Discutindo Bitcoin Rollups: a melhor solução de dimensionamento?

Autor | Callum@Web3CN.Pro

Bitcoin, como o blockchain mais antigo e popular, tem centenas de milhares de transações todos os dias. No entanto, no início do projeto do Bitcoin, a segurança foi priorizada dentro de sua estrutura descentralizada, o que levou a ignorar a questão da escalabilidade e levou as pessoas a considerar o Bitcoin apenas como um ativo digital e um meio de armazenamento de valor.

Embora a segurança e a descentralização do Bitcoin sempre tenham sido suas vantagens, sua velocidade de transação limitada e escala de transação afetaram o desenvolvimento da ecologia do Bitcoin. Nos últimos anos, várias soluções surgiram para resolver esse problema e permitir que os construtores explorem todo o ecossistema Bitcoin. As soluções de dimensionamento agora são o foco não apenas de outras redes blockchain, mas também do Bitcoin.

No artigo Explorando a trilha e as oportunidades da camada 2 do BTC, falamos sobre por que o Bitcoin precisa se expandir e apresentamos soluções relacionadas à camada 2 do Bitcoin, como: Lightning Network, side chain, etc.

Neste artigo, vamos focar em outra solução para expansão do Bitcoin: Rollups. Em comparação com a Lightning Network e as sidechains, os Rollups têm o potencial de melhorar a escalabilidade, a privacidade e a programabilidade do Bitcoin sem sacrificar o valor central e a funcionalidade do Bitcoin como um sistema de caixa eletrônico peer-to-peer.

A necessidade do acúmulo de Bitcoin

Rollups são frequentemente associados à rede Ethereum. Após a transição para proof-of-stake em setembro de 2022, o blockchain Ethereum se torna mais centralizado. Além disso, muitos Rollups realmente dependem de um ordenador centralizado de transações em L2. A descentralização pode realmente trazer maior segurança, especialmente no Bitcoin, mas com o desenvolvimento do Bitcoin, a contradição entre a descentralização e a escala do poder de computação tornou-se cada vez mais proeminente. A fonte dessa contradição está no aumento do número de usuários e a quantidade de cálculo ao verificar blocos, e a chave para aliviar essa contradição é melhorar a escalabilidade do blockchain.

A Lightning Network sobre a qual falamos antes usa tecnologias como assinatura múltipla e bloqueio de tempo de hash para armazenar dados na cadeia e combinar várias transações em um processamento de transação, que pode realizar pagamentos rápidos e baratos; a cadeia lateral é criar uma cadeia separada , sem afetar a cadeia principal do Bitcoin, bloqueia o Bitcoin da cadeia principal e, em seguida, realiza o processamento de um grande número de transações na cadeia lateral, o que pode melhorar muito a velocidade da transação sem afetar a segurança da cadeia principal do Bitcoin. O Rollup é atualizar a arquitetura técnica ou o sistema técnico da rede Bitcoin e otimizar os dados na cadeia.

O Rollup atua como uma solução de dimensionamento para redes blockchain de camada 1. Eles movem a transação para fora da cadeia, onde ela é processada (geralmente na camada 2), e várias transações são agrupadas em um lote e enviadas de volta à cadeia da camada 1. O contrato inteligente verifica o lote de transações e atualiza o estado do blockchain.

Este gráfico demonstra visualmente as camadas do Bitcoin Rollup. Neste exemplo, existem dois L2 Rollups: um dedicado à disponibilidade de dados e outro dedicado a pagamentos e contratos de alta segurança. Além do L2 Data Availability Rollup, há três L3 Rollups, cada um dedicado a um caso de uso diferente: pagamentos p2p privados, contratos financeiros e propriedade e transferência de ativos no jogo. Como L3 Rollups dependem de nós completos L2 para disponibilidade de dados, eles podem ser considerados menos seguros do que L2 Rollups que dependem de nós completos Bitcoin L1 para segurança de disponibilidade de dados.

Os rollups estão se tornando cada vez mais populares porque aumentam o rendimento da transação enquanto reduzem os custos da transação. Isso porque o Rollup significa que os blockchains não precisam processar milhares de transações individualmente, eles tecnicamente precisam processar apenas uma transação. Isso é especialmente útil para dApps, que exigem transações frequentes e rápidas para funcionar com eficiência. É por isso que o Rollup é considerado uma solução de dimensionamento viável para blockchains como o Bitcoin.

