Zero-Knowledge Proofs สามารถแก้ปัญหาประสิทธิภาพของ Ethereum ได้อย่างไร

ชื่อเรื่องรอง

หลายคนชอบใช้แบบจำลอง "สามเหลี่ยมที่เป็นไปไม่ได้" เพื่อหารือเกี่ยวกับปัญหาการออกแบบที่ระบบต้องเผชิญ blockchain ก็เช่นกัน คุณต้องเคยได้ยินสามเหลี่ยมหรือไตรเลมม่าที่เป็นไปไม่ได้เกี่ยวกับความปลอดภัย การกระจายอำนาจ และประสิทธิภาพ

ในคำพูดที่ได้รับความนิยมอย่างมากนี้ "ประสิทธิภาพ" คือสิ่งที่เรามักเรียกว่า "ประสิทธิภาพ" เรียกอีกอย่างว่า "ความสามารถในการปรับขนาด" หรือ Scalability ถือได้ว่า Ethereum และ Bitcoin ให้ความสำคัญกับจุดสองจุดคือ "ความปลอดภัย" และ "การกระจายอำนาจ" ในการออกแบบ ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะไม่ "มีประสิทธิภาพ" มากนัก

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Ethereum ในฐานะแพลตฟอร์มบล็อกเชนที่มีนักพัฒนาและแอปพลิเคชั่นมากที่สุด ผู้คนจำนวนมากขึ้นพยายามพัฒนาแอปพลิเคชั่นที่สนุกและมีประโยชน์บนมัน แต่การสนับสนุนด้านประสิทธิภาพที่แพลตฟอร์มสามารถให้ได้นั้นมีข้อจำกัดอย่างมาก ดังนั้นทุกคนจึงตะโกนออกมาอย่างสูง "Ethereum ต้องขยายตัว"! ! !

ชื่อเรื่องรอง

ความจริงแล้ววิธีการทะลุนั้นไม่ยากเพียงแต่ต้องเสียสละอีกสองจุดในสามเหลี่ยมที่เป็นไปไม่ได้

แต่คนส่วนใหญ่อาจยังรู้สึกว่าไม่สามารถละทิ้ง "ความปลอดภัย" และ "การกระจายอำนาจ" ได้ และพวกเขาเลือกที่จะอยู่ใน Ethereum ต่อไป สิ่งนี้นำไปสู่ ​​​​"Ethereum Killers" ถูกทิ้งร้างและรกร้างและน่าสังเวชและไม่มีใครสนใจพวกเขา ไม่มีรถบนถนนที่สามารถขับเครื่องบินได้และไม่มีที่ว่างสำหรับ "ข้อดี" ของประสิทธิภาพที่จะแสดง

ชื่อเรื่องรอง

ปัจจุบัน Ethereum มีประสิทธิภาพจำกัดมาก สำหรับผู้ใช้บล็อกเชนทั่วไป ค่าธรรมเนียมการจัดการและเวลายืนยันธุรกรรมจะเป็นตัวกำหนดประสบการณ์ของผู้ใช้เป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ประสบการณ์การใช้ Ethereum ในปัจจุบันมีความผันผวนอย่างมาก ตัวอย่างเช่น เมื่อเครือข่ายทั้งหมดไม่ได้ใช้งาน ก็เหมือนความเร็วสูงในช่วงที่มีการแพร่ระบาดเมื่อเร็วๆ นี้ และเมื่อมีความแออัด ก็เหมือนแหล่งท่องเที่ยวในช่วงสัปดาห์ทองวันชาติ

จากมุมมองของพารามิเตอร์ประสิทธิภาพ TPS ความเร็วในการประมวลผลของธุรกรรม Visa ของบัตรเครดิตระหว่างประเทศคืออย่างน้อย 2,000 ธุรกรรมต่อวินาที ในขณะที่ Ethereum ไม่เกิน 30 ธุรกรรมต่อวินาที ค่านี้สามารถพูดได้ว่าดีกว่าธุรกรรม 7 รายการเท่านั้น ต่อวินาทีของพี่ใหญ่ Bitcoin

นอกจากนี้ ค่าใช้จ่ายในการทำให้เกิดความแออัดบนเครือข่าย Ethereum นั้นต่ำมาก

ชื่อเรื่องรอง

สถานะประสิทธิภาพที่น่าอับอายของ Ethereum ทำให้ทีมพัฒนาหลักและชุมชนได้สำรวจโซลูชันการขยายต่างๆ ดังนั้นทุกคนมักจะได้ยินคำศัพท์แฟนซีหลายชุด: Sharding, ช่องทางการชำระเงิน, ช่องทางของรัฐ, Plasma, Truebit, ZK-Rollup, Optimistic Rollup ฯลฯ รวมถึงแนวคิด Layer-2

ชื่อเรื่องรอง

ในทิศทางของการขยายตัว เราไม่จำเป็นต้องให้ความสนใจมากเกินไปกับคุณลักษณะ "ไม่เปิดเผย" ของเทคโนโลยีการพิสูจน์ความรู้ที่ไม่มีศูนย์ ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับการปกป้องความเป็นส่วนตัว เรามุ่งเน้นที่ความสามารถในการ "พิสูจน์"

กล่าวโดยสรุปก็คือ ทรัพยากรบนเครือข่ายหรือแบนด์วิธมีจำกัด และเราจำเป็นต้องโอนย้ายการคำนวณจำนวนมากไปยังเครือข่ายนอกเครือข่าย ดังนั้นเทคโนโลยีจึงเป็นสิ่งจำเป็นในการ "พิสูจน์" ว่าการคำนวณเหล่านี้เกิดขึ้นจริงนอกเครือข่าย

ความรู้พื้นฐานและรายละเอียดทางเทคนิคเพิ่มเติมเกี่ยวกับการพิสูจน์ความรู้ที่ไม่มีศูนย์จะไม่ได้รับการแนะนำที่นี่ โปรดให้ความสนใจกับชุดบทความของ Ambi Lab ของเรา เช่น "ความเข้าใจครั้งแรกของ "ความรู้เป็นศูนย์" และ "การพิสูจน์"". มันอาจจะเปลืองสมองสักหน่อยในการทำความเข้าใจบทพิสูจน์ที่ไม่มีความรู้จริง ๆ แต่มันน่าสนใจจริง ๆ หากคุณสนใจ คุณอาจอยากลองดู

ชื่อเรื่องรอง

เรามาทบทวนคำถามแรกกันในตอนเริ่มต้น เมื่อเราพูดถึงประสิทธิภาพของ blockchain เรายังคงหวังว่ารากฐานทั้งสองของ blockchain ซึ่งก็คือ "ความปลอดภัย" และ "การกระจายอำนาจ" จะได้รับผลกระทบน้อยที่สุด หากมีแผนการขยายสาขาที่ทำได้ก็น่ายกย่องจริงๆ

ZK-Rollup ซึ่งเป็นโซลูชันการขยายแบบสองชั้นที่อิงตามการพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์ สามารถแก้ปัญหาประสิทธิภาพของบล็อกเชนได้จริงๆ โดยไม่ต้องเสียสละจุดสองจุดคือ "ความปลอดภัย" และ "การกระจายอำนาจ"!

นักเรียนที่ไม่คุ้นเคยอาจถามว่า ZK-Rollup คืออะไร โซลูชันที่เป็นตัวแทนสำหรับการขยายการพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์

ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจกันก่อนดีกว่าว่า Rollup คืออะไร

ตามชื่อที่แนะนำ Rollup หมายถึง "ม้วนขึ้น" และ "สรุป" และถือเป็นคำทั่วไปสำหรับโซลูชันการขยายเลเยอร์ 2 คลาสขนาดใหญ่

การรวบรวมหมายถึงการดำเนินการคำนวณที่ซับซ้อนและการบำรุงรักษาสถานะนอกสายโซ่โดยเฉพาะ จากนั้นเรียกข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสถานะผ่านสัญญา โดยใช้ CALLDATA ที่ถูกกว่าเพื่อบันทึกข้อมูลบนสายโซ่ และ "การรวม/สรุป" ธุรกรรมจำนวนมากลงในแพ็คเกจ ในที่สุดการทำธุรกรรมจะเพิ่ม TPS บนพื้นฐานของการรับประกัน "ความพร้อมใช้งานของข้อมูล"

คุณลักษณะทั่วไปของรูปแบบ Rollup คือการเน้นที่ "ความพร้อมใช้งานของข้อมูล" บนห่วงโซ่ กล่าวคือ ใครก็ตามสามารถกู้คืนสถานะส่วนกลางตามข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในห่วงโซ่ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่เกิดจากปัญหาความพร้อมใช้งานของข้อมูล

คุณลักษณะนี้ทำให้ Rollup scheme (data onchain) มีความกระชับและง่ายต่อการใช้งานมากกว่า data offchain scheme เช่น Plasma

แนวคิดของ Layer-2 นั้นดีมากจริง ๆ เพราะแนวคิดการออกแบบของโครงร่างประเภทนี้คือชั้นล่างของ Ethereum แทบจะไม่ต้องการการเปลี่ยนแปลงใด ๆ และชั้นล่างสุดยังคงประมวลผลธุรกรรมตามปกติ ดังนั้นจึงไม่ส่งผลกระทบต่อ ความปลอดภัยของเลเยอร์ล่างสุด ช่วยให้ธุรกรรมขนาดใหญ่ต่างๆ ได้รับการประมวลผลบนเลเยอร์ที่สอง จึงช่วยลดแรงกดดันในห่วงโซ่พื้นฐาน

Plasma เป็นแนวคิดการขยายเลเยอร์ที่สองที่ได้รับความนิยมมากที่สุดของ Ethereum ในช่วงสองปีที่ผ่านมา ชุมชนทั้งหมดได้ใช้พลังงานไปมากในการหารือและนำไปใช้ ชุดของโซลูชันได้รับการพัฒนาในระหว่างกระบวนการ เช่น Plasma MVP, Plasma Cash, พลาสมา เดบิต พลาสมา ไพรม์..... ....

มีวิธีแก้ปัญหาระดับกลางมากมายในตระกูล Plasma ซึ่งทั้งหมดมีความเป็นไปได้ในทางทฤษฎี แต่ไม่สามารถดำเนินการได้เป็นเวลานาน เหตุผลหลักสำหรับสิ่งนี้คือโซลูชันต่างๆ ของ Plasma ไม่รับประกัน "ความพร้อมใช้งานของข้อมูล" ซึ่งทำให้โปรโตคอลซับซ้อนขึ้น ใช้งานยาก และใช้งานไม่ได้มาก

โครงการ ZK-Rollup เกิดขึ้นในช่วงครึ่งหลังของปี 2018 และเสนอโดย Barry Whitehat และ Vitalik ตามลำดับ

กุญแจสำคัญอยู่ใน ZK (Zero Knowledge) การเปลี่ยนแปลงสถานะทุกครั้งจำเป็นต้องแสดงหลักฐานที่ไม่มีความรู้ซึ่งได้รับการตรวจสอบโดยสัญญาบนเครือข่ายหลัก สถานะ จะเปลี่ยนสถานะได้ก็ต่อเมื่อผ่านการตรวจสอบแล้วเท่านั้น นั่นคือ การเปลี่ยนสถานะแต่ละครั้งขึ้นอยู่กับหลักฐานการเข้ารหัสอย่างเคร่งครัด

รูปแบบ ZK-Rollup ใช้ zkSNARK ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการพิสูจน์ความรู้แบบ Zero-knowledge ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบัน เพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลถูกต้องในขณะที่บีบอัดจำนวนการคำนวณในห่วงโซ่

Merkle Tree ใช้เพื่อจัดเก็บสถานะบัญชี และสัญญาจะบันทึกเฉพาะ Merkle Root เท่านั้น Operator (ตัวดำเนินการ) รวบรวมธุรกรรมของผู้ใช้ บรรจุธุรกรรมเหล่านี้เป็นชุด และสร้างใบรับรอง zkSNARK ซึ่งจะพิสูจน์ความถูกต้องของธุรกรรมโดยเฉพาะ (เช่น การตรวจสอบลายเซ็น) และ Merkle Root ในสถานะก่อนหน้าและต่อไปนี้

ผู้ดำเนินการส่ง Merkle Root พร้อมกับข้อมูลธุรกรรมแต่ละรายการและหลักฐาน zkSNARK ไปยังสัญญา และสถานะใหม่จะถูกเขียนขึ้นหลังจากที่สัญญาได้รับการตรวจสอบแล้วเท่านั้น

เนื่องจากขั้นตอนการคำนวณของธุรกรรมทั้งหมดไม่จำเป็นต้องดำเนินการในสัญญา จึงไม่จำเป็นต้องเขียนสถานะจำนวนมากในการจัดเก็บสัญญา และขนาดการพิสูจน์ zkSNARK (เล็ก) และเวลาการตรวจสอบ (เร็วมาก) จะคงที่ และไม่เป็นไปตามจำนวนธุรกรรมที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น ZK-Rollup จึงสามารถปรับปรุง TPS ของธุรกรรมได้อย่างมาก

ขีดจำกัดประสิทธิภาพบนเครือข่ายของ ZK-Rollup ขึ้นอยู่กับต้นทุนของ CALLDATA ในการจัดเก็บข้อมูลเท่านั้น ด้วยการอัปเกรด Ethereum Istanbul ต้นทุนของ CALLDATA จะลดลงเหลือ 1/4 ของราคาเดิม และประสิทธิภาพของ ZK-Rollup ดีขึ้น 4 เท่า และ TPS สามารถเข้าถึงเกือบ 2,000!

TLDR หลักการของ ZK-Rollup สามารถอธิบายได้จริงในประโยคเดียว: การคำนวณที่ซับซ้อนและการสร้างการพิสูจน์จะดำเนินการแบบออฟไลน์ และการตรวจสอบการพิสูจน์และการบำรุงรักษาสถานะคีย์จะดำเนินการแบบออนไลน์

มีการกล่าวถึงค่าสะสมข้างต้น และนักเรียนบางคนอาจถาม: อะไรคือความแตกต่างหลักระหว่าง ZK-Rollup และโซลูชันค่าสะสมอื่นๆ

แท้จริงแล้วมีรูปแบบ Rollup อื่นๆ อีกมากมาย ตัวอย่างเช่น Optimistic Rollup เป็นหนึ่งในรูปแบบที่ได้รับความนิยมมาก ความแตกต่างหลักระหว่าง ZK-Rollup อยู่ที่วิธีการรับรองความถูกต้องของการเปลี่ยนแปลงสถานะ

โครงการ Optimistic Rollup ก่อตั้งขึ้นในช่วงครึ่งหลังของปี 2019 และได้รับการเสนอครั้งแรกโดย John Adler ต่อมา Plasma Group ส่วนใหญ่ยืมมาจาก Plasma, ZK-Rollup, shadow chain และโครงร่างอื่น ๆ เพื่อปรับปรุงและขยายเพิ่มเติม

ข้อแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดจาก ZK-Rollup คือการเปลี่ยนสถานะแต่ละครั้งไม่จำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบอย่างเข้มงวด และถือว่าการเปลี่ยนผ่านแต่ละครั้งนั้นถูกต้อง ซึ่งเป็นที่มาของคำว่า Optimistic จากนั้นคุณสามารถท้าทายการเปลี่ยนแปลงบางอย่างภายในเวลาที่กำหนด หากการท้าทายสำเร็จจะเป็นการพิสูจน์ว่ามีปัญหากับการส่งครั้งก่อนและผู้ส่งจะถูกลงโทษและสถานะจะถูกย้อนกลับ ถือได้ว่า Optimistic Rollup ในท้ายที่สุดอาศัยสิ่งจูงใจทางเศรษฐกิจและเกมเพื่อจำกัดการเปลี่ยนแปลงที่ถูกต้องของรัฐ

ความแตกต่างระหว่างโครงร่างทั้งสองสามารถเปรียบเทียบได้จากมุมมองของแบบจำลองการพิสูจน์: ZK-Rollup เป็น Validity Proof (การพิสูจน์ความถูกต้อง) และเฉพาะสถานะที่ให้ "การพิสูจน์ความถูกต้อง" เท่านั้นที่จะถูกเขียนลงในสัญญาห่วงโซ่หลัก และการยกเลิกในแง่ดีคือหลักฐานการฉ้อโกง (หลักฐานการฉ้อโกง) ผู้ใช้จำเป็นต้องระบุ "การพิสูจน์การฉ้อโกง" สำหรับข้อยกเว้นในช่วงทดสอบ และมีหน้าที่รับผิดชอบในการรายงานสถานะที่ไม่ถูกต้อง

นักเรียนที่ติดตาม Ethereum จะต้องคุ้นเคยกับ Plasma

ชื่อเรื่องรอง

ในปัจจุบัน หลายทีมได้พัฒนาผลิตภัณฑ์รุ่นใหม่โดยใช้โซลูชัน ZK-Rollup ไม่ต้องสงสัยเลยว่าปัจจุบัน ZK-Rollup เป็นโซลูชันการขยายระดับที่สองที่เร็วที่สุดและมีแนวโน้มมากที่สุด .

