Giải pháp Layer 2 Scalling trên Ethereum - ZK Rollup và Optimistic Rollup

Tổng quan

Polygon(Matic) gần đây vừa công bố mua lại Mir Protocol với giá 500 triệu đô với mục đích tích hợp giải pháp công nghệ ZK Rollup của Mir vào trong blockchain của mình. Nói về sự kiện này, Sandeep Nailwal, co-founder của Polygon Network nói rằng: “Zero-knowledge là biên giới cuối cùng cho quy mô mở rộng cấp độ ngang internet cho blockchain”.

Vậy Zero knowledge là gì? Giải pháp rollup trên Layer 2 của Ethereum là gì? chúng ta cùng GFS Blockchain tìm hiểu trong bài viết này nhé!

Layer 2 là gì?

Layer 2 là thuật ngữ để nói về các giải pháp giúp mở rộng Ethereum bằng cách xử lý các giao dịch off chain của Ethereum mainnet(layer 1) trong khi vẫn tận dụng được tính phân quyền và bảo mật của layer 1. Giải pháp layer 2 trên Ethereum dẫn tới tốc độ giao dịch nhanh hơn đáng kể, phí gas giảm, qua đó tăng trải nghiệm người dùng.

Cùng tìm hiểu về giải pháp scaling layer 2 phổ biến: Layer 2 Rollups, bao gồm ZK Rollups và Optimistic Rollups trên Ethereum

*** Tìm hiểu thêm về Layer 1 và Layer 2 -> Tại đây

Rollups là gì?

Rollups là tập hợp các giải pháp thực hiện các giao dịch bên ngoài chuỗi Ethereum (Layer 1) nhưng trả lại dữ liệu lên Layer 1.Vì dữ liệu giao dịch ở L1 nên rollup được kế thừa các thuộc tính bảo mật của L1(Ethereum blockchain) trong khi thực hiện việc thực thi giao dịch ở bên ngoài của L1. Tức là kết quả lưu lại trên L1, quá trình thực hiện lại ở ngoài L1.

Các đặc điểm của Rollups:

Giao dịch được thực hiện bên ngoài Layer 1
Dữ liệu hoặc bằng chứng giao dịch nằm ở Layer 1
Hợp đồng thông minh ở L1 có thể thực thi giao dịch chính xác trên L2 bằng cách sử dụng dữ liệu giao dịch lưu tại L1
Rollups yêu cầu các nhà khai thác (Operator) cọc một phần trong hợp đồng của rollup. Điều này khuyến khích các Operator xác minh và thực hiện giao dịch một cách chính xác.

Ưu điểm

Giảm phí gas đáng kể
Tham gia dễ dàng
Tăng tốc độ giao dịch lên đáng kể

2 loại Rollups

Optimistic Rollups: Mặc định giả định rằng giao dịch chính xác và chỉ chạy tính toán thông qua bằng chứng gian lận(fraud proof) trong trường hợp có vấn đề.
ZK Rollups (Zero-knowledge rollups): Chạy tính toán off-chain và gửi một bằng chứng tính toán (validity proof) tới chain.

Optimistic rollups

Optimistic rollups cung cấp các cải tiến về khả năng mở rộng vì chúng không thực hiện bất kỳ tính toán nào theo mặc định. Thay vào đó, sau mỗi giao dịch, thuật toán đề xuất trạng thái mới cho Mainnet hoặc cần phải kiểm tra lại giao dịch.

Với Optimistic rollups, các giao dịch được ghi vào L1 Ethereum dưới dạng calldata, giúp tối ưu hơn nữa bằng cách giảm phí gas.

Vì tính toán là một phần chậm chạp và tốn kém của Ethereum nên với Optimistic rollups có thể cung cấp các cải tiến lên đến 10-100 lần về khả năng mở rộng tùy thuộc vào giao dịch. Con số này sẽ còn tăng hơn nữa với sự ra đời của shard chains trên Ethereum 2.0 vì sẽ có nhiều dữ liệu hơn nếu một giao dịch bị đánh dấu là tranh chấp (disputed).

Hiểu đơn giản Optimistic Rollup: Bạn nói với mọi người là bạn đã 18 tuổi và có thể lái xe, nếu ai không tin thì có thể chứng minh điều đó là không đúng, nếu không ai chứng minh được việc bạn chưa đủ 18 tuổi trong một khoảng thời gian là 10 ngày thì bạn được công nhận là bạn đủ 18 tuổi và có thể lái xe.

Tranh chấp giao dịch

Optimistic rollups không thực hiện tính toán các giao dịch, vì vậy cần có một cơ chế để đảm bảo các giao dịch là hợp pháp, không gian lận. Vậy nên ta cần có bằng chứng gian lận( fraud proof). Nếu ai đó nhận thấy giao dịch gian lận, Rollups sẽ thực hiện kiểm tra chống gian lận và thực hiện tính toán giao dịch, sử dụng dữ liệu trạng thái có sẵn. Điều này có nghĩa là bạn có thể có thời gian chờ xác nhận giao dịch lâu hơn so với ZK-rollup vì giao dịch đang bị thử thách để kiểm chứng lại.

Số tiền gas bạn cần để chạy tính toán bằng chứng gian lận thậm chí còn được hoàn lại. Ben Jones từ Optimism mô tả hệ thống:

“bất kỳ ai có thể thực hiện một hành động mà bạn phải chứng minh là gian lận để đảm bảo tiền của mình yêu cầu bạn phải đăng một trái phiếu. Về cơ bản, bạn lấy một số ETH, khóa nó lại và bạn nói” Này, tôi hứa sẽ nói sự thật ” … Nếu tôi không nói sự thật và hành vi gian lận bị phát hiện, số tiền này sẽ bị thu hồi. Không chỉ một số tiền này bị thu hồi mà nó còn bị dùng để trả cho lượng gas đã bỏ ra để thực hiện kiểm tra bằng chứng gian lận “

Vì vậy, bạn có thể thấy: Người tham gia bị phạt khi thực hiện hành vi gian lận và được hoàn lại tiền cho việc chứng minh gian lận.

Ưu và nhược điểm

Ưu điểm

Có thể thực hiện mọi thứ tương đương với thực hiện trên Layer 1 Ethereum vì Optimistic Rollups tương thích hoàn toàn với EVM(máy chủ ảo của Ethereum) và Solidy (ngôn ngữ lập trình Ethereum).
Tất cả dữ liệu giao dịch được lưu trữ tại layer 1 nên nó hoàn toàn an toàn và phi tập trung.

Nhược điểm

Thời gian chờ đợi lâu, có thể tới 10 ngày, đối với giao dịch trên chuỗi do cần thực hiện các kiểm tra gian lận.
Một operator có thể gây ảnh hưởng tới thứ tự giao dịch.

Những dự án sử dụng Optimistic Rollups

Arbitrum
Optimism
Boba
Fuel Network
Cartesi

Zero-knowledge rollups (ZK Rollups)

ZK rollups đóng gói hàng trăm giao dịch chuyển ngoài chuỗi và tạo ra bằng chứng mật mã, được gọi là SNARK (đối số kiến thức ngắn gọn không tương tác). Đây được coi là bằng chứng hợp lệ và được lưu trên Layer 1.

Hợp đồng thông minh ZK-rollup duy trì trạng thái của tất cả các lần chuyển trên L2 và trạng thái này chỉ có thể được cập nhật với một bằng chứng hợp lệ(validity proof). Điều này có nghĩa là ZK-rollups chỉ cần có bằng chứng hợp lệ thay vì tất cả dữ liệu giao dịch. Với ZK-rollup, việc xác thực khối nhanh hơn và rẻ hơn vì ít dữ liệu hơn được đưa vào.

