. Як частина журналу історії блокчейну calldata не зберігаються як частина стану Ethereum. Оскільки calldata не містить жодної частини стану Ethereum, економічно ефективніше зберігати дані ончейн за допомогою calldata.
5. Зобов'язання стану
Як згадувалося раніше, завантажені дані включають не лише інформацію про транзакції, але й корінь дерева Меркла до та після транзакції. Корінь дерева Меркла представляє стан оптимістичного ролапу в будь-який момент часу, включаючи рахунки, баланси, коди контрактів тощо. Дерево Меркла, також відоме як "дерево станів", служить організаційною формою стану оптимістичного ролапу. Листові ноди дерева Меркла представляють стан рахунку, а кореневий нод представляє кінцеве значення. Зміни в транзакціях оптимістичного ролапу рівня 2 призводять до оновлення станів рахунку, що, своєю чергою, впливає на інформацію кінцевих нодів, що зрештою призводить до змін у кореневому хеш-значенні. Оператор рівня 2 підтримує дерево стану рахунків рівня 2 локально, записуючи кореневі хеш-значення до та після виконання пакетних транзакцій, і завантажує це кореневе хеш-значення під час завантаження пакетних транзакцій.
Цей корінь дерева Меркла (корінь стану) посилається на останній стан ролапу, проходить хешування та зберігається в контракті ролапу. Кожен перехід стану ончейн генерує новий стан ролапу, і ноди передають цей стан, обчислюючи новий корінь стану.
Коли ноди публікують блок, вони повинні подати як старий корінь стану, так і новий корінь стану. Якщо старий корінь стану збігається з новим коренем стану в ончейн-контракті, останній відкидається та замінюється новим коренем стану. Ноди також повинні надіслати корінь дерева Меркла для самого пакета транзакцій. Це дозволяє будь-кому довести, що транзакції включені в блок, надавши доказ дерева Меркла. Корінь дерева Меркла має вирішальне значення для підтвердження змін стану в оптимістичному ролапі.
6. Доказ шахрайства
Оптимістичний ролап дозволяє будь-кому надавати інформацію про транзакції та інформацію про перехід стану, а також публікувати блоки без надання доказів валідності. Щоб гарантувати безпеку блокчейну Ethereum, технологія оптимістичного ролапу передбачає сім днів, протягом яких користувачі можуть висловлювати сумніви щодо валідності блоків (включаючи зміни станів та іншу інформацію).
Якщо у будь-кого виникнуть сумніви, протокол оптимістичного ролапу ініціює обчислення для перевірки наявності шахрайства. Шляхом повторного відтворення транзакцій, які призвели до переходів станів ончейн, обчислюється новий корінь стану. Цей обчислений корінь стану потім порівнюється з коренем стану, запропонованим секвенсором. Якщо інші ноди або користувачі виявляють невідповідність між кінцевим станом блоку та станом, запропонованим нодом, перевірка доказу шахрайства вважається успішною, а перехід стану скасовується. Водночас нод, який оскаржив транзакцію, штрафується, а його сума застави конфіскується та присуджується оскаржувачу.
Повторне виконання транзакцій на Ethereum для виявлення шахрайства вимагає публікації зобов’язань станів для окремих транзакцій і додавання даних, які мають бути опубліковані ончейн. Повторне відтворення транзакцій також спричиняє значні комісії за газ. Наразі період перевірки для оптимістичного ролапу становить один тиждень, але через проблеми з ефективністю капіталу спільнота активно обговорює, чи варто скоротити період перевірки.
7. Віртуальна машина OVM
Оптимістичний ролап не лише підтримує масштабованість Ethereum, але й включає всю функціональність смартконтрактів Ethereum у фреймворк рівня 2, забезпечуючи віртуальну машину OVM за повнотою Тюрінга для розробки та розгортання dApps.
Віртуальна машина OVM — це повнофункціональне середовище виконання, яке повністю сумісне з віртуальною машиною Ethereum (EVM) і розроблене для систем рівня 2. За допомогою віртуальної машини OVM розробники можуть виконувати всі операції Ethereum ончейн у мережі оптимістичного ролапу і взаємодіяти з блокчейном через API. Крім того, віртуальна машина OVM спрощує процес перенесення dApps на рівень 2. Замість розгортання різних рішень для масштабування рівня 2, команди проєктів можуть просто інтегруватися з OVM і використовувати його різні структури рівня 2.
8. Висновок
Існує два блокчейни рівня 2, розроблені на основі протоколу оптимістичного ролапу: Optimism і Arbitrum. Наразі Optimism і Arbitrum є найбільшими екосистемами рівня 2 у просторі Ethereum із загальною заблокованою вартістю у 4 мільярди доларів США, і вони все ще переживають значне зростання. Багато відомих проєктів також приєдналися до табору оптимістичного ролапу, наприклад UniSwap, SushiSwap та інші.
Однак технологія оптимістичного ролапу не є єдиним гравцем на полі, а її конкурентом є ZK-ролап. Як згадувалося раніше, оптимістичний ролап покладається на докази шахрайства, коли система оптимістично вірить у правильність даних транзакцій і забезпечує дійсність транзакцій через економічну логіку оскаржування шахрайства. З іншого боку, ZK-ролап — це масштабоване рішення, засноване на доказах з нульовим знанням, де транзакції офчейн обробляються пакетами, а докази криптографічної дійсності генеруються для перевірки автентичності кожної партії транзакцій. Щоб з'ясувати які переваги одна технологія має над іншою, знадобиться подальша перевірка протягом більш тривалого періоду часу.