zk-rollups؛ فناوری انقلابی برای افزایش سرعت و کاهش هزینه‌های بلاک‌چین اتریوم

زد کی-ریولاپ‌ها (zk-rollups)، راهکار نوین در حوزه مقیاس‌پذیری بلاک‌چین، با هدف افزایش سرعت تراکنش‌ها و کاهش هزینه‌ها طراحی شده‌اند. این فناوری با انتقال عملیات محاسباتی و ذخیره‌سازی داده‌ها خارج از زنجیره اصلی، امکان پردازش حجم بالایی از تراکنش‌ها را فراهم می‌آورد.

در ساختار zk-rollups، پروتکل‌های لایه دوم بر بستر اتریوم، تراکنش‌های چندصدگانه را در خارج از زنجیره جمع‌آوری کرده و سپس گواهی‌های رمزنگاری‌شده‌ای تولید می‌کنند که صحت این تراکنش‌ها را تایید می‌نمایند. به جای ثبت داده‌های تراکنش‌ها در زنجیره اصلی، تنها این گواهی‌های کوتاه و فشرده برای تایید صحت تراکنش‌ها ارسال می‌شود.

این روش، ظرفیت شبکه را به شکل قابل توجهی افزایش می‌دهد و در عین حال، امنیت و اطمینان کاربران را حفظ می‌کند. بر اساس این فناوری، بلاک‌چین‌ها قادرند هزاران تراکنش در ثانیه پردازش کنند، و این در حالی است که هزینه‌ها به مراتب پایین‌تر از تراکنش‌های مستقیم در زنجیره است.

برخی پروژه‌های معتبر در حوزه رمزارزها از جمله کت‌کوین، شیبا اینو و پنکیک‌سواپ از فناوری zk-rollups بهره‌مند شده‌اند تا کارایی و مقیاس‌پذیری پلتفرم‌های خود را ارتقاء دهند.

نحوه عملکرد فناوری ZK-Rollups

در فناوری zk-rollups، بخش روی زنجیره (on-chain) مسئول نگهداری موجودی‌ها و رصد حساب‌ها است، اما اجرای واقعی تراکنش‌ها در لایه‌ای جداگانه انجام می‌شود. نودهای تحت عنوان اپراتورها، تراکنش‌های ارسالی کاربران را جمع‌آوری کرده، آن‌ها را در قالب دسته‌هایی (batch) منسجم می‌کنند و سپس در یک ماشین مجازی خارج از زنجیره اجرا می‌نمایند.

پس از انجام تراکنش‌ها، اپراتورها مدرک رمزنگاری‌ای به نام proof صحت‌سنجی (validity proof) تولید می‌کنند که به صورت ریاضی صحت انجام صحیح تمامی تراکنش‌ها در دسته را تضمین می‌کند. این proofها به همراه جدیدترین وضعیت حساب‌ها در قالب یک قرارداد هوشمند روی زنجیره (smart contract) ثبت می‌شوند.

قرارداد هوشمند صحت‌سنجی proof را بررسی کرده و در صورت معتبر بودن، وضعیت حساب‌ها را با وضعیت zk-rollup همگام می‌سازد. این فرآیند امکان تایید فوری تراکنش‌ها در زنجیره را فراهم می‌آورد، بدون نیاز به انتظار برای چالش‌های امنیتی یا تایید نهایی.

در نتیجه، کاربران می‌توانند در هر زمان وجوه خود را از zk-rollup برداشت کرده و از امنیت و سرعت بالا بهره‌مند شوند، بدون آنکه نیاز به انتظار برای تاییدهای طولانی داشته باشند.