Với ZK-rollup, không có sự chậm trễ khi chuyển tài sản từ L2 sang L1 vì bằng chứng hợp lệ được chấp nhận bởi ZK-rollup contract đã xác minh tài sản đó.

Ở lớp 2, ZK-rollups có thể được tối ưu hóa để giảm quy mô giao dịch hơn nữa. Ví dụ: một tài khoản được đại diện bởi một chỉ mục thay vì một địa chỉ, điều này làm giảm một giao dịch từ 32 byte xuống chỉ còn 4 byte. Các giao dịch cũng được ghi vào Ethereum dưới dạng calldata, qua đó giảm đáng kể lượng gas cần dùng.

Hiểu đơn giản ZK-rollups: Bạn chứng minh được với mọi người rằng bạn đã trên 18 tuổi và có thể lái xe nhưng không cho mọi người xem CMT của bạn( vì bạn không muốn để lộ CMT và các thông tin cá nhân nhạy cảm ở trong đó). Bạn sử dụng nhiều bằng chứng khác thay vì đưa CMT ra.

Ưu và nhược điểm

Ưu điểm

Thời gian hoàn thiện (finality time) nhanh hơn vì trạng thái được xác minh ngay lập tức sau khi các bằng chứng được gửi đến chuỗi chính.
Khó bị tấn công bởi các cuộc tấn công như Optimistic rollup
Bảo mật và phi tập trung, vì dữ liệu cần thiết để khôi phục trạng thái được lưu trữ trên L1.

Nhược điểm

Không hỗ trợ EVM, chỉ có thể thực hiện những giao dịch chuyển tiền đơn giản
Hạn chế về hỗ trợ smart contract, gây khó khăn cho các dapps
Các bằng chứng về tính hợp lệ rất khó tính toán – không có giá trị đối với các ứng dụng có ít hoạt động trên chuỗi.
Operator có thể gây ảnh hưởng tới thứ tự giao dịch

Một số dự án sử dụng ZK-rollups

Starkware: Starkware lại yêu cầu developer dịch code solidy chạy trên L1 Ethereum sang ngôn ngữ mới của họ là Cairo, chấp nhận đánh đổi thời gian phát triển của dapp và khả năng tương thích EVM đổi lấy khả năng mở rộng và tốc độ giao dịch
Matter Labs zkSync: Sử dụng SNARK-friendly VM để triển khai và xác minh ZK proof gọi là PLONK, ở phiên bản zkSync 2.0, dự án giới thiệu tới zkEVM, một phiên bản tương thích hầu hết với EVM giúp cải thiện đáng kể khả năng tương thích cho các dapp, dù đang ở giai đoạn ban đầu, nhưng dự án rất đáng để mong đợi.
Polygon Zero: Sau khi Polygon mua lại Mir, đội ngũ dự án Mir kết hợp với đội ngũ của Polygon tập trung phát triển dự án Polygon Zero, với mục tiêu phát triển ZeroVM, máy ảo tương thích với code solidy trên các dapp L1, với 500 triệu đô mua lại Mir Protocol kết hợp cùng đội ngũ của Polygon, đây là một dự án rất đáng mong chờ.

Tổng kết

Zk Rollup và Optimistic Rollup đều là giải pháp Rollup layer 2 trên Ethereum với mục tiêu sinh ra để mở rộng Ethereum. Điểm khác nhau như đã nói chính là quy trình để xem xét tính hợp lệ của dữ liệu:

ZK Rollup: Data được cho là sai cho đến khi nó được chứng minh là đúng
Optimistic Rollup: Ngược lại, data được cho là đúng tới khi nó được chứng minh là sai.

Rõ ràng là ZK Rollup đang được chú ý tập trung phát triển hơn, trong dài hạn chắc chắn Zk Rollup sẽ được phát triển để mang được những ưu điểm của Optimistic Rollup như tương thích với EVM và các dapps của Layer 1 Ethereum.

Đừng quên tham gia vào nhóm cộng đồng của GFS Blockchain để thảo luận với các thành viên khác nhé: