Validity Rollups: Найкраще рішення для масштабування Ethereum?

Validity Rollups (VRs), також відомі як zk-rollups, вважаються найбільш перспективним рішенням для підвищення пропускної спроможності Ethereum безпечно та децентралізовано. Основою цього рішення з масштабування є використання доказів дійсності для верифікованих обчислень. Його принцип роботи є таким:

Оператори переміщують виконання транзакцій у поза-ланцюгове середовище ( другого рівня ) для обробки. Після обробки великої кількості транзакцій оператори другого рівня повертають результати для застосування до стану Ethereum, одночасно надаючи доказ дійсності для перевірки цілісності поза-ланцюгового виконання. Цей доказ забезпечує, що всі транзакції в партії є дійсними та автоматично перевіряються контрактом валідаторів на ланцюзі. Це дозволяє Ethereum застосовувати результати до свого стану.

Слід зауважити, що Validity Rollups часто неправильно називають нульовими знаннями, але це не зовсім точно. Більшість Validity Rollup не використовує ZKP і не призначені для забезпечення конфіденційності. Тому термін "Validity Rollup" є більш точним.

Зовнішня віртуальна машина

Віртуальна машина ( VM ) – це середовище, в якому можна виконувати програми, подібно до запуску операційної системи Windows на Mac. Вона переходить між станами після виконання обчислень над певними вхідними даними. Ethereum віртуальна машина ( EVM ) – це VM для виконання смарт-контрактів Ethereum.

Нульові знання віртуальна машина ( zkVM ) є середовищем виконання програм, яке може генерувати легкі для перевірки докази дійсності, щоб підтвердити, що програма була виконана правильно. "zkEVM" зазвичай посилається на використання Ethereum Virtual Machine ( EVM ) та можливість підтвердження підсумків виконання EVM. Цей термін може бути оманливим, оскільки сама EVM не генерує ці докази; натомість, докази генеруються окремим механізмом доказів, який бере за основу результати виконання EVM. Крім того, ці докази зосереджені на дійсності, а не на конфіденційності, тому вони не є повними доказами нульових знань.

Хоча всі Validity Rollups мають на меті використання доказів ефективності для розширення Ethereum, вони різняться у виборі VM для виконання транзакцій поза ланцюгом. Багато Validity Rollups обирають копіювати дизайн EVM (, тому їх називають "zkEVM rollups" ), намагаючись відтворити Ethereum на L2 rollup. Інший варіант використовує спеціально розроблену нову VM - Cairo VM (CVM), яка має на меті оптимізувати ефективність доказів ефективності.

Ці два методи мають свої переваги та недоліки, але zkEVM обирає продуктивність в обмін на сумісність з Ethereum, тоді як Cairo VM ставить продуктивність вище сумісності, надаючи пріоритет можливостям масштабування.

Метод zkEVM

zkEVM має на меті повністю перенести досвід Ethereum на Layer-2 блокчейни. Його мета – відтворити середовище розробки Ethereum як агрегат. Завдяки zkEVM, розробники можуть писати смарт-контракти або переносити смарт-контракти на більш масштабовані рішення без необхідності змінювати код або відмовлятися від своїх EVM інструментів ( та смарт-контрактів ).

Одним із головних недоліків цього методу є зменшення потенціалу розширення доказів ефективності. Оскільки zkEVM прагне бути сумісним з Ethereum, він працює повільніше та є більш ресурсомістким. На відміну від CVM, EVM не був спроектований з урахуванням ефективності доказів. Це обмежує використання оптимізацій, які можуть підвищити ефективність та масштабованість, врешті-решт впливаючи на загальну продуктивність системи.

Виклики доказовості EVM

Основні виклики методу zkEVM виникають з початкового дизайну EVM - він не був розроблений для роботи в середовищі доказів ефективності. Отже, зусилля, що відображають його функціональність, не можуть повною мірою реалізувати потенціал доказів ефективності, що призводить до неефективності. Ця неефективність в кінцевому підсумку вплине на загальну продуктивність системи. Сумісність EVM з доказами ефективності обмежується такими факторами:

1. EVM використовує стекову модель, тоді як доказ ефективності більше підходить для регістрової моделі. Стекова природа EVM ускладнює доведення правильності її виконання, а також ускладнює надання прямої підтримки для її рідних інструментів.

2. Зберігання Ethereum серйозно залежить від Keccak та великого дерева Меркле Патріції, які обидва не сприяють доказу ефективності і збільшують велику кількість витрат на докази. Наприклад, Keccak швидко працює на архітектурі x86, але потребує 90k кроків для доказу. На відміну від цього, дружня до zk функція хешування Педерсена потребує лише 32 кроки. Навіть при використанні рекурсивного стиснення, використання Keccak в zkEVM означає, що користувачам потрібно нести великі витрати на ресурси доказувачів.

Отже, різні рішення zkEVM надають різні рівні підтримки інструментам Ethereum - чим вища сумісність zkEVM з Ethereum, тим гірша продуктивність.

Методи Cairo-VM

На відміну від zkEVM, яка витратила багато часу на розробку, щоб "пристосувати EVM до Validity Rollups", Cairo-VM застосовує абсолютно новий спеціалізований дизайн віртуальної машини та додає підтримку інструментів Ethereum як додатковий рівень. Це підхід, який використовується Starknet, безліцензійним Validity Rollup, запущеним у листопаді 2021 року. Starknet є першим Validity Rollup, який пропонує універсальну платформу смарт-контрактів на повністю комбінованій мережі.

Starknet використовує Cairo-VM (CVM), це мова високого рівня з однаковою назвою. Cairo-VM спеціально розроблений для ефективного створення доказів дійсності виконання програм.

Використовуючи віртуальну машину та мову Cairo(, ми отримали:

1. Оптимізований доказ ефективності - кожна команда має дійсне алгебраїчне подання
2. Для написання програм, що можуть бути доведені, використовується мова, подібна до Rust
3. Проміжне представлення між розширеним Cairo та інструкціями компілятора Cairo )VM (, що дозволяє ефективно виконувати код Cairo.

Розробка нової мови може бути адаптована відповідно до конкретних вимог і забезпечена функціями, які раніше не були задоволені.

Cairo та кодування різноманітності

Мова Cairo спочатку була розроблена для спрощення процесу генерації доказів справедливості та для полегшення додавання функцій і складної бізнес-логіки до StarkEx. Програми Cairo компілюються в алгебраційний машинний код - цифрову послідовність - що виконується фіксованою VM. Завдяки Cairo складність генерації математичних обмежень, що описують обчислення, абстрагується, і фіксованим набором обмежень ) в загальному менше 50 обмежень ( захоплюється. Таким чином, розробники можуть використовувати докази справедливості для розширення своїх програм, не розуміючи основну математику та інфраструктуру, а просто використовуючи знайому їм синтаксис для написання коду.

Starknet зосереджується на інноваціях, що проявляється в його різноманітних кодових підходах. Cairo використовує STARKs для досягнення найкращих можливостей масштабування, які не обмежуються лише тими, хто безпосередньо пише контракти на Cairo. Розробники можуть вибрати найбільш підходящий для них підхід:

1. Пряме написання коду в Cairo: з випуском Cairo 1.0, розробники тепер можуть використовувати ергономічну та безпечну мову, схожу на Rust, що робить написання логіки програм більш легким і менш схильним до помилок.

2. Сумісність з Solidity: Розробники Solidity можуть писати код, який може використовуватися Cairo VM. Цей підхід забезпечує досвід розробки, подібний до Ethereum, і дозволяє переносити смарт-контракти Solidity на Starknet. Є два способи реалізації:

   • Трансляція: перетворення вихідного коду однієї мови програмування в іншу. Одна команда створила транслятор Warp для перетворення коду Solidity в Cairo. Warp робить смарт-контракти Solidity портативними на Starknet, ефективно перетворюючи їх на Type 4 zkEVM. Він вже використовувався для трансляції та розгортання певного контракту DEX, потребуючи лише незначних змін.

   • zkEVM на Starknet: Cairo VM може бути використаний для підтвердження виконання іншого VM. Kakarot - це zkEVM, написаний на Cairo, який може бути використаний для запуску смарт-контрактів Ethereum на Starknet. Cairo VM та zkEVM не є конкурентними рішеннями, ми можемо мати одночасно і Cairo VM, і zkEVM!

Несмотря на короткий период времени, Cairo став популярною мовою смарт-контрактів з четвертим місцем у рейтингу TVL і вже отримав понад 350 мільйонів доларів фінансування.

Підсумок

zkEVM має на меті відтворити середовище Ethereum у вигляді rollup і дозволити розробникам використовувати знайомі інструменти Ethereum. Однак, цей підхід обмежує весь потенціал доказів ефективності і може бути ресурсомістким.

Cairo VM спеціально розроблено для систем доказу ефективності, не підпорядковуючись обмеженням EVM. Воно підтримується новою, безпечною та ергономічною мовою програмування класу Rust Cairo 1.0, що створює потужний інструмент, спрямований на досягнення максимальної ефективності масштабування Ethereum за допомогою використання STARK доказів.

Постійний прогрес Cairo, а також зростання різноманітних варіантів розробки, таких як Kakarot zkEVM і Warp, надихає. Оскільки застосування на основі Cairo переходять у виробничу стадію, демонструючи потужні можливості Cairo, можна вірити, що він буде використовуватися в майбутньому для більш амбіційних проектів.

Завдяки різним шляхам розширення STARK, а також іншим шляхам, які обов'язково з'являться протягом наступних кількох місяців, розробники тепер мають безпрецедентну контрольованість над масштабуванням блокчейну.

![Чому вважається, що Validity Rollups є найперспективнішим способом масштабування Ethereum?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-12eef6e2fc5e11f187106bdd011fd720.webp(