ZK-Rollup ها (Zero-Knowledge Rollups) راه‌حل‌های لایه دومی برای اتریوم هستند که با استفاده از رمزنگاری پیشرفته به نام رول آپ دانش صفر Zero-Knowledge Proof (ZKP)، صدها یا هزاران تراکنش را خارج از زنجیره پردازش و صحت آن‌ها را به صورت رمزنگاری ثابت می‌کنند. این اثبات فشرده سپس به لایه اصلی اتریوم ارسال می‌شود. برای آن که بدانید، zk-Rollups چیست، تا انتهای این بخش با مجله کبرین همراه باشید.
معضل مقیاس‌پذیری در اتریوم؛ چرا از لایه ۲ کمک می‌گیریم؟
اتریوم با چالش‌های مقیاس‌پذیری جدی مانند سرعت پایین تراکنش‌ها (حدود ۱۵-۳۰ TPS) و کارمزدهای بالای گس مواجه است. این محدودیت‌ها مانع از پذیرش گسترده آن برای برنامه‌های غیرمتمرکز (dApps) می‌شود. برای رفع این مشکلات بدون به خطر انداختن امنیت و تمرکززدایی، به راهکارهای لایه ۲ مانند ZK-Rollups نیاز داریم که با پردازش تراکنش‌ها خارج از زنجیره، بار را از لایه Ethereum Layer 1۱ کاهش می‌دهند.
آشنایی سریع با گواه اثبات دانش صفر (Zero-Knowledge Proof)
گواه اثبات دانش صفر (Zero-Knowledge Proof – ZKP) یک مفهوم رمزنگاری انقلابی است که به یک طرف اثبات‌کننده یا Prover اجازه می‌دهد تا صحت یک ادعا را به طرف دیگر تأییدکننده یا Verifier ثابت کند، بدون اینکه هیچ اطلاعات اضافی فراتر از خود صحت ادعا را فاش کند. به عبارت دیگر، تأییدکننده متوجه می‌شود که ادعا درست است، اما نمی‌فهمد چرا یا چگونه اینگونه است. این فناوری پایه و اساس ZK-Rollups و بسیاری از راه‌حل‌های حفظ حریم خصوصی در بلاکچین است.
zk-SNARK و zk-STARK؛ دو خانواده اصلی ZKP
zk-SNARKs اثبات‌هایی بسیار فشرده و کارآمد با زمان تأیید سریع بوده، اما نیازمند یک Trusted Setup راه‌اندازی قابل اعتماد اولیه هستند که می‌تواند یک نقطه ضعف امنیتی باشد. در مقابل، zk-STARKs نیازی به این راه‌اندازی ندارند و شفاف هستند، همچنین مقیاس‌پذیری بهتری دارند اما اثبات‌های بزرگ‌تری تولید می‌کنند.
مفهوم NIZK و تاریخچه از ۱۹۸۵ تا امروز
مفهوم اثبات دانش صفر در سال ۱۹۸۵ معرفی شد و در ابتدا بیشتر به صورت تعاملی بود. اما برای کاربردهای بلاکچین، نیاز به اثبات‌های غیرتعاملی (NIZK) بود؛ به این معنی که یک اثبات واحد بدون نیاز به تعامل بیشتر تولید شود. توسعه NIZKها، به‌ویژه با ظهور zk- zk-SNARK و zk-STARK، این فناوری را از یک مفهوم نظری به ابزاری عملی برای مقیاس‌پذیری و حریم خصوصی در بلاکچین تبدیل کرد.
zk-Rollups چگونه کار می‌کند؟
در این بخش می‌خواهیم بدانیم، zk-Rollups چیست و چگونه کار می‌کند. ZK-Rollupها از پیچیدگی رمزنگاری برای دستیابی به مقیاس‌پذیری بالا و امنیت قوی بهره می‌برند. عملکرد آن‌ها حول محور پردازش خارج از زنجیره و تأیید صحت با اثبات دانش صفر می‌چرخد.
جریان یک تراکنش از کاربر تا ثبت در زنجیره اصلی
در ZK-Rollup، کاربر تراکنش را به لایه ۲ ارسال می‌کند. Sequencer (ترتیب‌دهنده) این تراکنش‌ها را جمع‌آوری، دسته‌بندی و خارج از زنجیره پردازش می‌کند. سپس، Prover (اثبات‌کننده) یک اثبات دانش صفر رمزنگاری‌شده (ZKP) برای تأیید صحت کل دسته تراکنش‌ها تولید کرده و همراه با داده‌های فشرده تراکنش، آن را به قرارداد هوشمند ZK-Rollup در لایه ۱ ارسال می‌کند.
نقش Sequencer، Prover و Verifier Contract در امنیت سیستم
Sequencer تراکنش‌ها را مدیریت و پردازش اولیه را انجام می‌دهد. Prover وظیفه حیاتی تولید ZKP را بر عهده دارد که صحت محاسبات Sequencer را بدون افشای جزئیات تأیید می‌کند. در نهایت، Verifier Contract (قرارداد تأییدکننده) روی اتریوم (لایه ۱) تنها وظیفه بسیار سبک تأیید این ZKP را دارد؛ اگر اثبات معتبر باشد، تراکنش‌ها نهایی شده و وضعیت Rollup به‌روزرسانی می‌شود، که این مکانیزم امنیت و یکپارچگی داده‌ها را تضمین می‌کند.
امنیت، Data Availability و سازوکار Validity Proof
امنیت در ZK-Rollupها بر پایه Validity-Rollup (گواه اعتبار) استوار است؛ به این معنی که هر دسته از تراکنش‌ها قبل از ثبت در اتریوم، به صورت رمزنگاری اثبات می‌شوند. این اثبات ریاضی، صحت تمام محاسبات را تضمین می‌کند و نیازی به فرض خوش‌بینانه یا دوره چالش نیست. Data Availability در دسترس بودن داده‌ها نیز تضمین می‌شود، زیرا داده‌های فشرده تمامی تراکنش‌ها روی زنجیره اصلی اتریوم منتشر می‌شوند، که امکان بازسازی وضعیت Rollup و تأیید مستقل را برای هر کسی فراهم می‌کند و امنیت را از لایه ۱ به ارث می‌برد.
مزایای zk-Rollup برای کاربر و توسعه‌دهنده
ZK-Rollupها به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردشان، مزایای قابل توجهی را هم برای کاربران نهایی و هم برای توسعه‌دهندگان به ارمغان می‌آورند که آن‌ها را به راه‌حلی قدرتمند برای مقیاس‌پذیری اتریوم تبدیل می‌کند. در ادامه بحث zk-Rollups چیست، به بررسی مزایای این راه حل‌ها می‌پردازیم.
کارمزد پایین، TPS بالا و تسویه تقریباً آنی
ZK-Rollupها با فشرده‌سازی و دسته‌بندی هزاران تراکنش در یک اثبات واحد، کارمزدهای گس را به شدت کاهش می‌دهند. این دسته‌ها خارج از زنجیره پردازش می‌شوند که منجر به توان عملیاتی بسیار بالا (TPS) می‌شود، به طوری که می‌توانند هزاران تراکنش در ثانیه را مدیریت کنند. مهم‌ترین مزیت برای کاربران، تسویه تقریباً آنی تراکنش‌ها است؛ چون صحت هر دسته از تراکنش‌ها به صورت رمزنگاری و قبل از ثبت در لایه ۱ اثبات می‌شود، نیازی به دوره انتظار طولانی مانند Optimistic Rollups نیست. این ویژگی برای برنامه‌هایی که نیاز به سرعت و نقدینگی بالا دارند، مهم است.
حریم خصوصی ذاتی و مقاومت در برابر سانسور
برخی از انواع ZK-Rollupها می‌توانند حریم خصوصی ذاتی را فراهم کنند، به این معنی که جزئیات تراکنش‌ها بدون فاش شدن اطلاعات حساس تأیید می‌شوند. این رولاپ‌ها همچنین به دلیل انتشار تمام داده‌های لازم برای بازسازی وضعیت روی لایه ۱، مقاومت بالایی در برابر سانسور دارند.