Atualmente, os tipos de Bitcoin Rollup incluem principalmente ZK Rollup e Sovereign Rollup.

Aplicação do ZK Rollup no Bitcoin

ZK Rollup

O ZK Rollup usa "provas de validade" criptográficas para garantir que novos blocos Rollup sigam as regras do protocolo Rollup. Toda vez que um produtor de bloco Rollup cria um bloco Rollup válido, o produtor de bloco envia uma transação de atualização de estado para a cadeia pai. As transações de atualização de estado rollup contêm dados sobre cada transição de estado no bloco Rollup, aplicam a nova raiz de estado Rollup após a transição de estado no bloco e comprovam a disponibilidade de dados e prova de validade de que a nova raiz de estado Rollup é uma atualização válida confirmada para o pai chain A última raiz de estado Rollup válida, somente a transação de atualização de estado com uma prova válida pode avançar com sucesso o estado Rollup após a confirmação.

O ZK Rollup empacota os dados da transação na rede principal e, ao mesmo tempo, envia um certificado de validade para provar que essas transações são válidas. Ao receber essas transações, ele verificará diretamente esses certificados de validade. Se não houver nenhum problema com o certificado, significa que essas transações são válidas e os usuários não precisam esperar mais para retirar ativos.

No ZK Rollup, o usuário reproduz e verifica todas as mudanças de estado com base nos dados empacotados, mas o ZK Rollup publica menos dados, e só precisa publicar os dados mínimos necessários para reconstruir o saldo da conta e o estado mais recente, para que o ZK Rollup possa processar mais transações ao mesmo tempo, menos recursos de computação e armazenamento incluídos na cadeia principal também reduz o congestionamento na cadeia, e a velocidade também é reduzida porque não há acúmulo de dados de transação, resultando em custos de transação mais rápidos e baratos na cadeia.

Melhorias de extensão do ZK Rollup para Bitcoin

O ZK Rollup melhora o rendimento. À medida que mais e mais transações na rede Bitcoin precisam ser comprovadas válidas em cada camada Rollup, a dificuldade de criar a prova de validade necessária aumenta. A solução do ZK Rollup para a computação necessária para criar essas provas é paralelizá-las usando composição de prova recursiva. A recursão é essencialmente "provar a validade de uma prova", então muitos computadores podem provar a validade de diferentes transações e, em seguida, essas provas podem eventualmente ser combinadas em uma única prova, permitindo que vários computadores sejam dimensionados horizontalmente ao mesmo tempo, ajudando assim a provar a eficácia da transação. Ambas as provas SNARK e STARK podem implementar combinações de provas recursivas sem confiança.

Em termos de aplicação, esta prova recursiva permitirá que o modelo de conta ZK Rollup comprima as transações de segundo nível, melhore a escalabilidade aumentando o número de transações e a capacidade extra de transação trazida pode ser usada para suportar mais transações Lightning Network, que podem ser aumentado para auto-hospedagem O número de usuários que ingressam e usam a Lightning Network de uma forma que também expande a Lightning Network.

Rollups soberanos no Bitcoin

Rollups soberanos

Os Rollups Sovereign são diferentes do design Rollup atual. No passado, tanto o Rollup OP quanto o Rollup ZK precisavam usar contratos inteligentes para confirmar a execução de Rollups, mas os Rollups Sovereign não exigem contratos inteligentes ou camadas de liquidação, daí o nome "Sovereign" .

Observando OP e ZK Rollup, eles tendem a usar L1 como camada de disponibilidade de dados e camada de consenso. No entanto, o Sovereign Rollup usa apenas a camada 1 para disponibilidade de dados, garantindo uma conexão mais direta com a camada base. Um Sovereign Rollup difere de um Rollup comum porque possui uma regra de seleção de bifurcação que permite bifurcar independentemente de sua camada base. Em vez disso, um Rollup normal delegará sua escolha de bifurcação à sua camada de liquidação, pois precisa garantir a correção do Rollup.

Em sua essência, o Sovereign Rollup é um blockchain que publica suas transações na camada de disponibilidade de dados para consenso e disponibilidade de dados. A Camada de Disponibilidade de Dados não garante que as transações Sovereign Rollup estejam corretas. Ele apenas classifica as transações e verifica se elas estão disponíveis. Os anteriores OP e ZK Rollups contavam com contratos inteligentes da Ethereum para verificar se suas transações estavam corretas, geralmente por meio de fraude ou prova de validade. No Sovereign Rollup, o nó determina se a transação está correta. Seu nó fará o download de todas as transações e verificará se são válidas. Se a transação for inválida, a transação será rejeitada.

Sovereign Rollup Scaling Melhorias para Bitcoin

O Sovereign Rollup é atualmente a solução mais popular no Bitcoin Rollup. A principal diferença entre ele e o ZK Rollup é que o Sovereign Rollup é independente da rede principal. O ZK Rollup usa a rede principal como camada de disponibilidade de dados e camada de liquidação. Os dados relevantes não serão apenas armazenados na rede principal, mas a transação também será verificada pelo contrato inteligente na rede principal, enquanto o Sovereign Rollup usa apenas um camada da blockchain como a camada de disponibilidade de dados, mas não utiliza uma camada para realizar a liquidação. Portanto, para Bitcoin com poder de computação limitado na rede principal, esta solução será mais amigável do que o ZK Rollup.

Nesta solução, usando a estrutura modular do Rollup, os desenvolvedores podem inserir uma camada de execução personalizada e uma camada de disponibilidade de dados, o Sovereign Rollup gerencia sua própria execução e liquidação, enquanto transfere o consenso e a disponibilidade de dados para a rede principal da camada 1 do Bitcoin. Esta solução não requer contratos inteligentes nem utiliza a camada de liquidação para verificação Rollup, a segunda camada não é afetada pelo ataque à rede principal da primeira camada, e possui um consenso próprio, que é mais escalável.

Em termos de aplicação, o Sovereign Rollup é mais como uma espécie de RaaS no futuro, usando a disponibilidade de dados do Bitcoin, os desenvolvedores podem criar Rollup com qualquer ambiente de execução, herdando a garantia de disponibilidade de dados e garantia de segurança do Bitcoin. Por exemplo, Rollkit, o produto de estrutura Rollup modular da blockchain modular Celestia, pode executar EVM em Bitcoin como Rollkit Sovereign Rollup integrando a camada de disponibilidade de dados Bitcoin Sovereign Rollup, expandindo a aplicação de Rollup e ajudando o Bitcoin a abrir um mercado ecológico mais amplo.

Resumir

No esquema ZK Rollup, sua segurança depende fortemente de seu relacionamento com sua cadeia principal.Várias aplicações no ZK Rollups poderão herdar a descentralização e segurança da rede Bitcoin e melhorar a escalabilidade da questão do modelo econômico da rede Bitcoin. Esse relacionamento resolve para Rollup dois recursos principais que faltam em outros protocolos "off-chain": segurança herdada de gasto duplo e ponte bidirecional segura. Embora os benefícios que ele pode trazer para o Bitcoin incluam maior rendimento das transações, melhor privacidade nas transações e maior flexibilidade, essas vantagens não são isentas de custo ou risco, pois também envolvem atualizações de software do Bitcoin e mudanças de consenso.

No esquema Sovereign Rollup, ele tem seu próprio consenso, pode ser executado independentemente de uma camada de blockchain, pode definir suas próprias regras de verificação e liquidação de transações e possui maior autonomia. Mas é essa independência que também perde uma camada de segurança do blockchain até certo ponto e, devido ao mecanismo de consenso separado, a implementação de atualizações do Sovereign Rollup pode ser complicada. O desenvolvimento atual do Sovereign Rollup ainda está no estágio inicial. Com a pesquisa e o aprofundamento desse campo, como a tecnologia futura se desenvolverá para construir sua segurança também merece nossa atenção de acompanhamento.

O desenvolvimento em torno do Rollup prova que o Bitcoin pode ser a cadeia subjacente para mais operações do que nunca. Em geral, seja no Bitcoin ou em qualquer outro L1, o Rollup muda a forma como percebemos os dados de transações on-chain, verificação de provas e transações on-chain envolvendo grandes quantidades de dados, direcionando como armazenamos, lemos e utilizamos on-chain Os últimos desenvolvimentos na discussão de dados, que por sua vez fornecem outra dimensão para a discussão de escalabilidade do Bitcoin, especialmente porque os desenvolvedores tentam criar uma economia ecológica completa no blockchain do Bitcoin. Rollups ainda estão em sua infância, no entanto, seu impacto potencial é promissor.

referências