Zkrollup چیست؟ نقش رول آپ دانش صفر در مقیاس پذیری اتریوم

وقتی پای رول‌آپ دانش صفر (Zero Knowledge Rollups) یا Zkrollup به میان می‌آید، صحبت از این موضوع است که بلاک چین اتریوم به‌دلیل مشکلات مربوط به مقیاس‌پذیری، یعنی توانایی پردازش و تایید تراکنش‌ها در حجم بالا، با چالش‌هایی مواجه می‌باشد. این مشکلات باعث افزایش کارمزدهای شبکه شده و گاهی زمان طولانی‌تری برای تایید تراکنش‌ها نیاز است.

برای حل این مشکلات، راهکارهایی ارائه شده که به دو دسته تقسیم می‌شوند؛ راهکارهای درون زنجیره‌ای و راهکارهای برون زنجیره‌ای. راهکارهای درون زنجیره‌ای مستقیماً در شبکه بلاک چین اعمال می‌شوند، درحالی‌که راهکارهای برون زنجیره‌ای خارج از شبکه عمل می‌کنند.

یکی از معروف‌ترین راهکارهای برون زنجیره‌ای، رول‌آپ‌های دانش صفر (Zero-Knowledge Rollups) هستند که به بهبود عملکرد اتریوم و افزایش مقیاس‌پذیری آن کمک کرده‌اند. این راهکارها با استفاده از تکنولوژی zkrollup که مخفف Zero Knowledge Rollup است، توانایی انتقال گروهی تراکنش‌ها را به شبکه اضافه می‌کنند. این تکنولوژی از اثبات ریاضی بهره می‌برد که اجازه می‌دهد تا تراکنش‌ها در یک بسته بزرگتر (رول‌آپ) گردآوری شده و سپس به‌صورت خلاصه‌شده و با استفاده از اطلاعات کمتری در شبکه اتریوم تایید شوند.

به عبارت دیگر، zkrollup امکان می‌دهد تا تعداد زیادی از تراکنش‌ها را به‌صورت جمعی و کاملاً امن به یک تراکنش اصلی تبدیل کرده و این تراکنش اصلی با حجم کمتر و هزینه پایین‌تری در شبکه اتریوم تایید شود. این رویکرد امنیتی بالا و کاهش هزینه‌ها را به‌همراه دارد که می‌تواند به بهبود عملکرد کلی شبکه اتریوم کمک کند.

اثبات دانش صفر (Zero-Knowledge Rollups) یا ZKP چیست؟

می‌توانیم این موضوع را این‌طور توضیح دهیم که zkrollup به‌عنوان یک روش نوین برای حل مشکلات مقیاس‌پذیری در بلاک چین اتریوم ظهور کرده‌ است. این تکنولوژی از ترکیب دو فناوری اصلی، یعنی رول‌آپ و دانش صفر، بهره می‌برد.

در فناوری رول‌آپ، تعداد زیادی تراکنش از شبکه اصلی بلاک چین (لایه یک یا شبکه والد) جمع‌آوری شده و به‌صورت یک تراکنش واحد به شبکه فرعی یا لایه دو (شبکه فرزند) ارسال می‌شوند. این عمل باعث کاهش هزینه‌ها خواهد شد؛ زیرا هزینه تراکنش‌ها برای تمام کاربرانی که تراکنش‌هایشان جمع‌آوری شده، به‌صورت یک تراکنش واحد پخش می‌گردد. در مقابل، دانش صفر به روشی اشاره دارد که بدون نیاز به اطلاعات جزئیات دقیق یک تراکنش، پردازش را انجام می‌دهد. این فناوری به‌طور معمول برای حفظ حریم خصوصی مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما در مورد zkrollups، با ترکیب آن با رول‌آپ، این دو فناوری یکپارچه شده و به‌شکلی کارآمد مورد بهره‌برداری قرار گرفته است.