چالش‌ها و محدودیت‌های فعلی
با وجود مزایای فراوان، ZK-Rollupها هنوز با چالش‌ها و محدودیت‌هایی روبرو هستند که پذیرش و توسعه گسترده آن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این چالش‌ها عمدتاً فنی بوده و تیم‌های توسعه‌دهنده به طور فعال در حال کار بر روی رفع آن‌ها هستند و عبارتند از:
پیچیدگی فنی، مصرف محاسباتی و تمرکز احتمالی Sequencer
- پیچیدگی فنی بالا: توسعه و پیاده‌سازی ZK-Rollupها به دلیل ماهیت پیچیده رمزنگاری اثبات‌های دانش صفر، نیازمند تخصص فنی بسیار بالایی است. ساخت ابزارهایی که این فرآیند را برای توسعه‌دهندگان ساده‌تر کنند، هنوز در مراحل اولیه است و این پیچیدگی مانعی برای ورود بسیاری از تیم‌ها محسوب می‌شود.
- مصرف محاسباتی زیاد: تولید اثبات‌های دانش صفر به ویژه ZK-SNARKs از نظر محاسباتی بسیار سنگین و پرهزینه است. اگرچه این هزینه بین هزاران تراکنش تقسیم می‌شود و برای کاربر نهایی ناچیز است، اما برای Prover اثبات‌کننده که این اثبات‌ها را تولید می‌کند، نیاز به قدرت محاسباتی قابل توجهی دارد.
- تمرکز احتمالی Sequencer: در بسیاری از پیاده‌سازی‌های اولیه ZK-Rollup، Sequencer گره‌ای که تراکنش‌ها را جمع‌آوری و ترتیب می‌دهد متمرکز است. این تمرکز می‌تواند نگرانی‌هایی در مورد سانسور تراکنش‌ها یا ایجاد یک نقطه شکست مرکزی به وجود آورد. جامعه در حال کار بر روی غیرمتمرکز کردن Sequencerها برای افزایش مقاومت در برابر سانسور است، اما این یک فرآیند پیچیده و زمان‌بر است.
zk-Rollup در برابر Optimistic Rollup، Plasma و Validium
گواه اثبات دانش صفر دسته‌هایی از تراکنش‌ها را خارج از زنجیره پردازش کرده و سپس یک گواه اعتبار رمزنگاری (Validity Proof / ZKP) از صحت آن‌ها تولید می‌کنند. این گواه همراه با خلاصه‌ای از داده‌های فشرده، روی زنجیره اصلی اتریوم ثبت می‌شود که منجر به تسویه آنی و امنیت بسیار بالا می‌شود.
- Optimistic Rollup: Optimistic Rollupها تراکنش‌ها را خارج از زنجیره پردازش می‌کنند و فرض را بر معتبر بودن آن‌ها می‌گذارند. برای اطمینان از صحت، یک دوره چالش وجود دارد که در آن هر کسی می‌تواند با ارائه اثبات تقلب (Fraud Proof)، تراکنش‌های نامعتبر را ابطال کند.
- Plasma: Plasma یک چارچوب برای ساخت زنجیره‌های فرزند (Child Chains) بود که به اتریوم متصل می‌شدند و تراکنش‌ها را خارج از زنجیره پردازش می‌کردند. این راهکار برای تراکنش‌های ساده مقیاس‌پذیر بود، اما در پشتیبانی از قراردادهای هوشمند پیچیده و فرآیند برداشت وجوه با چالش‌های جدی مواجه بود.
- Validium: Validium نیز از گواه‌های دانش صفر (ZKPs) برای تأیید صحت تراکنش‌ها استفاده می‌کند، اما داده‌های تراکنش را خارج از زنجیره نگهداری می‌کند. این موضوع باعث مقیاس‌پذیری فوق‌العاده بالا و کارمزد بسیار پایین‌تر می‌شود، اما نیاز به اعتماد به کمیته‌های دسترسی به داده (Data Availability Committees) برای در دسترس بودن داده‌ها دارد.
