Что такое Optimistic Rollups?

Оптимистичные накопительные пакеты (Optimistic Rollups) — это решения 2 уровня (Layer 2), предназначенные для масштабирования базового блокчейна Ethereum. Накопительные пакеты значительно уменьшают объем вычислений в основной сети Ethereum за счет обработки транзакций на втором слое, увеличивая таким образом пропускную способность.

Так как вычисления в Ethereum медленные и дорогие, оптимистичные накопители объединяют большое количество транзакций на втором слое, проводят вычисления, сжимают данные и только потом публикуют конечные состояния в основной сети Ethereum. Таким образом, оптимистичные накопители увеличивают масштабируемость в 10-100 раз без ущерба безопасности, так как унаследуют безопасность базового блокчейна.

Как работают оптимистичные накопительные пакеты?

Optimistic Rollups — это подход к масштабированию сети Ethereum, который предполагает перемещение вычислений и хранения состояний за пределы основной сети. Оптимистичные накопители выполняют транзакции за пределами сети, но публикуют объединенные и сжатые данные транзакций в Etheruem как данные вызова (calldata).

Операторы накопителя объединяют большое количество транзакций в пакет перед отправкой в основную сеть. Таким образом, затраты на газ распределяются между всеми транзакциями, попавшими в пакет, значительно снижая комиссию за транзакции для конечного пользователя.

Название «оптимистичные» выбрано не просто так. Предполагается, что все транзакции на уровне 2 являются действительными и доказательства достоверности для пакета транзакций не требуются. Для безопасности используется механизм доказательства мошенничества (Fraud Proof), чтобы исключать случаи с неправильным расчетом транзакций.

После отправки накопительного пакета в Ethereum потребуется время (период проверки), прежде чем состояния будут навсегда зафиксированы в основной сети. В течении этого периода любой может оспорить результаты накопительного пакета транзакций, вычислив доказательство мошенничества.

В случае, если доказательство мошенничества оказывается успешным, протокол накопительного пакета повторно выполнит транзакции и соответствующим образом обновит состояния пакета транзакций. Кроме того, секвенсор, опубликовавший неверные состояния будет наказан сокращением его доли токенов в стейкинге.

Если же за время периода проверки пакет транзакций так и не будет никем оспорен, по истечению периода он будет считаться действительным и принят в Ethereum, после чего, любые включенные транзакции уже будут не отвратимы.

Архитектура оптимистичного накопителя

Любой оптимистичный накопитель управляется набором смарт-контрактов, развернутых в основной сети Ethereum. Они обрабатывают транзакции на втором слое, но отправляют пакеты в контракт на Etheruem.

Архитектура таких протоколов состоит из двух слоев или уровней:

• Контракты в Ethereum (Layer 1). Сюда входят смарт-контракты, которые хранят блоки накопительного пакета, отслеживают обновления состояний пакетов транзакций и депозиты пользователей.
• Виртуальная машина (Layer 2). Вычисление и хранение состояний происходит на отдельной от Ethereum виртуальной машине, в которой выполняются изменения состояний и работают децентрализованные приложения (dApps).

Оптимистичные накопители полностью полагаются на базовый блокчейн Ethereum в целях безопасности, доступности данных и сопротивления цензуре.

Доступность данных (DA)

Накопители публикуют данные о всех совершенных транзакциях в Ethereum в виде дынных вызова (calldata). Эти данные доступны абсолютно для всех и ее может получать любой, кто подключен к базовому блокчейну Ethereum, для выполнения состояния или проверки правильности переходов между состояниями.

Доступность данных имеет важную роль, поскольку без данных о транзакциях невозможно собрать доказательства мошенничества, чтобы оспорить недействительные транзакции в пакете. Поскольку доступность данных обеспечена основной сетью Ethereum, риск злонамеренных действий со стороны секвенсоров сводится практически к нулю.

Сопротивление цензуре

Так же как и с доступностью данных, Ethereum обеспечивает устойчивость к цензуре со стороны узлов в сети накопительного пакета. Почему это важно?

