Bằng chứng Zero-Knowledge có thể giải quyết các vấn đề về hiệu suất Ethereum như thế nào

tiêu đề phụ

Nhiều người thích sử dụng mô hình "tam giác bất khả thi" để thảo luận về các vấn đề thiết kế mà một hệ thống gặp phải. Blockchain cũng không ngoại lệ Bạn hẳn đã nghe nói về tam giác bất khả thi hoặc bộ ba bất khả thi về bảo mật, phân cấp và hiệu quả.

Trong câu nói rất phổ biến này, “hiệu quả” thực ra là cái mà chúng ta thường gọi là “hiệu năng”, hay còn gọi là “khả năng mở rộng” hay Scalability. Có thể coi Ethereum và Bitcoin đều chú trọng hơn vào hai điểm “bảo mật” và “phân quyền” trong thiết kế nên không thể tránh khỏi việc chúng hoạt động không mấy “hiệu quả”.

Đặc biệt là Ethereum, với tư cách là nền tảng chuỗi khối có nhiều nhà phát triển và ứng dụng nhất, ngày càng có nhiều người cố gắng phát triển các ứng dụng thú vị và hữu ích trên đó, nhưng khả năng hỗ trợ hiệu suất mà nền tảng này có thể cung cấp là vô cùng hạn chế, vì vậy mọi người đã ở mức cao từ lâu. "Ethereum cần mở rộng"! ! !

tiêu đề phụ

Kỳ thật vượt qua phương pháp kỳ thật cũng không khó, chỉ cần hy sinh mặt khác hai điểm trong tam giác bất khả thi.

Nhưng hầu hết mọi người có thể vẫn cảm thấy rằng không thể từ bỏ "bảo mật" và "phân cấp", và họ chọn ở lại Ethereum. Điều này đã dẫn đến việc "Ethereum Killers" bị bỏ hoang, hoang vắng và khốn khổ, không ai quan tâm đến chúng, không có ô tô nào trên đường có thể lái máy bay, không có chỗ cho những "ưu điểm" về hiệu suất thể hiện.

tiêu đề phụ

Ethereum hiện đang rất hạn chế về hiệu suất. Đối với người dùng blockchain thông thường, phí xử lý và thời gian xác nhận giao dịch quyết định phần lớn trải nghiệm người dùng. Tuy nhiên, trải nghiệm sử dụng Ethereum hiện tại dao động rất nhiều. Ví dụ, khi toàn bộ mạng không hoạt động, nó giống như tốc độ cao trong đợt dịch bệnh vừa qua, và khi nó bị tắc nghẽn, nó giống như một điểm thu hút khách du lịch trong Tuần lễ vàng Quốc khánh.

Ở góc độ thông số hiệu năng TPS, tốc độ xử lý giao dịch của thẻ tín dụng quốc tế Visa tối thiểu là 2000 giao dịch/giây, trong khi của Ethereum không vượt quá 30 giao dịch/giây, giá trị này chỉ có thể nói là nhỉnh hơn 7 giao dịch mỗi giây của người anh lớn Bitcoin.

Ngoài ra, chi phí gây tắc nghẽn trên mạng Ethereum là rất thấp.

tiêu đề phụ

Tình trạng hiệu suất đáng xấu hổ của Ethereum đã khiến nhóm phát triển cốt lõi và cộng đồng của nó phải khám phá các giải pháp mở rộng khác nhau. Vì vậy, mọi người thường nghe thấy một loạt các thuật ngữ hoa mỹ: Sharding, kênh thanh toán, kênh trạng thái, Plasma, Truebit, ZK-Rollup, Optimistic Rollup, v.v., cũng như khái niệm Layer-2.

tiêu đề phụ

Trong hướng mở rộng, chúng ta không cần quá chú trọng đến tính năng “không tiết lộ” của công nghệ bằng chứng không kiến ​​thức, thường liên quan đến bảo vệ quyền riêng tư, mà chúng ta tập trung vào khả năng “bằng chứng” của nó.

Nói tóm lại, tài nguyên hoặc băng thông trên chuỗi bị hạn chế và chúng ta cần chuyển một số lượng lớn các phép tính sang ngoại chuỗi, vì vậy cần có công nghệ để "chứng minh" rằng những tính toán này thực sự xảy ra ngoài chuỗi.

Các kiến ​​thức nền tảng và chi tiết kỹ thuật khác về bằng chứng không kiến ​​thức sẽ không được giới thiệu ở đây. Mời các bạn chú ý theo dõi chuỗi bài viết của Ambi Lab chúng tôi, như "Hiểu biết đầu tiên về "không kiến ​​thức" và "bằng chứng"“. Có thể hơi nhức óc để thực sự hiểu về bằng chứng không kiến ​​thức, nhưng nó thực sự thú vị. Nếu bạn quan tâm, bạn có thể muốn thử.

tiêu đề phụ

Hãy xem lại câu hỏi đầu tiên ngay từ đầu.Khi nói về hiệu suất của chuỗi khối, chúng ta vẫn hy vọng rằng hai nền tảng của chuỗi khối — “bảo mật” và “phân cấp” — sẽ bị ảnh hưởng ít nhất có thể. Nếu có một kế hoạch mở rộng nào làm được điều này thì thực sự rất đáng khen ngợi.

ZK-Rollup, một giải pháp mở rộng hai lớp dựa trên bằng chứng không kiến ​​thức, thực sự có thể giải quyết vấn đề hiệu suất chuỗi khối mà không phải hy sinh hai điểm "bảo mật" và "phân cấp"!

Những sinh viên không quen thuộc với nó có thể hỏi: ZK-Rollup, một giải pháp tiêu biểu cho việc mở rộng bằng chứng không kiến ​​thức, chính xác là gì?

Trước hết, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về Rollup là gì.

Rollup, như tên cho thấy, có nghĩa là "cuộn lên" và "tóm tắt" và có thể được coi là một thuật ngữ chung cho một nhóm lớn các giải pháp mở rộng Lớp 2.

Rollup đề cập cụ thể đến việc thực hiện các tính toán phức tạp và bảo trì trạng thái ngoài chuỗi, sau đó gọi dữ liệu liên quan đến thay đổi trạng thái thông qua hợp đồng, sử dụng CALLDATA rẻ hơn để lưu dữ liệu trên chuỗi và "cuộn/tóm tắt" một số lượng lớn giao dịch thành các gói .Một giao dịch cuối cùng sẽ tăng TPS với tiền đề đảm bảo "tính khả dụng của dữ liệu".

Đặc điểm chung của sơ đồ Rollup là nhấn mạnh vào "tính khả dụng của dữ liệu" trên chuỗi, nghĩa là bất kỳ ai cũng có thể khôi phục trạng thái chung dựa trên dữ liệu được lưu trữ trên chuỗi, do đó loại bỏ các rủi ro bảo mật do sự cố về tính khả dụng của dữ liệu gây ra.

Tính năng này làm cho sơ đồ Rollup (dữ liệu trên chuỗi) ngắn gọn hơn và dễ triển khai hơn so với các sơ đồ ngoại tuyến dữ liệu như Plasma.

Khái niệm Layer-2 thực sự rất tốt, bởi vì ý tưởng thiết kế của loại sơ đồ này là lớp dưới cùng của Ethereum hầu như không cần bất kỳ thay đổi nào và lớp dưới cùng vẫn xử lý các giao dịch như bình thường, vì vậy nó sẽ không ảnh hưởng đến bảo mật của lớp dưới cùng, cho phép các giao dịch lớn khác nhau được xử lý trên lớp thứ hai, do đó giảm áp lực lên chuỗi bên dưới.

Plasma là khái niệm mở rộng lớp thứ hai phổ biến nhất của Ethereum trong hai năm qua. Toàn bộ cộng đồng đã dành rất nhiều tâm sức để thảo luận và triển khai nó. Một loạt giải pháp đã được phát triển trong quá trình này, chẳng hạn như Plasma MVP, Plasma Cash, Ghi nợ Plasma, Plasma Prime..... ....

Có nhiều giải pháp trung gian trong dòng Plasma, tất cả đều khả thi về mặt lý thuyết, nhưng chúng đã không thể thực hiện được trong một thời gian dài. Lý do cốt lõi của việc này là các giải pháp đa dạng của Plasma không đảm bảo "tính khả dụng của dữ liệu", khiến giao thức trở nên phức tạp, khó triển khai và rất phi thực tế.

Kế hoạch ZK-Rollup bắt nguồn từ nửa cuối năm 2018 và được đề xuất lần lượt bởi Barry Whitehat và Vitalik.

Chìa khóa nằm ở ZK (Zero Knowledge). Mọi thay đổi trạng thái đều cần cung cấp bằng chứng không có kiến ​​thức, được xác minh bằng hợp đồng trên chuỗi chính. Chỉ khi quá trình xác minh được thông qua thì trạng thái mới có thể được thay đổi. Đó là, mỗi chuyển đổi trạng thái phụ thuộc hoàn toàn vào bằng chứng mật mã.

Sơ đồ ZK-Rollup sử dụng zkSNARK, công nghệ bằng chứng không kiến ​​thức phổ biến nhất hiện nay, để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu trong khi nén lượng tính toán trên chuỗi.

Cây Merkle được sử dụng để lưu trữ trạng thái tài khoản và hợp đồng chỉ lưu Merkle Root. Nhà điều hành (nhà điều hành) thu thập các giao dịch của người dùng, đóng gói các giao dịch này theo lô và tạo chứng chỉ zkSNARK, chứng chỉ này sẽ chứng minh cụ thể tính hợp pháp của giao dịch (chẳng hạn như xác minh chữ ký) và Merkle Root ở trạng thái trước và sau.

Nhà điều hành gửi Merkle Root cùng với từng dữ liệu giao dịch và bằng chứng zkSNARK cho hợp đồng và trạng thái mới chỉ được viết sau khi hợp đồng được xác minh.

Vì quy trình tính toán của tất cả các giao dịch không cần phải được thực hiện trong hợp đồng, nên không cần ghi một lượng lớn trạng thái vào bộ lưu trữ hợp đồng và kích thước bằng chứng zkSNARK (nhỏ) và thời gian xác minh (rất nhanh) là không đổi và không tuân theo sự gia tăng số lượng giao dịch, vì vậy ZK-Rollup có thể cải thiện đáng kể TPS giao dịch.

Giới hạn hiệu suất trên chuỗi của ZK-Rollup chỉ phụ thuộc vào chi phí CALLDATA để lưu trữ dữ liệu. Với việc nâng cấp Ethereum Istanbul, chi phí CALLDATA giảm xuống còn 1/4 so với ban đầu và hiệu suất của ZK-Rollup được cải thiện gấp 4 lần và TPS có thể đạt gần 2000!

TLDR, nguyên tắc của ZK-Rollup thực sự có thể được giải thích trong một câu: các phép tính phức tạp và tạo bằng chứng được thực hiện ngoài chuỗi, đồng thời xác minh bằng chứng và bảo trì trạng thái khóa được thực hiện trên chuỗi.

Rollup được đề cập ở trên và một số sinh viên có thể hỏi: Sự khác biệt cốt lõi giữa ZK-Rollup và các giải pháp Rollup khác là gì?

Thật vậy, có rất nhiều chương trình Rollup khác, chẳng hạn như Optimistic Rollup là một trong những chương trình phổ biến hơn.Sự khác biệt cốt lõi giữa nó và ZK-Rollup nằm ở cách đảm bảo tính chính xác của các thay đổi trạng thái.

Kế hoạch tổng hợp lạc quan được hình thành vào nửa cuối năm 2019 và được đề xuất lần đầu tiên bởi John Adler. Sau đó, Tập đoàn Plasma chủ yếu vay mượn từ Plasma, ZK-Rollup, chuỗi bóng tối và các kế hoạch khác để cải thiện và mở rộng hơn nữa.

Điểm khác biệt lớn nhất so với ZK-Rollup là mỗi lần chuyển đổi trạng thái không cần phải xác minh nghiêm ngặt và có thể lạc quan khi cho rằng mỗi lần chuyển đổi là chính xác, đó là nguồn gốc của từ Lạc quan. Sau đó, bạn có thể thử thách một chuyển đổi nhất định trong một thời hạn nhất định, nếu thử thách thành công, điều đó chứng tỏ rằng có vấn đề với lần gửi trước đó, và người gửi sẽ bị trừng phạt và bị thu hồi trạng thái. Có thể coi rằng Tổng hợp lạc quan cuối cùng dựa vào các khuyến khích và trò chơi kinh tế để hạn chế quá trình chuyển đổi chính xác của nhà nước.

Sự khác biệt giữa hai sơ đồ cũng có thể được so sánh từ góc độ của mô hình bằng chứng: ZK-Rollup là Bằng chứng về tính hợp lệ (bằng chứng về tính đúng đắn) và chỉ trạng thái cung cấp "bằng chứng về tính đúng đắn" mới được ghi vào hợp đồng chuỗi chính; và Optimistic Rollup là Fraud Proof (bằng chứng gian lận), người dùng cần cung cấp "bằng chứng gian lận" cho các trường hợp ngoại lệ trong thời gian thử thách, và chịu trách nhiệm về tình trạng báo cáo không chính xác.

Các bạn sinh viên theo Ethereum hẳn đã quá quen thuộc với Plasma.

tiêu đề phụ

Hiện tại, một số nhóm đã phát triển một thế hệ sản phẩm mới dựa trên giải pháp ZK-Rollup.Không còn nghi ngờ gì nữa, ZK-Rollup hiện là giải pháp mở rộng cấp hai nhanh nhất và hứa hẹn nhất, đồng thời là giải pháp tốt nhất trong số nhiều giải pháp mở rộng .

Ví dụ: nhóm Loopring đã đi đầu trong việc tung ra một sàn giao dịch phi tập trung (DEX) dựa trên ZK-Rollup, không yêu cầu người dùng thế chấp tài sản nhưng hiệu suất của nó tương đương với sàn giao dịch tập trung (CEX). không còn bị hạn chế bởi hiệu suất của chuỗi cơ bản. Giao dịch đặt hàng TPS đã đạt đến mức đáng kinh ngạc vào năm 2025!

Ngoài ra, Matter Labs đã phát hành ZK Sync, một giải pháp bảo mật và mở rộng đáng tin cậy.

Lớp dưới cùng của ZK Sync cũng dựa trên ZK-Rollup, nhằm cải thiện hiệu suất giao dịch đồng thời đảm bảo tính bảo mật. Lộ trình sản phẩm trước tiên là tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và tính dễ sử dụng của các chuyển khoản đơn giản, sau đó thực hiện việc mở rộng các hợp đồng thông minh nói chung và cuối cùng là bổ sung bảo vệ quyền riêng tư. Mục tiêu mở rộng công suất hiện tại cũng sắp đạt được, còn về bảo vệ quyền riêng tư, nó vẫn dựa vào công nghệ bằng chứng không có kiến ​​thức.

ZK Sync cũng bao gồm chương trình SNARK Redshift mới và khung lập trình hợp đồng bằng chứng không có kiến ​​thức Zinc, cả hai đều có thể là chìa khóa để hiện thực hóa các hợp đồng thông minh bảo mật chung trong tương lai.

Các xu hướng phát triển cụ thể của bằng chứng không kiến ​​thức theo hướng mở rộng Ethereum là gì?

Tất cả điều này bắt nguồn từ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bằng chứng không kiến ​​thức trong những năm gần đây và nhóm Ethereum đã chuẩn bị kỹ thuật cho tất cả điều này ở cấp độ chuỗi cơ bản khoảng bốn hoặc năm năm trước, cung cấp hỗ trợ điện toán mã hóa cần thiết.

Công nghệ Zero-knowledge proof đã thực sự đưa Ethereum mở rộng từ lý thuyết đến thực tiễn, tôi tin rằng sẽ có thêm nhiều đột phá mới theo hướng này trong tương lai.

Cộng đồng Ethereum có khả năng khám phá thêm việc mở rộng từ các khía cạnh giải quyết tính phổ biến của hợp đồng thông minh, giảm khó khăn trong việc phát triển ứng dụng bằng chứng không có kiến ​​​​thức và thử nhiều loại ứng dụng hơn.

Theo khái niệm mở rộng lớp 2, tất cả các loại giao dịch thông thường hoặc tìm kiếm hiệu suất có thể chạy hiệu quả trên lớp thứ hai, tận hưởng tốc độ phản hồi nhanh hơn và chi phí sử dụng thấp, trong khi lớp đầu tiên, chuỗi chính, chịu trách nhiệm thực hiện cao hơn. giá trị giao dịch và trả chi phí cao hơn cho việc này.

Ngoài ra, bằng chứng không kiến ​​thức là giải pháp duy nhất để giải quyết vấn đề về quyền riêng tư của blockchain. Cộng đồng Ethereum cũng đang đạt được tiến bộ lớn trên mặt trận này.

Tôi nghĩ ZK-Rollup có nhiều lợi thế hơn về mặt bảo mật.

Vì vậy, tôi nghĩ rằng Ethereum có thể chiến đấu trong vài năm ngay cả khi nó không nâng cấp lên 2.0.