رول‌آپ‌ها به‌طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند؛ خوشبینانه (Optimistic Rollups) و دانش صفر (Zero Knowledge). هر دوی این روش‌ها هدف اصلی یعنی افزایش مقیاس‌پذیری را دنبال می‌کنند؛ اما رویکردهای متفاوتی را برای پردازش داده دارند. ترکیب هوشمند این دو فناوری در zkrollups امکان فشرده‌سازی تراکنش‌ها و افزایش کارایی را فراهم می‌کند، همچنین امنیت و حفظ حریم خصوصی را نیز تضمین خواهد کرد.

zkSync یک پروتکل لایه دوم برای اتریوم و اولین پروژه در zkrollups است که از زیرساخت تکنولوژی zkrollup استفاده می‌کند. هدف اصلی آن، افزایش مقیاس‌پذیری و سرعت در شبکه اتریوم است. با استفاده از اثبات‌های دانش صفر، zkSync به تراکنش‌ها اجازه می‌دهد تا بدون نیاز به اطلاعات و داده‌های اصلی تأیید شوند؛ یعنی تراکنش‌ها در خود بلاک چین اتریوم ثبت نخواهند شد، بلکه به‌صورت جداگانه و خارج از زنجیره در یک ساختار داده‌ای به نام «درخت مرکل» ثبت می‌شوند.

یکی از ویژگی‌های برجسته zkSync، امکان انجام انتقال‌هایی است که به کاربران اجازه می‌دهند تا تراکنش‌ها را بدون انتظار برای تایید، در بلاک چین، ارسال و دریافت کنند. این امر باعث کاهش چشمگیر زمان تراکنش می‌شود و این امکان را فراهم می‌کند تا تراکنش‌های بزرگ‌تر نیز به‌راحتی انجام گیرند.

به‌علاوه، zkSync از فناوری‌ها و سیستم‌های مختلفی استفاده می‌کند؛ از جمله تجمیع امضا که به تراکنش‌ها این امکان را می‌دهد تا چندین امضا به یک امضای واحد تبدیل شوند. همچنین، این دانش پشتیبانی از چندین زنجیره را فراهم کرده که به zkSync این امکان را می‌دهد تا با سایر بلاک چین‌ها تعامل داشته باشد و این ویژگی‌ها به افزایش مقیاس‌پذیری و امنیت کمک می‌کنند.

اثبات دانش صفر (ZKP) چگونه کار می‌کند؟

برای درک نحوه عملکرد دانش صفر یا Zkrollup بیایید فرایند را به دو قسمت تقسیم کنیم؛ یعنی زیرساخت اصلی و فرایند اجرای آن. بخش اول شامل قطعات متحرکی می‌شود که Zkrollup را تشکیل می‌دهند؛ درحالی‌که بخش دوم مسیر Rollup برای مقیاس‌پذیری Ethereum است.

زیرساخت اصلی

زیرساخت اصلی Zkrollup دارای دو بخش است؛ قراردادهای زنجیره‌ای و ماشین مجازی آفلاین.

• قراردادهای زنجیره‌ای: Zkrollup توسط قراردادهای هوشمند اجراشده در Ethereum، اداره می‌شوند. قرارداد اصلی بلوک‌های Rollup، سپرده‌ها را ردیابی کرده و به‌روزرسانی‌های وضعیت را از طریق Zkrollup کنترل می‌کند. قرارداد دیگری برای اعتبارسنجی شواهد دانش صفر ارسال شده و توسط تولیدکنندگان بلوک استفاده می‌شود.

• ماشین مجازی آفلاین: این موتور اجرای آفلاین Zkrollup است که مسئول محاسبه و ذخیره معاملات و وضعیت زنجیره است. Rollups از ZKPs برای کمک به قراردادهای Verifier مبتنی بر Ethereum برای تأیید صحت و مشروعیت کلیه محاسبات در این ماشین مجازی آفلاین استفاده می‌کنند.

فرایند اجرای آن

فرایند اجرای Rollups دانش صفر را می‌توان به سه قسمت تقسیم کرد؛ چیدمان، تولید اثبات و تأیید اثبات.

• چیدمان: مانند اپراتورهای گره در اتریوم، L2ها دارای ترتیب‌دهنده‌هایی هستند که معاملات را اجرا کرده و آنها را به چند دسته تبدیل می‌کنند. همچنین، آن‌ها ترتیب‌دهنده‌ها را به قرارداد Rollup دانش صفر ارسال خواهند کرد. این فرایند چیدمان نامیده می‌شود.

• تولید اثبات: اپراتورهای Rollup دانش صفر شواهدی تولید می‌کنند که صحت معاملات دسته‌بندی‌شده را مورد تأیید قرار می‌دهند.

• تأیید اثبات: مکانیزم‌های اعتبارسنجی، به نام zk SNARKs یا zk STARKs برای تأیید صحت شواهد Zkrollup ارسال‌شده در زنجیره استفاده می‌شوند. اثبات باید یک توالی از معاملات معتبر، از ریشه وضعیت قبلی L1 به ریشه وضعیت پس از Rollup دانش صفر را اثبات کند.

مزایا و معایب اثبات دانش صفر (ZKP) چیست؟

الگوریتم Rollup دانش صفر یا Zkrollup بدون شک یکی از راه‌حل‌های جذاب و پیشرفته برای مقیاس‌پذیری و بهبود عملکرد بلاک چین اتریوم است؛ اما همانطور که هر روشی دارای مزایا و معایب خاص خود می‌باشد، رول‌آپ‌های دانش صفر نیز از این قضیه مستثنا نیستند. مزایای رول‌آپ دانش صفر

مزایای Zkrollup عبارتند از:

• امنیت بالا: مکانیزم اثبات اعتبار (Validating Mechanism) در ZKRollups، با امضای داده‌ها و نظارت بر تراکنش‌های خارج از زنجیره، از اعمال تغییرات اشتباه و تغییرات ناخواسته توسط گره‌ها جلوگیری می‌کند. همچنین قراردادهای هوشمند در لایه‌ یک اتریوم این تغییرات را تایید کرده و امنیت را تضمین خواهند کرد.

• بدون نیاز به اعتماد: این روش بی‌نیاز به اعتماد است؛ به این معنا که اعتماد به صداقت اپراتورها لازم نیست و به‌جای آن، سازوکار امنیتی به‌وسیله‌ی اثبات ریاضی ارائه می‌شود.

• تراکنش‌های سریع: به‌دلیل هماهنگی بین لایه یک و لایه دوم، تراکنش‌ها به‌صورت فوری و سریع نهایی خواهند شد، که به کاربران اجازه می‌دهد تا به‌سرعت دارایی‌های خود را در شبکه اتریوم جابجا کنند.

• کاهش هزینه‌ها: فشرده‌سازی داده‌ها منجر به کاهش هزینه‌های انتشار داده از بستر لایه یک می‌شود و در نتیجه کارمزد کمتری از کاربران درخواست می‌گردد.

معایب رول‌آپ دانش صفر

معایب Zkrollup عبارتند از:

• پیچیدگی: نحوه پردازش داده در رول‌آپ‌های دانش صفر نسبتاً پیچیده است و برای اجرای این راهکار، نیاز به تیم‌های حرفه‌ای و قوی دارید.

• نیاز به ماشین مجازی متفاوت: ماشین مجازی اتریوم (EVM) قابلیت اجرای الگوریتم‌های دانش صفر را ندارد، بنابراین نیاز به ماشین مجازی دیگری با قابلیت اجرای این الگوریتم‌ها وجود داشته که می‌تواند از نظر سخت‌افزاری پرهزینه باشد.

• پیچیدگی اجرایی و هزینه‌های پردازشی: با وجود کاهش هزینه‌های انتشار داده، پردازش با این روش به توان عملیاتی بالایی نیاز دارد که ممکن است باعث افزایش هزینه‌های پردازشی و در نتیجه عدم توانایی در کاهش کارمزد تراکنش‌ها شود.

رول‌آپ‌های دانش صفر بدون شک یکی از روش‌های جذاب و با امنیت بالا برای مقیاس‌پذیری و کاهش هزینه‌ها در بلاک چین اتریوم است؛ اما همچنین نیاز به مدیریت و پیاده‌سازی دقیق و مراقبت‌های بسیاری دارد تا بتواند به نحو مطلوب عمل کند.

اثبات دانش صفر (ZKP) چگونه با اتریوم تعامل دارد؟

Zkrollup یک فناوری رمزنگاری است که به طرفین اجازه می‌دهد تا بدون افشای اطلاعات محرمانه، صحت یک ادعا را به یکدیگر ثابت کنند. ZKPها می‌توانند برای طیف گسترده‌ای از کاربردها استفاده شوند؛ از جمله مقیاس‌پذیری بلاک چین.

در اتریوم، Zkrollupها برای مقیاس‌بندی Rollups کاربرد دارند. Rollups نوعی راه‌حل مقیاس‌پذیری لایه‌ی دوم هستند که معاملات را خارج از زنجیره اصلی پردازش کرده و سپس نتیجه را به زنجیره اصلی منتقل می‌کنند. ZKPها به Rollups اجازه می‌دهند تا معاملات را سریع‌تر و با هزینه کمتری از آنچه که در زنجیره اصلی امکان‌پذیر است، پردازش کنند. در اینجا نحوه تعامل ZKPها با اتریوم در Rollups آورده شده:

• پردازش معاملات خارج از زنجیره: معاملات در Rollups خارج از زنجیره اصلی پردازش می‌شوند. این امر به Rollups اجازه می‌دهد تا از منابع محاسباتی زنجیره اصلی Ethereum استفاده نکنند.