مهم‌ترین پروژه‌های لایه ۲ مبتنی بر zk-Rollup
فضای ZK-Rollup به سرعت در حال رشد است و پروژه‌های پیشرو در حال ارائه راه‌حل‌های نوآورانه برای مقیاس‌پذیری اتریوم هستند. هر کدام از این پروژه‌ها، با تمرکز بر ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود، نقش مهمی در شکل‌دهی به آینده وب۳ ایفا می‌کنند:
zkSync Era؛ از پرداخت تا DeFi
zkSync Era یک ZK-Rollup پیشرو است که توسط Matter Labs توسعه یافته و بر پایه ZK-EVM (ZK-Ethereum Virtual Machine) بنا شده است. این پلتفرم قابلیت سازگاری بالایی با EVM دارد و به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا به راحتی قراردادهای هوشمند اتریوم را منتقل کنند. zkSync Era با هدف پشتیبانی از طیف وسیعی از کاربردها، از جمله پرداخت‌های سریع و ارزان تا برنامه‌های پیچیده دیفای (DeFi)، طراحی شده است و به دنبال جذب گسترده کاربران و توسعه‌دهندگان است.
StarkNet و اکوسیستم Cairo
StarkNet یک ZK-Rollup غیرمتمرکز است که توسط StarkWare توسعه یافته و از فناوری zk-STARKs بهره می‌برد. این پلتفرم از زبان برنامه‌نویسی اختصاصی خود به نام Cairo استفاده می‌کند که برای تولید اثبات‌های STARK بهینه شده است و به توسعه‌دهندگان امکان ایجاد برنامه‌های بسیار مقیاس‌پذیر را می‌دهد. اکوسیستم StarkNet با تمرکز بر مقیاس‌پذیری عظیم و انعطاف‌پذیری برای dApps، به سرعت در حال گسترش است و کاربردهای متنوعی از جمله بازی و DeFi را پوشش می‌دهد.
Polygon zkEVM و Hermez؛ قدم به دنیای zkEVM
Polygon zkEVM یک ZK-Rollup قدرتمند بوده که توسط تیم Polygon توسعه یافته است. این پروژه نیز بر مفهوم zkEVM تمرکز دارد و هدفش ارائه یک محیط اجرایی کاملاً سازگار با EVM است که بتواند به طور همزمان مقیاس‌پذیری بالا و امنیت ZK-Proof را فراهم کند. Polygon zkEVM به دنبال جذب توسعه‌دهندگانی است که می‌خواهند برنامه‌های خود را به راحتی و با اطمینان از سازگاری کامل از اتریوم منتقل کنند.
Loopring، Immutable X و Aztec؛ DEX، NFT و حریم خصوصی
- لوپرینگ (Loopring): یک ZK-Rollup متخصص در صرافی‌های غیرمتمرکز (DEXes) و پرداخت‌ها است. Loopring امکان انجام معاملات با سرعت بالا و کارمزد پایین را فراهم می‌کند و به کاربران اجازه می‌دهد تا بدون به خطر انداختن حضانت دارایی‌های خود، به ترید بپردازند.
- ایمیوتبل ایکس (Immutable X): این ZK-Rollup به طور خاص برای توکن‌های غیرقابل تعویض (NFTs) و بازی‌های Web3 بهینه‌سازی شده است. Immutable X امکان مینت (Mint) و ترید NFTها را با کارمزد صفر و تسویه آنی فراهم می‌کند و تجربه کاربری روان‌تری را برای بازیکنان و خالقان NFT به ارمغان می‌آورد.
- آزتک (Aztec): آزتک یک ZK-Rollup با تمرکز بر حریم خصوصی (Privacy) است. این پلتفرم به کاربران اجازه می‌دهد تا تراکنش‌های خصوصی را روی بلاکچین اتریوم انجام دهند، به این معنی که جزئیات فرستنده، گیرنده و مقدار تراکنش پنهان می‌ماند، در حالی که صحت آن با ZKP تأیید می‌شود.
اپلیکیشن‌های ساخته شده روی zk-Rollup (DEX، بازی، NFT)
ZK-Rollupها با ارائه مقیاس‌پذیری و امنیت بالا، نسل جدیدی از برنامه‌های غیرمتمرکز را ممکن ساخته‌اند. این فناوری، پلتفرم‌هایی مانند صرافی‌های غیرمتمرکز (DEX) را قادر می‌سازد تا معاملاتی سریع و با کارمزد پایین ارائه دهند. همچنین، به بازی‌های بلاک‌چینی و NFTها اجازه می‌دهد تا با کاهش هزینه‌ها و تأیید آنی تراکنش‌ها، تجربه کاربری روان‌تر و جذابتری را فراهم کنند.