مزایای اصلی zk-rollups

در عرصه فناوری‌های لایه دوم بلاک‌چین، zk-rollups به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین راهکارها، توانسته‌اند به طور قابل توجهی در بهبود مقیاس‌پذیری شبکه‌ها نقش‌آفرینی کنند. این فناوری با استفاده از اثبات‌های صفر دانش، امکان فشرده‌سازی هزاران تراکنش در یک proof کوچک چندصد بایتی را فراهم می‌آورد، در نتیجه حجم داده‌های لازم برای تایید صحت تراکنش‌ها بسیار کاهش می‌یابد. چنین قابلیتی باعث می‌شود که شبکه‌های بلاک‌چین بتوانند با ظرفیت بسیار بالاتر، تراکنش‌ها را پردازش کنند و در عین حال، امنیت و صحت اطلاعات حفظ شود.

از نظر امنیت، zk-rollups از ضمانت‌های امنیتی زنجیره‌های اصلی بهره‌مند هستند و تضمین می‌کنند که تراکنش‌ها نهایی و معتبر باقی بمانند. این فناوری با جلوگیری از اجرای تغییرات نامعتبر در حالت شبکه خارج از زنجیره، امنیت تراکنش‌ها را تضمین می‌کند و امکان بازیابی کامل وضعیت zk-rollup در صورت نیاز را به کاربران می‌دهد.

در حوزه هزینه‌ها، برداشت از zk-rollups فرآیندی ساده و کم‌هزینه است، چرا که تراکنش‌ها صرفاً بر پایه تایید صحت اثبات‌ها انجام می‌شود و نیاز به چالش‌های کلاهبرداری ندارد. این موضوع، علاوه بر کاهش چشمگیر هزینه‌های کارمزد، باعث افزایش بهره‌وری اقتصادی کاربران می‌شود.

همچنین، zk-rollups به هیچ فرضیه‌ای درباره فعال بودن دائمی شبکه نیاز ندارند و در مقابل حملات انکار سرویس (DDoS) مقاوم هستند، زیرا اثبات‌ها اجرای صحیح تراکنش‌ها را تضمین می‌کنند. در نتیجه، کاربران نیازی به نظارت مداوم بر شبکه ندارند تا دارایی‌های خود را محافظت کنند.

معایب فناوری zk-rollups

Zk-rollups به دلیل نیاز به محاسبات سنگین برای تولید اثبات‌های بدون دانش (zero-knowledge proofs)، هزینه‌های محاسباتی بالاتری نسبت به راهکارهای دیگری مانند Optimistic Rollups دارند. این فناوری مبتنی بر چارچوب‌های رمزنگاری پیچیده و مهندسی پیشرفته است که اجرای آن را هزینه‌بر و دشوارتر می‌سازد. در نتیجه، استفاده از zk-rollups با چالش‌های فنی و اقتصادی بیشتری همراه است و نسبت به راهکارهای جایگزین، هزینه‌های راه‌اندازی و نگهداری بالاتری دارد.

پروژه‌های فناوری Zk-Rollup

در حال حاضر، چندین پروژه و تیم فعال در حوزه رمزارزها در حال توسعه و بهره‌برداری از فناوری ZK-rollup برای بهبود مقیاس‌پذیری لایه-دو در شبکه اتریوم (Ethereum) و توسعه برنامه‌های غیرمتمرکز (دپ‌لای) هستند. هدف اصلی این پروژه‌ها، کاهش هزینه‌ها و افزایش سرعت تراکنش‌ها در شبکه اتریوم است، هرچند برخی معتقدند که این فناوری می‌تواند در آینده نقش بیشتری در بهبود عملکرد بیت‌کوین (BTC) ایفا کند.

پروژه پلی‌گون (پلی‌گون، MATIC) یکی از محبوب‌ترین راه‌حل‌های zk-rollup محسوب می‌شود. این شبکه با استفاده از اثبات‌های SNARK بازگشتی، تراکنش‌ها را در قالب بسته‌های کم‌هزینه جمع‌آوری می‌کند. همچنین، پلی‌گون از سازگاری با EVM (ماشین مجازی اتریوم) بهره‌مند است که توسعه‌دهندگان را قادر می‌سازد تا قراردادهای هوشمند Solidity را با تغییرات حداقلی در بلاک‌چین‌های مشابه اتریوم مهاجرت دهند. اکوسیستم این شبکه در حال حاضر شامل بیش از ۷۰۰۰ برنامه غیرمتمرکز (دپ‌لای) است.