• تولید اثبات: پس از پردازش معاملات، Rollups یک اثبات تولید می‌کنند که صحت آنها را مورد تأیید قرار می‌دهد. این اثبات شامل یک فرمول ریاضی است که نشان‌دهنده مطابقت با قوانین اتریوم می‌باشد.

• تأیید اثبات در زنجیره اصلی: اثبات تولیدشده توسط Rollup به زنجیره اصلی Ethereum منتقل می‌شود. قراردادهای زنجیره اصلی اثبات را بررسی می‌کنند و اگر معتبر باشد، نتیجه معاملات را به زنجیره اصلی ثبت خواهند کرد.

Zkrollupها یک فناوری امیدوارکننده هستند که می‌توانند مقیاس‌پذیری بلاک چین را به‌طور قابل توجهی افزایش دهند. آنها پتانسیل این را دارند که طیف گسترده‌ای از کاربردها را در اتریوم و سایر شبکه‌های بلاک چین ممکن سازند.

تفاوت اثبات دانش صفر (ZKP) با Optimistic Rollup چیست؟

Optimistic Rollup و رول‌آپ‌های دانش‌صفر هر دو از مدل‌های رول‌آپ برای بهبود مقیاس‌پذیری بلاک چین استفاده می‌کنند؛ اما دارای تفاوت‌های مهمی در نحوه پردازش داده‌ها هستند.

در Optimistic Rollup، تراکنش‌ها تجمیع شده و به‌عنوان یک تراکنش به لایه‌ی دوم منتقل می‌شوند. این روش به این دلیل خوش‌بینانه نامیده شده که پیش‌فرض برای تراکنش‌ها این است که آن‌ها صحیح هستند؛ اما در یک بازه زمانی به نام "Challenge period"، این تراکنش‌ها با استفاده از مکانیزم اثبات فریب (Fraud proof) به چالش کشیده می‌شوند تا از صحت و درستی آن‌ها اطمینان حاصل کنیم و جلوی هرگونه تخلف را بگیریم.

در رول‌آپ‌های دانش ‌صفر یا Zero Knowledge Rollups، مکانیزم اثبات اعتبار (Validity proof) به کار می‌رود. در این روش، یک خلاصه از داده‌ها (بخشی که الگوریتم‌های دانش‌صفر نیاز دارند) تجمیع می‌شود. در این حالت، تنها بخشی از تراکنش (که به عنوان "مدرک اعتبار" شناخته شده) برای نهایی کردن تراکنش لازم است و نیازی به استفاده از کل داده‌های تراکنش نیست. این کار به فشرده‌سازی داده‌ها و کاهش هزینه‌های مربوط به calldata کمک می‌کند.

در مجموع، رول‌آپ‌های دانش‌صفر با فشرده‌سازی داده‌ها و تمرکز بر مدرک اعتبار، امکان اجرای الگوریتم‌های پیچیده‌تر را دارند و به کاهش هزینه‌ها و افزایش مقیاس‌پذیری کمک می‌کنند؛ درحالی‌که Optimistic Rollup با به چالش کشیدن تراکنش‌ها در بازه زمانی معین، تأکید بر صحت و درستی تراکنش‌ها دارد.

سخن پایانی

الگوریتم‌های رول‌آپ‌های دانش صفر و خوش‌بینانه هر دو جهت بهبود عملکرد بلاک چین، به‌خصوص اتریوم، کاربرد دارند. در رول‌آپ‌های خوش‌بینانه، تراکنش‌ها به لایه دوم منتقل می‌شوند و با به چالش کشیدن در یک بازه زمانی، صحت و درستی آن‌ها بررسی خواهد شد؛ اما در رول‌آپ‌های دانش صفر، فقط بخشی از تراکنش (مدرک اعتبار) لازم است و نیازی به استفاده از کل داده تراکنش نیست. این کاهش داده‌ها و تمرکز بر مدرک اعتبار به کاهش هزینه‌ها کمک می‌کند. همه‌ی این‌ها با هدف افزایش امنیت، بالا رفتن سرعت و کاهش هزینه فرایند انتقال دارایی‌ها و اطلاعات در شبکه بلاک چین اتریوم صورت می‌گیرند.