Rollups Layer 2 อธิบายตั้งแต่พื้นฐาน: Optimistic vs Zero-Knowledge Rollups

Ethereum ประสบปัญหาคอขวดอย่างมากเมื่อเครือข่ายมีความแออัด ค่าธรรมเนียมสำหรับการทำรายการจะพุ่งสูงถึงหลายสิบดอลลาร์ ทำให้ผู้ใช้ส่วนใหญ่ไม่สามารถใช้บริการได้ Layer 2 rollups เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาการขยายตัวของ Ethereum โดยไม่เสียสละความปลอดภัย บทความนี้จะอธิบายให้เข้าใจถึงการทำงานของ Layer 2 rollups ทั้ง optimistic rollups และ zero-knowledge (ZK) rollups รวมถึงข้อดีและข้อเสียของแต่ละวิธี พร้อมเปรียบเทียบให้เห็นความแตกต่าง เพื่อให้คุณสามารถเลือกใช้ rollup ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความต้องการของคุณ

ปัญหาการขยายตัวของ Ethereum และเหตุที่ต้องใช้ Layer 2

Ethereum เป็น blockchain ที่มีการกระจายอำนาจสูงและความปลอดภัยที่ยอดเยี่ยม แต่มีข้อจำกัดด้านความสามารถในการประมวลผล validators ของ Ethereum ต้องประมวลผลทุกรายการ เรียบเรียงพวกมันเป็น blocks และบันทึกลงบน blockchain ซึ่งแล้วสิ่งนี้จึงสร้างขีดจำกัดที่แน่นอนสำหรับจำนวนรายการที่ Ethereum สามารถจัดการได้ในวินาที

ในช่วงเวลาปกติ Ethereum สามารถประมวลผลได้ประมาณ 12-15 รายการต่อวินาที ซึ่งเหมาะสมสำหรับสมดุลระหว่างการกระจายอำนาจและประสิทธิภาพ แต่เมื่อมีความต้องการจำนวนมาก เช่นในช่วงเวลาของ DeFi mania หรือ NFT craze คนจำนวนมากพยายามส่งรายการไปพร้อมกัน สิ่งนี้สร้าง mempool ที่มีรายการรอคอยหลายพันรายการ

ผู้ใช้ต้องจ่ายค่า gas fee ที่สูงกว่าเพื่อให้ validators เลือกรายการของพวกเขาเข้าไปในบล็อก ค่าธรรมเนียมสามารถเพิ่มขึ้นจากเศษส่วนของดอลลาร์เป็นหลายสิบดอลลาร์สำหรับรายการเดียว นี่จึงเป็นปัญหา เพราะเมื่อค่าธรรมเนียมสูงการทำรายการขนาดเล็ก เช่นการแลกเปลี่ยนโทเค็นหรือการให้กู้ยืมบน DeFi เป็นการสิ้นเปลืองเงินที่ไม่คุ้มค่า

วิธีการทำงานพื้นฐานของ Layer 2 Rollups

Layer 2 rollups แก้ไขปัญหาการขยายตัวโดยย้ายการประมวลผลรายการออกจาก Ethereum mainnet ไปยังเครือข่ายแยกต่างหากที่เรียกว่า rollup สิ่งนี้ทำให้การประมวลผลรายการเร็วขึ้นมากและมีค่าธรรมเนียมต่ำลง

วิธีการทำงานพื้นฐานคือ: ผู้ใช้ส่งรายการไปยัง rollup เครือข่าย rollup ประมวลผลรายการนี้ได้รวดเร็ว จากนั้น rollup จะรวม batch ของรายการหลายๆ รายการเข้าด้วยกัน บีบอัด และส่งมันไปยัง Ethereum mainnet ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นภายในไม่กี่นาที ไม่ใช่ไม่กี่นาที

เนื่องจากค่าใช้จ่ายในการเขียนข้อมูลไปยัง Ethereum ได้กระจายไปทั่วรายการหลายๆ ร้อย การลดค่าธรรมเนียนต่อรายการจึงเป็นอย่างมาก ถ้าต้นทุนการเขียนไปยัง Ethereum คือ $100 และมี 1000 รายการในบัตชวน้อย ค่าธรรมเนียนต่อรายการจะกลายเป็นเพียง $0.10

สิ่งสำคัญที่ต้องเข้าใจคือ Layer 2 rollups ยังคงอาศัยความปลอดภัยของ Ethereum ทั้งหมด ข้อมูลที่ส่งไปยัง Ethereum ต้องติดตามสถานะของ rollup ผ่านกลไก cryptographic ทำให้ใครก็ตามสามารถตรวจสอบว่ารายการนั้นถูกต้องหรือไม่ ถ้าผู้ใดพยายามโกง ระบบจะจับความผิดได้และลดคุณค่าของพวกเขา

Optimistic Rollups: สมมติว่าทุกอย่างถูกต้องจนกว่าจะได้รับการพิสูจน์ว่าไม่

Optimistic rollups ทำงานบนหลักการตรงไปตรงมา: สมมติว่าทุกรายการนั้นถูกต้องโดยค่าเริ่มต้น และเพียงแต่ตรวจสอบหากมีใครเพิ่มเติมเรียกร้องการพิสูจน์ว่าเป็นการปลอม

เมื่อ validator (ผู้ดำเนินการรายการเครือข่าย) ส่งบัตชของรายการไปยัง Ethereum พวกเขาไม่ได้พิสูจน์ว่าแต่ละรายการถูกต้อง แทนที่จะเป็นเช่นนั้น พวกเขาเพียงแต่ส่งแฮชของสถานะใหม่ หลังจาก batch นี้ถูกส่ง มีช่วงเวลาที่เรียกว่า fraud-proof window ซึ่งมักจะใช้เวลา 7 วัน ในช่วงเวลานี้ ใครก็ตามสามารถดูข้อมูลและตรวจสอบว่าเป็นการปลอม

หากใครก็ตามพบข้อมูลที่ไม่ถูกต้อง พวกเขาสามารถริง challenge ขึ้นมาโดยการเดิมพันเงินของตนเอง ซึ่งจะเริ่มกระบวนการแก้ไขข้อพิพาท challenge นี้เป็นเกมการคำนวณแบบโต้ตอบที่ผู้ท้ายวางและ validator เล่นบน Ethereum ในเกมนี้พวกเขาทำการค้นหาแบบไบนารี่เพื่อหาจุดที่พวกเขาไม่เห็นด้วยจนกว่าพวกเขาหาระดับสั่งที่เดียว จากนั้น Ethereum สามารถตรวจสอบสั่งนั้นโดยตรง

ข้อดีของ optimistic rollups คือพวกเขาสามารถประมวลผลรายการได้อย่างรวดเร็ว เพราะไม่จำเป็นต้องสร้าง cryptographic proofs สำหรับแต่ละรายการ พวกเขาสามารถโอนไปยัง Ethereum ได้เร็ว ข้อเสียคือช่วงเวลา fraud-proof window หมายความว่ารายการไม่สามารถถูกถือว่าสุดท้ายโดยสมบูรณ์ไปยัง Ethereum จนกว่าจะผ่านไป 7 วัน นี่คือการเสียไปของความเร็ว

Zero-Knowledge (ZK) Rollups: พิสูจน์ความถูกต้องได้ทันที

Zero-knowledge rollups ใช้วิธีการที่แตกต่างเพื่อแก้ปัญหาการขยายตัว แทนที่จะสมมติว่าทุกรายการถูกต้อง พวกเขา cryptographically พิสูจน์ว่าการคำนวณทั้งหมดนั้นถูกต้องโดยใช้ proof system ที่เรียกว่า zero-knowledge proof

Zero-knowledge proof เป็นเทคนิค cryptographic ที่อนุญาตให้ผู้พิสูจน์โน้มน้าวคนอื่นว่าบางสิ่งเป็นความจริงโดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลประจำตัวทั้งหมด สำหรับ ZK rollups สิ่งนี้หมายความว่า validator สามารถพิสูจน์ว่าพวกเขาได้ประมวลผล 1000 รายการอย่างถูกต้อง โดยไม่ต้องเปิดเผยรายละเอียดของแต่ละรายการ

