Смотрим в будущее с Optimism: как Rollups решают проблему масштабирования Ethereum

Решения масштабирования второго уровня (L2) стремительно развиваются, а конкуренция между проектами растет.

L2-технологии значительно ускоряют и удешевляют транзакции, не принося в жертву децентрализацию. Это актуально в условиях высоких комиссий Ethereum, из-за которых все больше пользователей переходят на альтернативные DeFi-платформы вроде Fantom, Avalanche и Binance Smart Chain.

ForkLog разобрался в особенностях L2-решения Optimistic rollups, сопоставил преимущества и недостатки технологии, а также оценил перспективы масштабирования Ethereum.

Положение дел в L2-сегменте

Согласно данным L2BEAT, совокупный объем ликвидности в L2-протоколах превышает $5 млрд. Это не так уж много в сравнении с общим TVL сектора DeFi (~$190 млрд). Однако прослеживается тенденция к росту показателя на фоне развития решений второго уровня и не теряющей актуальности проблемы масштабирования Ethereum.

В сегменте L2 с большим отрывом лидирует Arbitrum, однако набирают популярность технологически схожие платформы — Metis Andromeda, Optimism и Boba Network. 

Устойчивое положение также занимают решения на базе ZK-Rollups — технологии, на которую возлагает надежды Виталик Бутерин. 

На скриншоте ниже видна разница в стоимости транзакции для Ethereum и различных решений второго уровня.

Polygon Hermez, Loopring и ZKSync на базе ZK-Rollups предлагают пользователям самую низкую стоимость транзакций. 

Пионеры L2 сегмента — Optimistic Ethereum и Arbitrum One — не самые дешевые альтернативы, несмотря на больший TVL. Существенно ниже комиссии у Boba Network.

Ранее мы рассказали об особенностях Arbitrum и описали два основных пути решения проблемы масштабирования Ethereum. В этой статье мы подробнее рассмотрим другие проекты на базе Optimistic rollups и попытаемся выяснить секрет их популярности.

Optimism

Команда Optimism первой начала разрабатывать EVM-совместимое решение на базе технологии масштабирования Optimistic rollups. Система работает поверх Ethereum и способна эффективно обрабатывать транзакции, наследуя высокую степень безопасности и децентрализации второй по капитализации криптовалюты.

Rollups снижают нагрузку на сеть, группируя транзакции и вынося часть вычислений за пределы Ethereum. Есть два основных типа Rollups: ZK-Rollups и Optimistic rollups (OR). В первом случае генерируются криптографические доказательства (SNARKs), используемые для включения транзакций в блокчейн и согласования состояний базовой сети и цепи второго уровня. 

Optimistic rollups опираются на «доказательства мошенничества» (fraud proofs). Не выполняя никаких вычислений по умолчанию, они «оптимистически» предполагают, что опубликованные в сети данные действительны, если не доказано обратное.

«Поскольку вычисления — медленная и затратная часть использования Ethereum, Optimistic rollups могут предложить улучшение масштабируемости в диапазоне 10-100х в зависимости от типов транзакций. Это число может еще больше увеличиться с введением шардов, поскольку в случае оспаривания транзакции будет доступно больше данных», — поясняется на сайте Ethereum.org.

В Optimism задействованы два типа нод — секвенсоры и верификаторы.Транзакции, отправляемые пользователями в сеть второго уровня, забираются секвенсорами. Последние криптографически подписывают обязательство в точности исполнить полученную транзакцию.  

Верификаторы могут оспорить валидность транзакционных предложений, отправленных секвенсорами. После этого Rollup проводит соответствующие проверки и вычисления, используя доступные данные о состоянии. 

Если выяснится, что предложение мошенническое, верификатор получает вознаграждение, а секвенсор подвергается наказанию — слешингу.

«Любой, кто может предпринять действия, которые понадобится доказывать, чтобы защитить свои средства, должен внести залог. Вы, по сути, берете немного ETH, блокируете их и говорите: “Эй, я обещаю говорить правду… Если я не скажу правду и мошенничество будет доказано, эти деньги подвергнутся слешингу», — пояснил сооснователь Optimism Бен Джонс.

По его словам, часть этих средств пойдет на оплату газа, который участники экосистемы потратили на доказательство мошенничества.

Таким образом, стимулы следующие: участники получают штрафы за недобросовестные действия и компенсации за доказательства мошенничества.

Для оптимизации работы системы и еще большего сокращения расходов газа транзакционные данные записываются в основную сеть Ethereum как calldata.

В 2021 году команда Optimism пожертвовала $1 млн для поддержки опенсорсных проектов на базе Ethereum.

Преимущества и недостатки Optimism

Из основных преимуществ Optimism можно выделить:

• EVM-совместимость;
• высокую степень безопасности данных;
• быстрые и недорогие транзакции.

EVM-совместимость означает беспрепятственную интеграцию — разработчики могут развернуть в Optimism любой dapp на базе Ethereum, не внося существенных изменений в его архитектуру.
 
В октябре команда Optimism анонсировала переход к концепции «EVM-эквивалентности».

«EVM-эквивалентность — полное соответствие спецификациям виртуальной машины Ethereum — станет новым универсальным стандартом в сфере L2», — подчеркнули разработчики.

В отличие от сайдчейнов вроде Ronin, работающих независимо и полагающихся на свои подходы к обеспечению безопасности, Optimism и другие подобные решения опираются на Ethereum. Транзакции хоть и обрабатываются в L2, но данные о них записываются и хранятся в основной сети. 

Как уже говорилось, Optimism помогает пользователям значительно сократить расходы на газ. Транзакции обрабатываются почти моментально.

Основной недостаток Optimism: из-за особенностей работы «доказательств мошенничества» вывод средств через официальный мост Optimism bridge занимает неделю. 

После отправки соответствующей транзакции вывод отменить нельзя — пользователю придется ждать свои ETH семь дней. Кроме того, стоимость вывода может достигать $100 и более, в зависимости от стоимости газа в сети Ethereum.

К счастью, есть кроссчейн-мосты от сторонних проектов вроде Hop Exchange и cBridge, позволяющие быстро перевести средства из одной сети в другую за небольшую комиссию.

Сеть Optimism полагается на заинтересованность верификаторов в том, чтобы оспаривать мошеннические предложения, а также на корректную и добросовестную работу секвенсоров.

«Если количество мошеннических предложений невелико или их нет вовсе, верификаторы получают меньше, либо вообще не получают награды за поддержание ноды», — пояснили аналитики Nansen.

По их словам, такая ситуация лишает верификаторов мотивации к активному участию в экосистеме. 

Если же нет верификаторов, секвенсоры могут по своему усмотрению отправлять мошеннические транзакции, что чревато сбоем сети. Однако, уверены в Nansen, такая ситуация маловероятна.

Помимо прочего, секвенсор может подкупить майнеров Ethereum, чтобы те позволили мошенническим предложениям беспрепятственно проходить проверку вычислениями по очень низкой стоимости.

«Такая ситуация может привести к полной утрате доверия к сети и к отказу последней», — подчеркнули в аналитической фирме.

Отличия Optimism от Arbitrum

Команда Optimism первой создала EVM-совместимый протокол на базе Optimistic Rollup, однако запуск основной сети несколько раз откладывался. Этим воспользовался проект Arbitrum, получив преимущество первопроходца.

Например, команда Uniswap планировала запустить платформу на базе Optimism вскоре после запуска третьей версии DEX. 

Концентрированная ликвидность и Optimism: удастся ли Uniswap удержать лидерство среди DEX?

Пока ожидался запуск Uniswap на базе Optimism, сообщество биржи одобрило интеграцию Arbitrum. 

Системы Optimism и Arbitrum во многом схожи. Их ключевое отличие заключается в логике «доказательств мошенничества». 

Optimism использует неинтерактивный подход в отношении fraud proofs, при котором для установления истины повторно выполняется вся транзакция и соответствующие вычисления в сети первого уровня. Arbitrum же использует интерактивный подход в контексте «доказательств мошенничества», где для установления корректного состояния сети проверка производится лишь для конкретного шага.

Преимущества неинтерактивного подхода заключаются в простоте реализации и более высокой скорости выполнения процесса благодаря устранению необходимости координации действий участников экосистемы. 

При разрешении спорных моментов Optimism больше полагается на EVM, чем Arbitrum. В первом случае, когда участник экосистемы предлагает fraud proof, вся транзакция проходит через виртуальную машину Ethereum. В случае с Arbitrum процесс разрешения спора проходит офчейн. Затем протокол отправляет «одношаговое утверждение» в EVM для финальной верификации. 

В рамках взятого курса на EVM-эквивалентность разработчики Optimism намерены перейти к интерактивной модели «доказательств мошенничества», а также достичь большей децентрализации.

«Разница между EVM-эквивалентностью и EVM-совместимостью в том, что в первом случае обработка выполняется на EVM, а во втором — на совместимой виртуальной машине вроде Arbitrum Virtual Machine, подобно тому, как это происходит сейчас у Arbitrum», — поясняется в блоге Nansen.

Не исключено, что в будущем появится поддержка Optimism на централизованных биржах вроде Binance и Huobi. Возможность переноса средств из CEX напрямую в экосистему, без мостов, может способствовать росту ее TVL. 

Согласно DeFi Llama, Arbitrum поддерживают 53 dapps (по состоянию на 23.01.2022), а Optimism — только 19 приложений. При этом более 40% от общего TVL экосистемы приходится на проект Synthetics, который одним из первых интегрировал Optimistic Ethereum.

Существенная разница между проектами не только в TVL и числе поддерживаемых платформ — суточное число транзакций в сети Arbitrum превышает показатель Optimism примерно в 17 раз.

В будущем можно ожидать сокращения разрыва в показателях, поскольку все больше протоколов намерены реализовать поддержку Optimism. Кроме того, недавно команда проекта отказалась от концепции «белого списка» и открыла доступ всем разработчикам. 

Ранее взаимодействовать с Optimism могли только авторизованные проекты вроде Uniswap и Synthetix. По словам разработчиков, это ограничение было необходимо для тестирования решения, поскольку небольшое число команд позволяло проще планировать и внедрять обновления. Представители авторизованных проектов, в свою очередь, всегда были на связи и оперативно сообщали об обнаруженных ошибках.

Как и в случае с Arbitrum, команда Optimism пока не сообщала о планах по выпуску нативного токена.

Metis Andromeda

Долгое время Arbitrum и Optimism конкурировали лишь друг с другом за лидерство среди проектов на базе Optimistic rollups. На них приходилась значительная доля в совокупном TVL протоколов на базе L2. Однако вскоре на горизонте появился новый игрок — Metis Andromeda. 

TVL этого проекта менее чем за месяц вырос более чем в 200 раз — с $1,6 млн (28.12.2021) до $335,6 млн (21.01.2022).

Этому способствовали рост нативного токена METIS и многочисленные интеграции. Недавно поддержку новой сети добавили платформы Beefy Finance и Pickle. 

На скриншоте выше видно, что львиная доля TVL экосистемы приходится на биржу NetSwap, представляющую собой форк Uniswap. Можно предположить, что популярности этой DEX во многом способствовал аирдроп ее нативного токена NETT для ранних последователей.

Запущенный в 2018 году проект Metis позиционируется как более быстрая и эффективная версия Optimism. Его основатели: Елена Синельникова, также известная по проекту CryptoChicks, Кевин Лю и Юань Су. Релиз токена METIS состоялся в 2020 году.

Metis Andromeda — EVM-совместимая платформа. В ее основе лежит форк Optimism Virtual Machine под названием Metis Virtual Machine (MVM).

Как и другие решения на базе Optimistic rollups, в экосистеме Metis задействованы секвенсоры, которые упорядочивают и «упаковывают» транзакции перед отправкой финальных состояний в основную сеть Ethereum. 

Особенность Metis Andromeda в том, что множество секвенсоров объединяются в ончейн-структуры, именуемые «децентрализованными автономными компаниями» (Decentralized Autonomous Companies, DACs). На каждом блоке протокол случайным образом выбирает новый секвенсор из DAC, чтобы потом отправить изменение состояния в мейннет. 

DAC по своей сути схожи с ДАО. Проект Metis позиционирует их как ончейн-организации, предоставляющие возможность пользователям сотрудничать и совершать определенные действия в экосистеме (например, запускать пул секвенсоров или новое приложение на MVM). Чтобы подтверждать пакеты транзакций, секвенсорам нужно стейкировать METIS. 

Пользователи также могут выступать в качестве «рейнджеров» (Rangers), контролируя активность секвенсоров. Если подтверждается fraud proof, «рейнджеры» получают вознаграждение в METIS, а секвенсоры подвергаются слешингу.

Из особенностей Metis:

• интеграция IPFS для дешевого и конфиденциального хранения данных;
• быстрая проверка в процессе отправки изменений состояния в Ethereum благодаря использованию «рейнджеров»;
• наличие Polis Middleware — программного обеспечения для упрощения запуска и переноса приложений с Web 2.0 на Web 3.0;
• возможность запуска новых слоев исполнения для DAC, что должно способствовать масштабированию;
• настраиваемые уровни доступа к MVM.

Помимо свойственным OR-решениям почти мгновенным и недорогим транзакциям, Metis Andromeda предлагает более быстрый вывод средств в основную сеть Ethereum. Это достигается благодаря переработанной системе обнаружения мошенничества с  использованием «рейнджеров», которая позволяет сократить время подтверждения изменения состояния с нескольких дней до нескольких часов.

TVL протокола Metis Andromeda сопоставим с Optimism — $411 млн и $485 млн соответственно (данные L2Beat по состоянию на 24.01.2022).

Boba Network

Это еще один протокол на базе Optimistic rollups, популярность которого во многом обусловлена аирдропом токена BOBA для держателей OMG Network.

Запуск основной сети Boba Network состоялся 20 сентября 2021 года. Над платформой работает команда проекта Enya, являющаяся участником OMG Foundation.

Протокол работает на базе Optimism. Однако, как отметил основатель проекта Алан Чиу, вывод средств в Ethereum происходит в течение считанных минут.

«У нас есть функция под названием Hybrid Compute, позволяющая разработчикам создавать продвинутые алгоритмы, которые слишком дороги для работы ончейн», — подчеркнул Чиу.

По его словам, нативный для Ethereum язык Solidity сильно ограничивает возможности DeFi-разработчиков, многим из которых «пришлось упростить свои алгоритмы».

Чиу добавил, что протокол также ориентирован на юзкейсы с NFT.

TVL платформы Boba Network составляет $245 млн (по состоянию на 24.01.2022).

Преимущества модульных архитектур

Блокчейнам присуща проблема, известная как «трилемма масштабируемости». Она заключается в сложности создания одновременно быстрой, децентрализованной и безопасной сети. Поэтому зачастую разработчикам приходится выбирать и оптимизировать максимум два компонента из трех.

Аналитики Nansen убеждены, что запуск ETH 2.0 и переход с Proof-of-Work на Proof-of-Stake — лишь «верхушка айсберга» в процессе разрешения вышеупомянутой трилеммы.

«Реальная конечная цель заключается в создании совершенно нового фреймворка для масштабирования, предполагающая переход от монолитных блокчейнов к модульным», — подчеркнули эксперты.

В монолитных системах все вычисления производятся в одной сети. Большинство блокчейн-систем следуют такому подходу. 

На фоне очередного сбоя сети Solana некоторые участники сообщества усомнились в жизнеспособности монолитной структуры.

Solana being down for 48 hours multiple times now makes me question the viability of a monolithic structure.

It’s clear the winning blockchain of the future will likely be one with a modular architecture.

Bullish $ETH 2.0 🚀 & Cosmos Ecosystem.

— Daniel Cheung (@HighCoinviction) January 22, 2022

«Лидирующий блокчейн будущего, вероятно, будет с модульной архитектурой. Бычий настрой в отношении ETH 2.0 и экосистемы Cosmos», — написал инвестор Даниэль Чун.

Модульные блокчейны разделяют системы на уровни исполнения, безопасности и доступности данных. Каждый уровень строится поверх другого, выполняя определенную роль. 

В случае с Ethereum уровень L1 отвечает за безопасность и доступность данных, а построенный поверх него L2 — за исполнение транзакций.

Базовый уровень Ethereum в настоящее время способен обрабатывать лишь около 15 TPS. L2 могут значительно повысить этот показатель — до 2000-4000 TPS.

Решения второго уровня вполне могут сосуществовать с шардингом в рамках Ethereum 2.0, что теоретически позволит обрабатывать в будущем тысячи или даже миллионы транзакций в секунду.

«Как только наступит Фаза 1 и Rollups переместятся в экосистему Eth2 с использованием шардинга для хранения данных, мы поднимемся до теоретического максимума в ~100 000 TPS», — говорится в статье Виталика Бутерина «Rollup-ориентированная дорожная карта Ethereum».

Бутерин убежден, что Rollups являются ключом к решению проблемы масштабирования Ethereum не только в кратко- и среднесрочной перспективах, но и в долгосрочной. Важно также беспрепятственное взаимодействие различных блокчейн-экосистем и L2-решений, которому должны способствовать кроссчейн-мосты.

Выводы

Решения на базе Optimistic rollups динамично развиваются, предлагая обычным пользователям быстрые и недорогие транзакции, а разработчикам — простоту интеграции и множество юзкейсов благодаря EVM-совместимости.

Среди таких решений прочные позиции удерживают Arbitrum и Optimism. Оба проекта не прекращают разработки, стремясь к повышению производительности систем и децентрализации.

Набирают популярность новые протоколы — Metis Andromeda и Boba Network, предлагающие быстрый вывод средств благодаря пересмотренному подходу к fraud proofs. У обоих проектов есть собственные токены, цены которых продемонстрировали тесную корреляцию с растущим TVL.

С запуском Ethereum 2.0 проекты на базе Rollups не утратят актуальность, а, наоборот, значительно расширят возможности благодаря шардингу. Учитывая темпы развития сегмента DeFi и связанных с ним NFT, ДАО, GameFi и метавселенных, L2-решения будут играть важную роль для множества проектов и криптоиндустрии в целом. 

С уверенностью можно сказать, что участники рынка только выиграют от конкуренции между монолитными и модульными системами.

Подписывайтесь на канал ForkLog в YouTube!