پروژه‌های متعددی مانند dYdX، که توسط زبان Cairo و فناوری STARK از Starkware پشتیبانی می‌شوند، در این حوزه فعال هستند. Starkware، به‌عنوان یکی از شرکت‌های پیشرو، با ارائه APIهای کاربرپسند و خدمات متنوع برای صرافی‌ها و پلتفرم‌های NFT، توسعه zk-rollupها را تسهیل می‌کند. بنیان‌گذارانی چون الی بن‌سسون و آلساندرو چیسا، Starkware را در توسعه فناوری‌های اثبات‌پذیر قدرتمند و امن یاری می‌دهند.

ZK-Sync، توسط شرکت Matter Labs توسعه یافته است، که امکان پشتیبانی کامل از EVM و Solidity را در zk-rollupها فراهم می‌کند. این فناوری با بهره‌گیری از اثبات‌های SNARK و تمرکز بر ارتباط‌پذیری با اتریوم، پلی روان بین لایه-دو و شبکه اصلی ایجاد می‌کند. برنامه‌های دیفای مانند آوه (Aave)، یرن فاینانس (Yearn.Finance) و ۱اینچ نتورک (1Inch Network) از کاربران فعال ZK-Sync هستند.

Loopring (LRC) نیز پروتکل مبادله غیرمتمرکز با هدف تسهیل معاملات حجیم است. معماری این پروژه کاهش اسلیپج و کارمزدها را هدف قرار داده است. صرافی zkRollup Loopring نقش مهمی در پذیرش فناوری لایه-دو در اتریوم ایفا کرده و هم‌اکنون از بازار NFT شرکت گیم‌اسپات (GameStop) پشتیبانی می‌کند.

در نهایت، MetaMask، یکی از برترین کیف‌پول‌های دیجیتال، با ادغام پلتفرم‌هایی مانند پلی‌گون و Loopring، نقش مهمی در تسهیل استفاده از zk-rollup ایفا می‌کند. این کیف‌پول امکان دسترسی آسان به برنامه‌های غیرمتمرکز در لایه‌های ۱ و ۲ را برای کاربران فراهم می‌آورد و می‌تواند نقش مهمی در ترویج استفاده از تراکنش‌های مبتنی بر فناوری ZK-rollup ایفا کند.

ZkEVM چیست و چرا باید آن را توسعه داد

در حال حاضر، چند تیم در حال توسعه فناوری zkEVM (صفردانش ماشین مجازی اتریوم) هستند، فناوری‌ای که امکان سازگاری قراردادهای هوشمند و ماشین مجازی اتریوم (EVM) را در قالب zk-rollups فراهم می‌آورد.

به زبان ساده، zkEVM به تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند اتریوم اجازه می‌دهد تا با اثبات رمزنگاری صحت و درستی عملیات، اجرا شوند. این نوآوری پتانسیل ترکیب امنیت و قابلیت‌های ماشین مجازی اتریوم را با مقیاس‌پذیری بالای zk-rollups دارد.

برخی پروژه‌های برجسته در حال توسعه zkEVM شامل Applied ZKP، پشتیبانی‌شده از سوی بنیاد اتریوم، Polygon zkEVM، Scroll، Taiko و ZKSync هستند. هر یک از این پروژه‌ها رویکرد خاص خود را دارند، اما همگی هدف مشترکی را دنبال می‌کنند: ایجاد یک zkEVM غیرمتمرکز که قادر باشد تراکنش‌های پیچیده در بستر اتریوم را با استفاده از اثبات‌های صفر دانش مدیریت کند.

در صورت راه‌اندازی کامل لایه دوم zkEVM، این رویداد گامی مهم در جهت افزایش مقیاس‌پذیری شبکه اتریوم محسوب می‌شود. این فناوری امکان استفاده از ابزارهای موجود برای توسعه‌دهندگان را فراهم کرده و در عین حال از سرعت بالا و هزینه کم تراکنش‌ها در zk-rollups بهره‌مند می‌شود. موفقیت این پروژه‌ها می‌تواند روند پذیرش راه‌حل‌های لایه دوم در اکوسیستم اتریوم را شتاب بخشد و راه را برای توسعه‌دهندگان و پروژه‌های مبتنی بر این شبکه هموارتر کند.

مقایسه فناوری‌های ZK-Rollups و optimistic rollups در بهبود مقیاس‌پذیری شبکه‌های بلاک‌چین

روش‌های Zk-rollups و Optimistic Rollups دو فناوری مهم برای بهبود کارایی شبکه اتریوم (Ethereum) هستند که هر کدام با رویکرد متفاوتی عمل می‌کنند. Zk-rollups تراکنش‌های متعددی را خارج از زنجیره جمع‌آوری کرده و با استفاده از اثبات‌های بدون دانش (zero-knowledge proofs) صحت آن‌ها را تایید می‌کند، قبل از اینکه به بلاک‌چین ارسال شوند. این فرآیند، علاوه بر افزایش مقیاس‌پذیری، هزینه‌ها را نیز کاهش می‌دهد، هرچند نیازمند قدرت محاسباتی بالایی است. یکی از ویژگی‌های مهم Zk-rollups، نهایی‌سازی فوری تراکنش‌ها است که از نیاز به اثبات‌های تقلب (fraud proofs) صرف‌نظر می‌کند.

در مقابل، Optimistic Rollups فرض می‌کند تراکنش‌ها صحیح هستند و با ارسال کم‌ترین داده ممکن به زنجیره، مقیاس‌پذیری را بهبود می‌بخشد. این روش تنها در صورت تشخیص تراکنش‌های نامعتبر، اثبات‌های تقلب را تولید می‌کند، اما نهایی‌سازی تراکنش‌ها در پایان دوره چالش اثبات تقلب به تعویق می‌افتد. هزینه‌های این فناوری نسبت به Zk-rollups پایین‌تر است و نیاز به اثبات صحت هر تراکنش ندارد.

در کوتاه‌مدت، ممکن است استفاده از Optimistic Rollups سریع‌تر رایج شود، اما Zk-rollups امنیت و حریم خصوصی بهتری فراهم می‌کنند. هر دو فناوری هدف دارند تا سرعت پردازش تراکنش‌های اتریوم را به طور چشم‌گیری افزایش دهند، هزینه‌ها را کاهش دهند و کارایی کلی شبکه را ارتقاء بخشند.

این فناوری‌ها نقش کلیدی در آینده توسعه اتریوم ایفا خواهند کرد، اما انتخاب میان آن‌ها بستگی به نیازهای خاص هر برنامه دارد.

مسیر پیش رو

زیرمجموعه ZK-rollups نیازمند دانش تخصصی و فنی عمیق است، به همین دلیل توسعه آن‌ها در مراحل اولیه قرار دارد. با این حال، فناوری زِرو-نالج (صفر-دانش) پتانسیل بالایی برای کمک به ارتقای توان عملیاتی اتریوم (Ethereum) و رسیدن به ده‌ها هزار تراکنش در ثانیه را داراست.

تمرکز تحقیقات آینده بر بهبود سطح تمرکززدایی در zk-rollups و تطابق آن با ماشین مجازی اتریوم (EVM) است. این امکان، پشتیبانی بی‌وقفه از قراردادهای هوشمند و برنامه‌های غیرمتمرکز بر بستر اتریوم را فراهم می‌کند.

با پیشرفت فناوری زِرو-نالج و ابزارهای مرتبط، zk-rollups به عنوان یک عنصر حیاتی در نقشه راه بلندمدت مقیاس‌پذیری اتریوم جای می‌گیرند. تحقق پذیرش گسترده این فناوری می‌تواند به ارائه خدمات مالی غیرمتمرکز و وب۳ با سرعت بیشتر و هزینه کمتر برای میلیون‌ها کاربر در سراسر جهان منجر شود.

منبع: کریپتو.نیوز