ตัวอย่างเช่น ทีม Loopring เป็นผู้นำในการเปิดตัวการแลกเปลี่ยนแบบกระจายอำนาจ (DEX) บนพื้นฐานของ ZK-Rollup ไม่จำเป็นต้องให้ผู้ใช้จำนองสินทรัพย์แต่ประสิทธิภาพเทียบได้กับการแลกเปลี่ยนแบบรวมศูนย์ (CEX) มันคือ ไม่ถูกจำกัดโดยประสิทธิภาพของห่วงโซ่พื้นฐานอีกต่อไป ธุรกรรมการสั่งซื้อ TPS มาถึงปี 2025 ที่น่าทึ่งแล้ว!

นอกจากนี้ Matter Labs ยังเปิดตัว ZK Sync ซึ่งเป็นส่วนขยายที่ไว้วางใจได้และโซลูชันความเป็นส่วนตัว

ชั้นล่างสุดของ ZK Sync ยังอาศัย ZK-Rollup โดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำธุรกรรมในขณะที่มั่นใจในความปลอดภัย เส้นทางผลิตภัณฑ์นั้นมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงประสิทธิภาพและความสะดวกในการใช้งานของการถ่ายโอนอย่างง่ายเป็นอันดับแรก จากนั้นจึงตระหนักถึงการขยายตัวของสัญญาอัจฉริยะทั่วไป และเพิ่มการปกป้องความเป็นส่วนตัวในที่สุด เป้าหมายปัจจุบันของการขยายกำลังการผลิตก็ใกล้จะบรรลุผลแล้ว สำหรับ การปกป้องความเป็นส่วนตัวนั้นยังคงอาศัยเทคโนโลยีที่ปราศจากความรู้ที่พิสูจน์ได้

ZK Sync ยังรวมถึงโครงร่าง SNARK ใหม่ Redshift และเฟรมเวิร์กการเขียนโปรแกรมสัญญาที่ไม่มีความรู้ที่พิสูจน์ได้ Zinc ซึ่งทั้งสองอย่างนี้อาจเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุสัญญาสมาร์ทความเป็นส่วนตัวทั่วไปในอนาคต

อะไรคือแนวโน้มการพัฒนาเฉพาะของการพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์ในทิศทางของการขยายตัวของ Ethereum?

ทั้งหมดนี้เกิดจากการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และทีมงาน Ethereum ได้ทำการเตรียมการทางเทคนิคสำหรับทั้งหมดนี้ที่ระดับห่วงโซ่พื้นฐานเมื่อประมาณสี่หรือห้าปีที่แล้ว โดยให้การสนับสนุนการประมวลผลการเข้ารหัสที่จำเป็น

เทคโนโลยีการพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์ได้นำการขยายตัวของ Ethereum จากทฤษฎีไปสู่การปฏิบัติจริง ๆ ฉันเชื่อว่าจะมีความก้าวหน้าใหม่ ๆ ในทิศทางนี้ในอนาคต

ชุมชน Ethereum มีแนวโน้มที่จะสำรวจการขยายตัวเพิ่มเติมจากแง่มุมของการแก้ปัญหาความเป็นสากลของสัญญาอัจฉริยะ ลดความยากของการพัฒนาแอปพลิเคชันที่ปราศจากความรู้ และลองใช้แอปพลิเคชันประเภทอื่นๆ มากขึ้น

ภายใต้แนวคิดของการขยายเลเยอร์ 2 ธุรกรรมทั่วไปหรือธุรกรรมที่ต้องการประสิทธิภาพทุกประเภทสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพบนเลเยอร์ที่สอง เพลิดเพลินไปกับความเร็วในการตอบสนองที่เร็วขึ้นและต้นทุนการใช้งานที่ต่ำ ในขณะที่เลเยอร์แรกซึ่งเป็นห่วงโซ่หลักมีหน้าที่รับผิดชอบในการดำเนินการที่สูงขึ้น มูลค่าการทำธุรกรรมและจ่ายค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้นสำหรับสิ่งนี้

นอกจากนี้ การพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์ยังเป็นทางออกเดียวในการแก้ปัญหาความเป็นส่วนตัวของบล็อกเชน ชุมชน Ethereum ก็มีความก้าวหน้าอย่างมากในด้านนี้

ฉันคิดว่า ZK-Rollup มีข้อได้เปรียบมากกว่าในแง่ของความปลอดภัย

ดังนั้นฉันคิดว่า Ethereum สามารถต่อสู้ได้อีกหลายปีแม้ว่าจะไม่อัปเกรดเป็น 2.0