วิธีการนี้มีข้อดีสำคัญ: เมื่อ ZK proof ถูกตรวจสอบและตรวจสอบได้ โดย Ethereum ก็ถือว่าชุดรายการนั้นสุดท้ายและถูกต้องทันที ไม่มี fraud-proof window ที่ 7 วัน นี่หมายความว่า ZK rollups มีความเร็วในด้านการสร้างความสุดท้ายที่เร็วกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ optimistic rollups

อย่างไรก็ตาม ZK rollups มีข้อเสียเป็นหลัก: การสร้าง zero-knowledge proofs นั้นต้องใช้การคำนวณที่มากมาย สำหรับแต่ละ batch ของรายการ validator จำเป็นต้องสร้าง proof ที่พิสูจน์ว่าทั้ง batch นั้นถูกต้อง สิ่งนี้ต้องใช้เวลาและทรัพยากรการประมวลผลที่สำคัญ ส่งผลให้มีการล่าช้าที่ยาวขึ้นระหว่างเมื่อ batch ถูกประมวลผลและเมื่อมันสามารถถูกบันทึกบน Ethereum ได้

สุดท้ายแล้ว ZK rollups มีความเข้าใจและเพิ่มเติม จากมุมมองของนักพัฒนา การสร้าง smart contracts บน ZK rollups นั้นต้องเขียนโค้ดในลักษณะพิเศษเพื่อให้สามารถพิสูจน์ได้ สิ่งนี้อาจทำให้พบข้อบกพร่องต่าง ๆ มากขึ้น

เปรียบเทียบ Optimistic vs ZK Rollups: ตารางเปรียบเทียบ

การเปรียบเทียบตรงไปตรงมากับโต้ตอบแสดงให้เห็นว่า optimistic และ ZK rollups แต่ละอันมีจุดรับประกัน optimistic rollups ชนะในเรื่องของความเร็วและความสามารถในการใช้งาน (เนื่องจากมีความเข้ากันได้ที่ดีกับ Ethereum EVM) แต่พวกเขาแพ้ในเรื่องของความเร็วในการสร้าง finality

ZK rollups ชนะในเรื่องของ finality ที่เร็ว แต่พวกเขาต้องเสียสละความสามารถในการคำนวณและความเข้ากันได้ของการใช้งาน โดยทั่วไปแล้ว นักพัฒนาส่วนใหญ่เลือก optimistic rollups ในตอนนี้ เนื่องจากพวกเขาเข้าใจง่ายกว่าและมีความเข้ากันได้ที่ดีกว่ากับเครื่องมือและภาษาการเขียนโปรแกรมที่มีอยู่

ประวัติของ Rollups และการพัฒนา Layer 2

ความคิดเรื่อง rollups ไม่ใช่ใหม่ แต่การใช้งานจริงในโลกแห่งความเป็นจริงนั้นเพิ่งเกิดขึ้นเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา Arbitrum เปิดตัว mainnet ของมันเป็นครั้งแรกเมื่อปี 2021 ตามด้วย Optimism ไม่นานหลังจากนั้น ตั้งแต่นั้นมา rollups ได้เติบโตขึ้นมาเป็นสำคัญที่สุด Layer 2 scaling solutions ของ Ethereum

ในตอนแรก rollups ถูกมองว่าเป็นเทคโนโลยีทดลอง ที่มีความเสี่ยงสูง แต่ตั้งแต่นั้นมา Arbitrum และ Optimism ได้ได้รับการพิสูจน์และประเมินโดยชุมชน Billions ในมูลค่า Total Value Locked (TVL) ได้ถูกส่งไปยัง rollups เพราะมูลค่าต่อต้นทุนลดลงอย่างมาก

ZK rollups ตามด้วยด้านหลัง แต่พวกเขาได้เข้ามาอย่างแข็งแกร่งในสองสามปีที่ผ่านมา StarkNet และ zkSync ได้เปิดตัวและกำลังสร้าง ecosystem ของตัวเอง ZK proofs technology ยังคงพัฒนาอย่างรวดเร็ว และอาจจะเห็นการเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาลในการใช้ ZK rollups ในอนาคตอันใกล้