• Узлы накопительных пакетов могут подвергнуть цензуре определенные транзакции, отказываясь создавать блоки, в которые они включены.
• Узлы могут запретить пользователям выводить средства, внесенные в контракт накопительного пакета, скрывая данные, необходимые для подтверждения права собственности при помощи доказательств Меркла. Сокрытие данных о состоянии также может скрыть состояние сводного отчета от пользователей и помешать им взаимодействовать с накопительным пакетом.

Оптимистичные накопители решают эту проблему следующим образом:

• Если узел накопительного пакета отключается или прекращает создавать пакеты транзакций, другой узел может использовать доступные данные для воспроизведения последнего состояния пакета и продолжения производства блоков.
• Пользователи могут использовать данные транзакций для создания доказательств Меркла, подтверждающих право собственности на средства, и вывода своих активов из накопительного пакета.
• Пользователи также могут отправлять свои транзакции на уровень 1, а не в секвенсор, и в этом случае секвенсор обязан включить транзакцию в течение определенного периода времени, чтобы продолжать создавать действительные блоки.

Совместимость с Ethereum

Оптимистичные накопительные пакеты созданы для полной совместимости с основной сетью Ethereum и позволяют пользователям передавать сообщения и произвольные данные между уровнями Layer 1 и Layer 2. Они также совместимы с виртуальной машиной Ethereum (EVM), поэтому каждый разработчик может легко портировать существующие смарт-контракты в оптимистичные накопительные пакеты или создавать новые децентрализованные приложения с помощью инструментов разработки Ethereum, такие как Solidity или Vyper.

Масштабирование Ethereum

Как уже объяснялось выше, оптимистичные накопители публикуют сжатые данные транзакций в Ethereum, чтобы гарантировать доступность данных (DA). Возможность сжимать данные, публикуемые в базовом блокчейне, имеет решающее значение для масштабирования пропускной способности сети Ethereum с помощью оптимистичных накопительных пакетов.

Простая транзакция Ethereum (для отправки токенов ETH) занимает примерно 110 байт, но передача ETH через накопительный пакет занимает всего ~12 байт. Рассмотрим подробнее:

Параметр	Ethereum	Rollups (Layer 2)
Nonce	~3	0
Gasprice	~8	0-0,5
Gas	3	0-0,5
To	21	4
Value	~9	~3
Signature	~68	~0,5
From	0 (из подписи)	4
Итого	~112	~12

Преимущества и недостатки Optimistic Rollups

Преимущества	Недостатки
Предлагает значительные улучшения масштабируемости без ущерба для безопасности и надежности сети.	Задержки в завершении транзакции из-за механизма доказательства мошенничества.
Данные транзакций хранятся в уровне 1, что повышает прозрачность, безопасность, децентрализацию, и устойчивость к цензуре.	Централизованные узлы накопительных пакетов (секвенсоры) могут влиять на порядок транзакций.
Доказательство мошенничества гарантирует надежную финализацию и позволяет любому честному меньшинству защитить блокчейн.	Если честных узлов нет совсем, злонамеренный оператор может украсть средства, разместив недействительные блоки и доказательства.
Вычисление доказательств мошенничества доступно обычному узлу Layer 2, в отличие от доказательств достоверности (используемых в ZK-накопителях), которые требуют специального оборудования.	Модель безопасности основана на том, что хотя бы один честный узел выполняет сводные транзакции и отправляет доказательства мошенничества, чтобы оспорить недействительные переходы состояний.
Накопительные пакеты не требуют доверия (любой может подтверждать транзакции и публиковать утверждения.	Пользователям необходимо дождаться истечения недельного периода проверки, прежде чем выводить средства обратно в Ethereum.
Оптимистичные накопители полагаются на хорошо продуманные криптоэкономические стимулы для повышения безопасности блокчейна.	Накопители должны публиковать все данные транзакций в основную сеть, что увеличивает затраты.
Полная совместимость с EVM и популярными языками программирования позволяет разработчикам переносить смарт-контракты Ethereum в накопительные пакеты или использовать существующие инструменты для создания новых децентрализованных приложений.

Примеры оптимистичных накопительных пакетов

За последние годы, на рынке появилось достаточно большое количество протоколов, основанных на данной технологии, вот некоторые из них: