ZK-ROLLUPS ȘI MODELUL DE DEMONSTRARE A VALIDITĂȚII EXPLICATE

Setulările zero-knowledge (zk-rollups) sunt un tip de soluție de scalare layer-2 utilizată în rețelele blockchain, în special Ethereum, concepute pentru a crește semnificativ debitul tranzacțiilor, menținând în același timp niveluri ridicate de securitate. Acestea funcționează prin gruparea sau „cumularea” a sutelor sau chiar miilor de tranzacții într-una singură și executarea lor în afara lanțului. După finalizarea acestor tranzacții în afara blockchain-ului principal (cunoscut și sub numele de layer-1), o singură dovadă criptografică succintă - cunoscută sub numele de *dovadă de validitate* - este trimisă în lanț pentru a verifica dacă toate tranzacțiile în lot au fost executate corect.

Ideea centrală a zk-rollups se învârte în jurul utilizării dovezilor zero-knowledge (în special zk-SNARK-uri sau zk-STARK-uri) pentru a se asigura că datele tranzacțiilor sunt atât corecte, cât și valide, fără a dezvălui conținutul complet al fiecărei tranzacții. Această metodă permite procesarea tranzacțiilor mai eficient, reducând în același timp sarcina de calcul și stocare asupra blockchain-ului principal.

Există mai multe caracteristici cheie ale zk-rollup-urilor:

• Disponibilitatea datelor: Datele tranzacțiilor sunt de obicei stocate on-chain, astfel încât orice observator poate reconstrui starea utilizând datele și logica de validare.
• Securitate: Deoarece dovada validității este verificată de blockchain-ul de nivel 1, modelul de securitate este moștenit de la nivelul de bază.
• Debit: Prin trimiterea unei singure dovezi pentru tranzacții multiple, zk-rollup-urile permit o creștere semnificativă a debitului în comparație cu execuția de nivel 1.

Proiecte precum zkSync, StarkNet și Scroll sunt exemple de dezvoltatori care implementează soluții zk-rollup pe Ethereum. Aceste platforme își propun să minimizeze comisioanele de tranzacție, să reducă timpii de confirmare și să ajute blockchain-urile să se scaleze eficient, păstrând în același timp natura neîncrezătoare și descentralizată a tehnologiei subiacente.

În esență, zk-rollup-urile sunt o inovație menită să abordeze provocările de lungă durată legate de scalabilitate și costuri cu care se confruntă Ethereum și alte blockchain-uri similare. Prin mutarea calculelor offline și demonstrarea corectitudinii on-chain, acestea împing limitele a ceea ce pot realiza sistemele descentralizate.

Componenta fundamentală care permite zk-rollup-urilor să mențină securitatea, atingând în același timp scalabilitatea, este modelul **de probă a validității**. O probă de validitate este o reprezentare criptografică succintă - verificabilă matematic - care dovedește că un set de tranzacții executate în afara lanțului respectă regulile și logica corecte, fără a dezvălui detaliile interne ale acelor tranzacții. Acest model contrastează cu abordarea mai veche **de probă a fraudei** utilizată de rollup-urile optimiste, unde tranzacțiile în afara lanțului sunt considerate valide, cu excepția cazului în care se dovedește contrariul.

În cadrul modelului de probă a validității, fiecare lot zk-rollup include o probă generată de un verificator special în afara lanțului. Această probă este apoi verificată de un contract inteligent de verificare implementat pe blockchain-ul de nivel 1. Verificarea cu succes a unei probe de validitate confirmă faptul că toate tranzacțiile incluse au fost executate cu fidelitate, conform regulilor protocolului blockchain. Abia atunci noua rădăcină de stare (hash-ul criptografic al stării blockchain actualizate) este acceptată în blockchain.

Există două tipuri principale de dovezi zero-knowledge utilizate în zk-rollup-uri:

• zk-SNARK-uri (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge): utilizate în proiecte precum zkSync, oferind timpi rapizi de verificare și dimensiuni mici ale dovezilor, dar necesitând de obicei o fază de configurare de încredere pentru inițializarea parametrilor.
• zk-STARK-uri (Zero-Knowledge Scalable Transparent Arguments of Knowledge): utilizate în platforme precum StarkNet de la StarkWare, care sunt transparente și rezistente la procese cuantice, nenecesitând o configurare de încredere, dar producând dovezi mai mari.

Printre principalele beneficii ale utilizării modelului de dovadă de validitate în zk-rollup-uri se numără:

• Finalitate: Tranzacțiile incluse într-un zk-rollup și confirmarea on-chain sunt considerate finale aproape imediat, datorită certitudinii oferite de dovezile de validitate.
• Securitate: Deoarece rețeaua de nivel 1 acceptă doar tranziții de stare care vin cu o dovadă verificată, aceasta reduce considerabil riscurile suprafeței de atac.
• Eficiență: Verificarea unei dovezi comprimate necesită mult mai puține resurse decât validarea fiecărei tranzacții individual on-chain.

Mai mult, spre deosebire de modelele care se bazează pe stimulente economice pentru detectarea fraudei, modelul de dovadă de validitate asigură că loturile incorecte nu pot ajunge nici măcar la execuție, deoarece pur și simplu nu pot produce o dovadă validă. Acest lucru face ca zk-rollup-urile să fie deosebit de robuste și potrivite pentru aplicații care necesită tranzacții rapide, sigure și ieftine, cum ar fi microplățile, protocoalele DeFi și platformele de tranzacționare NFT.

În cele din urmă, dovezile de validitate sunt cele care permit zk-rollup-urilor să scaleze eficient blockchain-urile fără a compromite descentralizarea sau securitatea, marcând un pas substanțial înainte în evoluția sistemelor descentralizate scalabile.

zk-Rollups oferă o serie de avantaje atât pentru utilizatori, cât și pentru dezvoltatori în cadrul ecosistemului blockchain. Printre acestea se numără îmbunătățirile de performanță, reducerile de costuri și garanțiile de securitate mai puternice. Cu toate acestea, ca în cazul oricărei tehnologii emergente, zk-rollup-urile vin și cu o serie de provocări care necesită o analiză atentă.

Avantajele zk-rollup-urilor

• Raport ridicat: Prin agregarea mai multor tranzacții într-o singură dovadă, zk-rollup-urile pot procesa mii de tranzacții pe secundă - mult dincolo de limitele majorității blockchain-urilor de bază.
• Comisioane de tranzacție reduse: Costuri semnificativ mai mici per tranzacție, deoarece dovada comprimă toată activitatea în afara lanțului într-o mică tranzacție în lanț.
• Moștenire de securitate: Zk-rollup-urile își derivă securitatea din stratul de bază (de exemplu, Ethereum), ceea ce înseamnă că beneficiază de consensul robust și descentralizat al lanțului de nivel 1.
• Finalitate rapidă: Spre deosebire de rollup-urile optimiste, care pot avea ferestre de dispută de până la o săptămână, zk-rollup-urile oferă timpi de decontare aproape instantanei deoarece dovezile de validitate determină în mod concludent corectitudinea tranzacțiilor.
• Eficiența datelor: Pe măsură ce seturi de date mai mici sunt încărcate în blockchain, acest lucru reduce suprasolicitarea și îmbunătățește eficiența întregii rețele.

Provocări și limitări

• Complexitatea demonstratorilor: Generarea dovezilor de validitate este dificilă din punct de vedere computațional, necesitând potențial hardware specializat, ceea ce poate limita accesibilitatea pentru dezvoltatorii mai mici.
• Complexitatea dezvoltării: Scrierea de aplicații prietenoase cu zk necesită adesea o înțelegere aprofundată a circuitelor zk și a limbajelor asociate, cum ar fi Cairo (utilizat în StarkNet) sau Zinc (utilizat în zkSync).
• Limitări ale contractelor inteligente: Mediile actuale de tip zk-rollup pot să nu suporte întreaga gamă de funcții compatibile cu EVM, ceea ce ar putea limita adoptarea pentru anumite aplicații descentralizate.
• Preocupări legate de configurarea de încredere: Unele soluții bazate pe zk-SNARK necesită o configurație de încredere... configurare, care, dacă este compromisă, ar putea afecta integritatea sistemului. zk-STARK-urile atenuează acest lucru, dar cu prețul unor dimensiuni mai mari ale dovezilor și al unor timpi de verificare mai lungi.
• Experiența utilizatorului: Deși criptografia backend este perfectă, necesitatea unor mecanisme de releu și bridging poate introduce complexitate pentru utilizatorii finali care nu sunt familiarizați cu peisajul tehnic.

În ciuda acestor obstacole, spațiul zk-rollup se maturizează rapid. Progresele în accelerarea hardware, optimizarea sistemelor de verificare și instrumentele îmbunătățite pentru dezvoltatori fac zk-rollup-urile mai accesibile și mai practice. Mai mult, foaia de parcurs a scalabilității Ethereum include creșterea suportului pentru rollup-uri prin proiecte precum fragmentarea datelor de la Ethereum 2.0, ceea ce va spori și mai mult eficiența și adoptarea acestora.

Pe măsură ce industria continuă să evolueze, se așteaptă ca zk-rollup-urile să servească drept piatră de temelie a infrastructurilor blockchain scalabile, sigure și cu costuri reduse - în special în domenii precum DeFi, jocuri și sisteme de identitate Web3. Echilibrul pe care îl ating între eficiență și securitate le face una dintre cele mai promițătoare inovații în scalabilitatea blockchain.