ประโยชน์และความเสี่ยงของการใช้ Rollups

ประโยชน์ที่สำคัญที่สุดของ rollups คือการลดค่าธรรมเนียมอย่างมหาศาล ผู้ใช้สามารถส่งรายการด้วยค่าธรรมเนียมเพียง 1% ของค่าธรรมเนียน Ethereum mainnet ได้ นี่จะเปิดใช้งานสูตรใหม่สำหรับการปรับปรุง DeFi เช่นการให้ยืม, การแลกเปลี่ยน, และการเล่นเกม

ข้อดีอื่น ๆ ได้แก่: ความเร็ว (รายการสามารถได้รับการยืนยันในวินาที แทนที่จะเป็นนาที) ความปลอดภัยของ Ethereum (rollups ยังคงขึ้นอยู่กับความปลอดภัยของ Ethereum mainnet) และความเข้ากันได้กับ Ethereum (ส่วนใหญ่ของ Ethereum ecosystem ได้ทำการพอร์ตไปยัง rollups)

อย่างไรก็ตาม มีความเสี่ยงบางอย่างที่ผู้ใช้ควรตระหนัก ความเสี่ยงของสัญญา (smart contracts บน rollups ยังสามารถมีข้อบกพร่องได้) ความเสี่ยงของเครือข่าย (ถ้า rollup มีช่องโหว่พื้นฐาน) ความเสี่ยงของสะพาน (เมื่อเชื่อมต่อ rollup ไปยัง Ethereum) และความเสี่ยงของ MEV (Maximal Extractable Value - ผู้ดำเนิน rollups อาจสามารถจัดการลำดับของรายการได้)

ข้อพิจารณาสำคัญอีกประการหนึ่งคือการสื่อสาร เนื่องจากการส่งข้อมูลระหว่าง rollup และ Ethereum mainnet ใช้เวลา (โดยเฉพาะกับ optimistic rollups) การถอนเงิน (bridging จาก rollup กลับไปยัง mainnet) อาจใช้เวลา 7 วันหรือมากกว่า

โครงการ Rollup หลักๆ ที่มีอยู่วันนี้

Arbitrum เป็นพื้นที่ที่ใหญ่ที่สุดของ optimistic rollups ด้วย TVL มหาศาล มันเป็นบ้านของ Uniswap, Aave, Compound, และหลากหลายโครงการ DeFi อื่น ๆ Arbitrum มีอัพเกรด Nitro ซึ่งปรับปรุงประสิทธิภาพ และแผนการพัฒนา Stylus ซึ่งจะอนุญาตให้นักพัฒนาเขียน smart contracts ในภาษาอื่นนอกเหนือจาก Solidity

Optimism เป็น optimistic rollup ที่สอง Optimism มีฐานผู้ใช้ที่ใหญ่มากและมีโครงการโพสต์ขนาดใหญ่หลายตัว เมื่อเร็ว ๆ นี้ Optimism ได้อัพเกรด bedrock ซึ่งปรับปรุงประสิทธิภาพและความยืดหยุ่น

StarkNet เป็น ZK rollup ที่ใหญ่และซับซ้อน เขียนโดยสตาร์กแวร์ ซึ่งเป็นผู้บุกเบิก ZK proofs StarkNet ใช้ Cairo programming language ซึ่งเป็นความจำเพาะเพื่อการสร้าง ZK proofs

zkSync เป็น ZK rollup ที่มากกว่า EVM-compatible ทำให้ง่ายต่อการพอร์ต Ethereum contracts zkSync เน้นการให้ความสำคัญกับการแปลง Ethereum และพื้นที่การทำงานของนักพัฒนา zkSync 2.0 ได้เปิดตัวในปี 2023

Projectระดับเดือนแบบเดียวกัน Scroll และ Linea เป็น EVM-compatible ZK rollups ที่มีความจุเหมือนกันโครงการเหล่านี้พยายามแสดงให้เห็นว่า ZK rollups อาจจะมี developer experience ที่ดีพอเท่ากับ optimistic rollups

อนาคตของ Rollups และแนวโน้ม Layer 2

การพัฒนาของ rollups ยังคงเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ในเวลาไม่นานมา เรามาดูว่าจะมี Ethereum upgrade ที่ชื่อว่า Proto-Danksharding (EIP-4844) ซึ่งจะทำให้ rollups สามารถส่งข้อมูลไปยัง Ethereum ได้ราคาถูกลงมากขึ้น

แนวโน้มอื่น ๆ ได้แก่ Layer 3 solutions ซึ่งจะเป็นเลเยอร์ที่สามของการขยายตัว สร้างบน Layer 2 Cross-chain messaging ซึ่งจะเอาใจใจการเคลื่อนย้ายข้อมูล/โทเค็นระหว่าง Layer 2 ต่างๆ และเทคโนโลยี MEV solutions ซึ่งจะลดประสิทธิของผู้ดำเนิน

โดยรวมแล้ว Ethereum rollups ได้สร้างเป็นจุดสำคัญของการพัฒนา Ethereum ในการขยายตัวและปรับปรุงประสิทธิภาพ ดูเหมือนว่าเทคโนโลยี rollups นี้จะอยู่ที่นี่นาน และเราจะเห็นการใช้ rollups ที่เพิ่มขึ้นอย่างมหาศาลในช่วงหลายปีที่จะมาถึง

วิธีใช้ Rollups: คำแนะนำฟื้นสำหรับผู้ใช้

ถ้าคุณสนใจที่จะเริ่มใช้ rollups โครงการแรกที่คุณต้องทำคือการเลือก rollup ที่คุณต้องการใช้ หากคุณต้องการการใช้งานที่กว้างขวางและต้องการ DeFi ที่หลากหลาย Arbitrum หรือ Optimism เป็นตัวเลือกที่ดี หากคุณต้องการเอกสารที่เปิด ZK rollup เช่น StarkNet หรือ zkSync อาจเป็นตัวเลือก

เมื่อเลือก rollup แล้ว ขั้นตอนถัดไปคือการเชื่อมต่อ rollup ไปยัง wallet ของคุณ โดยทั่วไป การแสดงรายชื่อเครือข่ายสำหรับ rollups ทั่วไปโดยเว็บไซต์เช่น Chainlist สำหรับการถ่ายโอนเงินของคุณจาก Ethereum mainnet ไปยัง rollup คุณจำเป็นต้องใช้สะพาน (bridge) มีสะพานอย่างเป็นทางการเช่น Arbitrum Bridge และ Optimism Bridge เลือก bridge ที่เหมาะสมกับ rollup ของคุณ

แล้วเข้า bridge ไปยัง rollup ผู้ใช้ต่างอนุมัติรายการ bridge ที่ต้องการและรอให้มันเสร็จสิ้น เมื่อขยายบน rollup แล้ว คุณสามารถเริ่มใช้ DeFi applications บน rollup ได้ ค่าธรรมเนียมจะลดลงอย่างมหาศาล และความเร็วจะเร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

คำถามที่พบบ่อย

สรุป

Rollups เป็นการพัฒนาที่สำคัญที่สุดในการปรับขยายตัวของ Ethereum เพราะมันแก้ไขปัญหาค่าธรรมเนียมที่สูง ในขณะเดียวกันก็ยังคงรักษาความปลอดภัย ทั้ง optimistic rollups และ ZK rollups มีข้อดีและข้อเสีย แต่ทั้งคู่มีความเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนแปลงวิธีการที่ผู้ใช้โต้ตอบกับ Ethereum ในอนาคต ไม่ว่าคุณจะเลือก Arbitrum, Optimism, StarkNet หรือ zkSync การเข้าใจ rollup technology คือสิ่งสำคัญสำหรับการปรับตัวต่อ Ethereum ในปัจจุบัน

บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาเท่านั้น ไม่ถือเป็นคำแนะนำทางการเงิน