ZK-ROLLUPS VÀ MÔ HÌNH CHỨNG MINH TÍNH HỢP LỆ ĐƯỢC GIẢI THÍCH

Zero-knowledge rollup (zk-rollups) là một loại giải pháp mở rộng quy mô lớp 2 được sử dụng trong các mạng blockchain, đặc biệt là Ethereum, được thiết kế để tăng đáng kể thông lượng giao dịch trong khi vẫn duy trì mức độ bảo mật cao. Chúng hoạt động bằng cách đóng gói hoặc "cuộn" hàng trăm, thậm chí hàng nghìn giao dịch thành một giao dịch duy nhất và thực hiện chúng ngoài chuỗi. Sau khi hoàn tất các giao dịch này ngoài chuỗi khối chính (còn được gọi là lớp 1), một bằng chứng mật mã ngắn gọn — được gọi là bằng chứng xác thực — sẽ được gửi lên chuỗi để xác minh rằng tất cả các giao dịch được xử lý theo lô đã được thực hiện chính xác.

Ý tưởng cốt lõi của zk-rollups xoay quanh việc tận dụng các bằng chứng không kiến ​​thức (cụ thể là zk-SNARK hoặc zk-STARK) để đảm bảo dữ liệu giao dịch vừa chính xác vừa hợp lệ mà không tiết lộ toàn bộ nội dung của mỗi giao dịch. Phương pháp này cho phép xử lý giao dịch hiệu quả hơn, đồng thời giảm gánh nặng tính toán và lưu trữ trên blockchain chính.

Zk-rollups có một số đặc điểm chính:

• Tính khả dụng của dữ liệu: Dữ liệu giao dịch thường được lưu trữ trên chuỗi để bất kỳ người quan sát nào cũng có thể tái tạo trạng thái bằng cách sử dụng dữ liệu và logic xác thực.
• Bảo mật: Vì bằng chứng xác thực được xác minh bởi blockchain lớp 1, nên mô hình bảo mật được kế thừa từ lớp cơ sở.
• Thông lượng: Bằng cách chỉ gửi một bằng chứng duy nhất cho nhiều giao dịch, zk-rollups cho phép tăng đáng kể thông lượng so với thực thi lớp 1.

Các dự án như zkSync, StarkNet và Scroll là những ví dụ về các nhà phát triển triển khai giải pháp zk-rollup trên Ethereum. Các nền tảng này hướng đến mục tiêu giảm thiểu phí giao dịch, rút ​​ngắn thời gian xác nhận và giúp blockchain mở rộng quy mô hiệu quả, đồng thời vẫn duy trì bản chất phi tập trung và không cần tin cậy của công nghệ nền tảng.

Về bản chất, zk-rollup là một sáng kiến ​​được thiết kế để giải quyết những thách thức lâu dài về khả năng mở rộng và chi phí mà Ethereum và các blockchain tương tự khác đang phải đối mặt. Bằng cách chuyển tính toán ngoại tuyến và chứng minh tính chính xác trên chuỗi, chúng mở rộng giới hạn mà các hệ thống phi tập trung có thể đạt được.

Thành phần cơ bản cho phép zk-rollup duy trì bảo mật trong khi vẫn đạt được khả năng mở rộng là mô hình chứng minh tính hợp lệ. Chứng minh tính hợp lệ là một biểu diễn mật mã ngắn gọn — có thể xác minh bằng toán học — chứng minh rằng một tập hợp các giao dịch được thực hiện ngoài chuỗi tuân thủ các quy tắc và logic chính xác mà không tiết lộ chi tiết nội bộ của các giao dịch đó. Mô hình này trái ngược với phương pháp chống gian lận cũ được sử dụng bởi các rollup lạc quan, trong đó các giao dịch ngoài chuỗi được coi là hợp lệ trừ khi được chứng minh ngược lại.

Theo mô hình chứng minh tính hợp lệ, mỗi lô zk-rollup bao gồm một chứng minh được tạo bởi một trình chứng minh ngoài chuỗi đặc biệt. Chứng minh này sau đó được xác minh bởi một hợp đồng thông minh của trình xác minh được triển khai trên blockchain lớp 1. Việc xác minh thành công chứng minh tính hợp lệ xác nhận rằng tất cả các giao dịch được bao gồm đã được thực hiện một cách trung thực theo các quy tắc của giao thức blockchain. Chỉ khi đó, gốc trạng thái mới (hàm băm mật mã của trạng thái blockchain được cập nhật) mới được chấp nhận vào blockchain.

Có hai loại bằng chứng không kiến ​​thức chính được sử dụng trong zk-rollups:

• zk-SNARK (Đối số kiến ​​thức ngắn gọn không tương tác không kiến ​​thức): Được sử dụng trong các dự án như zkSync, cung cấp thời gian xác minh nhanh và kích thước bằng chứng nhỏ, nhưng thường yêu cầu giai đoạn thiết lập đáng tin cậy để khởi tạo các tham số.
• zk-STARK (Đối số kiến ​​thức minh bạch có thể mở rộng không kiến ​​thức): Được sử dụng trong các nền tảng như StarkNet của StarkWare, các nền tảng này minh bạch và chống lượng tử, không yêu cầu thiết lập đáng tin cậy nhưng tạo ra các bằng chứng lớn hơn.

Những lợi ích chính của việc sử dụng mô hình bằng chứng hợp lệ trong zk-rollups bao gồm:

• Tính cuối cùng: Các giao dịch được bao gồm trong một zk-rollup và xác nhận trên chuỗi được coi là hoàn tất gần như ngay lập tức, nhờ vào độ chắc chắn được cung cấp bởi bằng chứng xác thực.
• Bảo mật: Vì mạng lớp 1 chỉ chấp nhận các chuyển đổi trạng thái đi kèm với bằng chứng đã được xác minh, nên nó giảm đáng kể rủi ro bề mặt tấn công.
• Hiệu quả: Việc xác minh bằng chứng đã nén đòi hỏi ít tài nguyên hơn nhiều so với việc xác thực từng giao dịch riêng lẻ trên chuỗi.

Hơn nữa, không giống như các thiết kế dựa trên các động cơ kinh tế để phát hiện gian lận, mô hình xác thực đảm bảo rằng các lô không chính xác thậm chí không thể được thực thi vì chúng đơn giản là không thể tạo ra bằng chứng hợp lệ. Điều này làm cho zk-rollup đặc biệt mạnh mẽ và phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu giao dịch nhanh chóng, an toàn và tiết kiệm chi phí, chẳng hạn như thanh toán vi mô, giao thức DeFi và nền tảng giao dịch NFT.

Cuối cùng, bằng chứng xác thực là yếu tố cho phép zk-rollup mở rộng quy mô blockchain một cách hiệu quả mà không ảnh hưởng đến tính phi tập trung hoặc bảo mật, đánh dấu một bước tiến đáng kể trong quá trình phát triển của các hệ thống phi tập trung có khả năng mở rộng.

zk-Rollups mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng và nhà phát triển trong hệ sinh thái blockchain. Nổi bật nhất là cải thiện hiệu suất, giảm chi phí và đảm bảo an ninh chặt chẽ hơn. Tuy nhiên, giống như bất kỳ công nghệ mới nổi nào, zk-rollup cũng đi kèm với một loạt thách thức cần được cân nhắc kỹ lưỡng.

Ưu điểm của zk-rollup

• Thông lượng cao: Bằng cách tổng hợp nhiều giao dịch thành một bằng chứng duy nhất, zk-rollup có thể xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây — vượt xa giới hạn của hầu hết các blockchain lớp cơ sở.
• Phí giao dịch thấp: Chi phí cho mỗi giao dịch thấp hơn đáng kể vì bằng chứng nén tất cả hoạt động ngoài chuỗi thành một giao dịch nhỏ trên chuỗi.
• Kế thừa bảo mật: Zk-rollup có được tính bảo mật từ lớp cơ sở (ví dụ: Ethereum), nghĩa là chúng được hưởng lợi từ sự đồng thuận mạnh mẽ, phi tập trung của chuỗi lớp 1.
• Kết thúc nhanh chóng: Không giống như các rollup lạc quan, có thể có thời gian tranh chấp lên đến một tuần, zk-rollup cung cấp Thời gian thanh toán gần như tức thì vì bằng chứng xác thực quyết định tính chính xác của giao dịch.
• Hiệu quả Dữ liệu: Khi các tập dữ liệu nhỏ hơn được tải lên blockchain, điều này sẽ làm giảm sự phình to và cải thiện hiệu quả của toàn bộ mạng.

Thách thức và Hạn chế

• Độ phức tạp của Trình chứng minh: Việc tạo bằng chứng xác thực đòi hỏi nhiều tính toán, có khả năng yêu cầu phần cứng chuyên dụng, điều này có thể hạn chế khả năng tiếp cận của các nhà phát triển nhỏ hơn.
• Độ phức tạp trong Phát triển: Việc viết các ứng dụng thân thiện với zk thường đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về mạch zk và các ngôn ngữ liên quan như Cairo (được sử dụng trong StarkNet) hoặc Zinc (được sử dụng trong zkSync).
• Hạn chế của Hợp đồng Thông minh: Các môi trường zk-rollup hiện tại có thể không hỗ trợ đầy đủ các tính năng tương thích với EVM, điều này có thể hạn chế việc áp dụng cho một số ứng dụng phi tập trung.
• Mối quan ngại về Thiết lập Tin cậy: Một số Các giải pháp dựa trên zk-SNARK yêu cầu một thiết lập đáng tin cậy, nếu bị xâm phạm, có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của hệ thống. zk-STARK giúp giảm thiểu điều này nhưng phải trả giá bằng kích thước bằng chứng lớn hơn và thời gian chứng minh lâu hơn.
• Trải nghiệm người dùng: Mặc dù mã hóa nền tảng liền mạch, nhưng sự cần thiết của các bộ chuyển tiếp và cơ chế bắc cầu có thể gây ra sự phức tạp cho người dùng cuối không quen thuộc với bối cảnh kỹ thuật.

Bất chấp những rào cản này, không gian zk-rollup đang phát triển nhanh chóng. Những tiến bộ trong việc tăng tốc phần cứng, tối ưu hóa hệ thống bằng chứng và cải thiện công cụ phát triển đang giúp zk-rollup dễ tiếp cận và thiết thực hơn. Hơn nữa, lộ trình mở rộng quy mô của Ethereum bao gồm việc tăng cường hỗ trợ cho các rollup thông qua các dự án như phân mảnh dữ liệu của Ethereum 2.0, điều này sẽ nâng cao hơn nữa hiệu quả và khả năng ứng dụng của chúng.

Khi ngành công nghiệp tiếp tục phát triển, zk-rollup được kỳ vọng sẽ đóng vai trò là nền tảng của cơ sở hạ tầng blockchain có khả năng mở rộng, an toàn và chi phí thấp — đặc biệt là trong các lĩnh vực như DeFi, trò chơi điện tử và hệ thống nhận dạng Web3. Sự cân bằng giữa hiệu quả và bảo mật mà chúng đạt được khiến chúng trở thành một trong những cải tiến đầy hứa hẹn nhất về khả năng mở rộng quy mô của blockchain.