مسیر پیش رو؛ از zkEVMهای کامل تا پل‌های بین‌زنجیره‌ای
آینده ZK-Rollupها با تمرکز بر توسعه zkEVMهای کاملاً سازگار (Fully zkEVMs) که انتقال برنامه‌های اتریوم را بی‌نقص می‌کنند، رقم خواهد خورد. همزمان، پیشرفت در پل‌های بین‌زنجیره‌ای مبتنی بر ZK (ZK-powered cross-chain bridge)، امکان انتقال امن و کارآمد دارایی‌ها و داده‌ها را بین بلاک‌چین‌های مختلف فراهم می‌کند. این تحولات، اتریوم و اکوسیستم گسترده‌تر بلاکچین را به سمت مقیاس‌پذیری و قابلیت همکاری بی‌سابقه‌ای سوق خواهند داد.
پرسش‌های متداول درباره zk-Rollup
- آیا ZK-Rollupها امن‌تر از Optimistic Rollupها هستند؟ بله، ZK-Rollupها به دلیل استفاده از اثبات‌های ریاضی رمزنگاری، از نظر امنیتی در لحظه نهایی‌تر و قوی‌تر از Optimistic Rollupها هستند.
- آیا برای استفاده از ZK-Rollup باید ETH داشته باشم؟ بله، برای پرداخت کارمزدهای تراکنش و تعامل با قراردادهای هوشمند در ZK-Rollupها معمولاً به ETH یا توکن بومی آن لایه ۲ نیاز دارید.
- ZK-EVM به چه معناست؟ ZK-EVM به معنای یک ماشین مجازی اتریوم (EVM) سازگار است که می‌تواند صحت محاسبات را با استفاده از اثبات دانش صفر (ZKPs) تأیید کند.
جمع‌بندی و چک‌لیست انتخاب بهترین راهکار ZK برای پروژه شما
انتخاب بهترین راهکار ZK (Zero-Knowledge) برای پروژه شما، تصمیمی مهم است که می‌تواند موفقیت یا شکست آن را رقم بزند. با توجه به سرعت پیشرفت در این حوزه، درک تفاوت‌های ظریف بین گزینه‌های موجود و انطباق آن‌ها با نیازهای خاص پروژه مورد نظرتان، اهمیت ویژه‌ای دارد.
چک‌لیست انتخاب راهکار zk-Rollups مناسب پروژه شما عبارت است از:
- سازگاری با ماشین مجازی اتریوم (EVM): بررسی کنید که آیا راهکار ZK انتخابی، سازگاری کاملی با EVM برای انتقال راحت کد شما دارد یا خیر.
- فوریت نهایی شدن تراکنش‌ها (Finality): میزان نیاز پروژه شما به تسویه تقریبا آنی تراکنش‌ها را ارزیابی کنید.
- اهمیت کارمزدها و توان عملیاتی (TPS): اهداف خود را در زمینه کاهش کارمزدها و افزایش سرعت تراکنش‌ها مشخص کنید.
- الزامات حفظ حریم خصوصی: در صورت نیاز به حریم خصوصی تراکنش‌ها، به پروژه‌هایی که بر این جنبه تمرکز دارند، توجه کنید.
- اکوسیستم و ابزارهای توسعه‌دهنده: میزان بلوغ ابزارهای توسعه، مستندات و پشتیبانی جامعه پلتفرم را بسنجید.
- سطح تمرکززدایی و امنیت: میزان تمرکززدایی ترتیب‌دهنده (Sequencer) و اثبات‌کننده (Prover) و برنامه‌های آینده آن‌ها را بررسی کنید.
- مدل کسب‌وکار و اقتصاد توکن: ارزیابی کنید که آیا مدل اقتصادی و توکنومیکس پروژه ZK-Rollup با اهداف مالی پروژه شما همسو است.
- سابقه و تیم توسعه‌دهنده: پیشینه تیم، تجربه آن‌ها در رمزنگاری و امنیت، و حمایت جامعه و سرمایه‌گذاران را ارزیابی کنید.
