Zk-rollups là một giải pháp mới giúp giải quyết vấn đề về khả năng mở rộng của Ethereum, tức là khả năng xử lý nhiều giao dịch cùng một lúc. Viết tắt “Zk” đến từ “Zero-knowledge,” chỉ việc chứng minh sự đúng đắn của một giao dịch mà không cần tiết lộ thông tin cụ thể về giao dịch đó.
Zk-rollups thực hiện việc tập hợp nhiều giao dịch (off-chain) lại với nhau trên một tầng 2 của Ethereum. Thay vì đưa toàn bộ thông tin giao dịch lên chuỗi chính, Zk-rollups chỉ cần gửi những chứng minh ngắn gọn về tính hợp lệ của các giao dịch này. Những chứng minh này được tạo ra thông qua mã hóa mà không cần tiết lộ thông tin thực sự trong giao dịch.
Kết quả là, khả năng xử lý của mạng Ethereum tăng đáng kể. Zk-rollups có thể xử lý hàng ngàn giao dịch mỗi giây với mức phí thấp hơn so với việc thực hiện các giao dịch trực tiếp trên chuỗi chính. Tất cả những điều này giúp cải thiện hiệu suất và giảm chi phí giao dịch trên mạng Ethereum.
Cách hoạt động của ZK-rollups
- Thành phần trên chuỗi (on-chain): ZK-rollups sử dụng một thành phần trên chuỗi để duy trì quỹ và theo dõi số dư tài khoản của người dùng. Tuy nhiên, thay vì thực hiện giao dịch trực tiếp trên chuỗi chính, việc này diễn ra trên một tầng tính toán riêng biệt.
- Nhà điều hành (operators): Các nhà điều hành là các nút chịu trách nhiệm thu thập các giao dịch từ người dùng. Họ tổng hợp những giao dịch này thành các lô (batches) và thực hiện chúng trên một máy ảo ngoại chuỗi.
- Chứng minh tính hợp lệ (validity proof): Sau khi thực hiện giao dịch ngoại chuỗi, các nhà điều hành tạo ra chứng minh mật mã gọi là “chứng minh tính hợp lệ.” Điều này đảm bảo toán học rằng các thay đổi trạng thái mới là kết quả của việc thực hiện đúng đắn các giao dịch trong lô.
- Gửi thông tin lên chuỗi: Các chứng minh tính hợp lệ cùng với trạng thái tài khoản mới nhất được gửi đến một hợp đồng thông minh trên chuỗi. Hợp đồng kiểm tra tính hợp lệ của chứng minh và xác minh rằng các giao dịch đã được thực hiện đúng cách ngoại chuỗi.
- Cập nhật trạng thái: Nếu chứng minh được xác minh là hợp lệ, hợp đồng thông minh cập nhật trạng thái của mình để phản ánh sự thay đổi trong ZK-rollup.
Nhờ cơ chế này, giao dịch trong ZK-rollups có thể hoàn tất ngay sau khi chứng minh tính hợp lệ được xác minh trên chuỗi. Người dùng cũng có khả năng rút tiền từ rollup bất kỳ lúc nào mà không cần đợi các thách thức về bảo mật.
Các lợi ích chính của zk-rollups
- Khả năng mở rộng: Zk-rollups mang lại sự cải tiến đáng kể về khả năng xử lý giao dịch. Chứng minh tính hợp lệ được rút gọn đáng kể so với thông tin giao dịch đầy đủ. Điều này cho phép hàng nghìn giao dịch được nén thành một chứng minh chỉ có vài trăm byte. Điều này thực hiện được do chứng minh không cần chứa dữ liệu giao dịch để xác minh tính đúng đắn.
- Bảo mật: Zk-rollups thừa hưởng sự đảm bảo về bảo mật từ chuỗi khối gốc, bao gồm khả năng hoàn thành giao dịch. Chứng minh tính hợp lệ ngăn chặn các hoạt động trái phép từ nhà điều hành ngoại chuỗi. Đồng thời, dữ liệu có sẵn trên chuỗi cho phép bất kỳ ai cũng có thể kiểm tra và xác minh trạng thái của zk-rollup.
- Chi phí thấp: Việc rút tiền từ zk-rollups diễn ra mượt mà và với phí thấp hơn, do giao dịch chỉ phụ thuộc vào việc xác minh chứng minh thay vì các thách thức gian lận. Người dùng cũng hưởng lợi từ việc giảm thiểu đáng kể các phí giao dịch nhờ quá trình nén hiệu quả.
- Không giả định về sự sống còn: Zk-rollups không bị ảnh hưởng bởi các cuộc tấn công từ chối dịch vụ, vì chứng minh đảm bảo tính đúng đắn của việc thay đổi trạng thái. Điều này giúp người dùng không cần theo dõi mạng liên tục để bảo vệ tài sản của họ.
Nhờ vào những lợi ích này, zk-rollups đã đóng góp quan trọng trong việc tối ưu hóa khả năng mở rộng, bảo mật và chi phí của các ứng dụng dựa trên Ethereum và các nền tảng blockchain khác.
Nhược điểm của zk-rollups
1. Chi phí tính toán cao: So với các giải pháp khác như Optimistic Rollups, zk-rollups đòi hỏi chi phí tính toán cao hơn. Việc tạo và xác minh các chứng minh kiến thức không giới hạn (zero-knowledge proofs) đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán và thời gian. Điều này có thể dẫn đến mức phí triển khai và hoạt động cao hơn.
2. Khung cơ học phức tạp: Zk-rollups sử dụng các khung cơ học và mật mã phức tạp để xây dựng các chứng minh kiến thức. Việc hiểu và triển khai các khía cạnh phức tạp này có thể đòi hỏi kiến thức chuyên sâu và kỹ năng kỹ thuật cao.
3. Chi phí triển khai và khó khăn trong triển khai: Do tính phức tạp của công nghệ, việc triển khai zk-rollups có thể gặp khó khăn và tốn nhiều thời gian. Ngay cả sau khi triển khai, việc duy trì và nâng cấp cũng có thể gặp khó khăn.
Mặc dù có nhược điểm này, zk-rollups vẫn đang là một giải pháp hứa hẹn trong việc tăng cường khả năng mở rộng và hiệu suất của các nền tảng blockchain. Sự cân nhắc cẩn thận giữa các lợi ích và nhược điểm của zk-rollups là quan trọng khi quyết định sử dụng chúng trong các ứng dụng và dự án.
Các dự án sử dụng ZK-rollups
Có nhiều dự án đang sử dụng ZK-rollups để cải thiện khả năng mở rộng và hiệu suất của các nền tảng blockchain. Một số dự án và đồng tiền mã hóa sử dụng ZK-rollups bao gồm:
Polygon (MATIC): Polygon đã sử dụng công nghệ ZK-rollup để tạo ra một giải pháp mở rộng tầng 2 cho Ethereum. Công nghệ ZK-rollup giúp Polygon nén gọn và xác minh các giao dịch với chi phí thấp hơn so với việc thực hiện giao dịch trực tiếp trên chuỗi chính của Ethereum. Polygon cung cấp khả năng tương thích với môi trường EVM và đã thu hút một hệ sinh thái đa dạng của các ứng dụng phi tập trung.
Ngoài ra, còn có nhiều dự án khác đang phát triển và triển khai giải pháp ZK-rollup, và sự quan tâm đối với công nghệ này đang tăng lên trong cộng đồng blockchain. Các dự án này hướng đến việc cải thiện khả năng mở rộng, bảo mật và hiệu suất của họ, và có thể sẽ đóng góp quan trọng trong việc phát triển các ứng dụng blockchain trong tương lai.
Dưới đây là tóm tắt về những dự án và công nghệ:
- Starkware: Starkware, dự án do Eli Ben-Sasson và Alessandro Chiesa sáng lập, hỗ trợ phát triển ZK-rollups sử dụng ngôn ngữ Cairo và công nghệ STARK-proof. Các dự án như dYdX sử dụng công nghệ này để cải thiện hiệu suất và khả năng mở rộng. Starkware cung cấp giao diện lập trình thân thiện cho nhà giao dịch và nền tảng NFT.
- ZK-Sync (Matter Labs): ZK-Sync của Matter Labs mở rộng hỗ trợ đầy đủ EVM và Solidity cho ZK-rollups. Với chứng minh SNARK và tương tác dễ dàng với Ethereum, nó tạo ra một cầu nối mượt mà đến tầng 2. Dự án này nhận được ủng hộ mạnh mẽ từ nhiều ứng dụng DeFi như Aave, Yearn.Finance và 1Inch Network.
- Loopring (LRC): Loopring là một giao thức sàn giao dịch phi tập trung, sử dụng giao dịch theo khối lượng lớn. Sàn giao dịch zkRollup của Loopring đã là một tiền phong trong việc triển khai tầng 2 trên Ethereum. Hiện tại, nó cũng hỗ trợ thị trường NFT của GameStop.
- MetaMask: MetaMask, nhà cung cấp ví tiền phong, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo điều kiện cho việc sử dụng ZK-rollups. Bằng cách tích hợp các nền tảng như Polygon và Loopring, MetaMask giúp người dùng dễ dàng truy cập vào ứng dụng phi tập trung trên cả lớp 1 và lớp 2, và đóng góp vào việc thúc đẩy sự áp dụng của giao dịch dựa trên ZK-rollup.
Những dự án này không chỉ đang thúc đẩy sự phát triển của công nghệ ZK-rollup mà còn giúp cải thiện hiệu suất và khả năng mở rộng của các ứng dụng blockchain trên nền tảng Ethereum và các mạng khác.
ZkEVM là gì và tại sao xây dựng nó
zkEVM (Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine) là một công nghệ đang được phát triển để mang tính tương thích của Máy ảo Ethereum (EVM) và hợp đồng thông minh đến zk-rollups bằng việc sử dụng chứng minh mật mã.
Và, ZkEVM cho phép các giao dịch và hợp đồng thông minh Ethereum hoạt động trong môi trường chứng minh mật mã về tính hợp lệ. Điều này tạo điều kiện cho sự kết hợp giữa tính bảo mật và khả năng mở rộng của EVM với sự hiệu quả mà zk-rollups mang lại.
Các dự án đang phát triển zkEVM bao gồm Applied ZKP (được hỗ trợ bởi Ethereum Foundation), Polygon zkEVM, Scroll, Taiko và ZKSync. Mặc dù có những phương pháp và tiếp cận khác nhau, mục tiêu chung của các dự án này là xây dựng một phiên bản zkEVM phi tập trung có khả năng quản lý các giao dịch phức tạp trên mạng Ethereum bằng cách sử dụng chứng minh zero-knowledge.
Nếu zkEVM trở thành một tầng 2 hoạt động hoàn toàn, điều này sẽ đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc mở rộng khả năng của Ethereum. Điều này cho phép nhà phát triển sử dụng các công cụ hiện có trong môi trường EVM, đồng thời tận dụng tốc độ giao dịch nhanh và chi phí thấp của zk-rollups. Sự thành công của các dự án zkEVM có thể đóng góp quan trọng trong việc thúc đẩy áp dụng các giải pháp tầng 2 trong các ứng dụng dựa trên Ethereum.
Zk-rollups và Optimistic Rollups là hai phương pháp khác nhau được sử dụng để cải thiện hiệu suất của Ethereum, tuy chúng có các chiến lược riêng biệt.
Zk-rollups:
- Gom nhóm nhiều giao dịch ngoại chuỗi lại và sử dụng chứng minh kiến thức không có giới hạn để xác minh tính hợp lệ của chúng trước khi đưa lên chuỗi khối.
- Tăng cường khả năng mở rộng và giảm chi phí giao dịch, mặc dù yêu cầu tính toán cao.
- Giao dịch được hoàn thành ngay lập tức, loại bỏ cần thiết phải có các chứng minh lừa đảo.
Optimistic Rollups:
- Giả định rằng tất cả các giao dịch đều chính xác, và gửi dữ liệu tối thiểu lên chuỗi. Chỉ khi phát hiện giao dịch không hợp lệ, chứng minh lừa đảo mới được tạo ra.
- Cải thiện khả năng mở rộng bằng cách giảm dữ liệu gửi lên chuỗi, nhưng hoàn thành giao dịch có thể bị trì hoãn cho đến khi kết thúc giai đoạn thách thức chứng minh lừa đảo.
- Chi phí thấp hơn so với zk-rollups, nhưng không yêu cầu chứng minh tính hợp lệ cho mỗi giao dịch.
Mặc dù cả hai giải pháp đều nhằm tăng tốc độ xử lý giao dịch, giảm phí và cải thiện hiệu suất tổng thể của Ethereum, chúng có điểm mạnh và yếu riêng. Trong ngắn hạn, Optimistic Rollups có thể được áp dụng nhanh hơn, nhưng zk-rollups cung cấp mức bảo mật và an ninh tốt hơn. Sự lựa chọn giữa hai phương pháp này sẽ phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng và mục tiêu sử dụng.
Hướng phát triển trong tương lai
Hướng phát triển trong tương lai của ZK-rollups đang hứa hẹn và sẽ có sự ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của Ethereum và ngành công nghiệp blockchain:
- Tăng hiệu suất: Mục tiêu chính của ZK-rollups là tăng tốc độ xử lý giao dịch và giảm phí. Công nghệ này dự kiến sẽ tiếp tục phát triển để đạt được hàng chục nghìn giao dịch mỗi giây trên mạng Ethereum, mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn và khả năng mở rộng mạnh mẽ hơn.
- Phi tập trung hóa: Nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc tạo ra các phiên bản phi tập trung hơn của ZK-rollups. Điều này sẽ cải thiện tính bảo mật và đảm bảo tính an toàn của mạng, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào các thực thể trung gian.
- Tương thích EVM: Phát triển ZK-rollups với khả năng tương thích với Máy ảo Ethereum (EVM) sẽ giúp hỗ trợ hợp đồng thông minh và các ứng dụng phi tập trung trên nền tảng Ethereum. Điều này có thể mở ra cơ hội cho việc chuyển đổi từ lớp 1 sang lớp 2 một cách mượt mà.
- Sự ứng dụng rộng rãi: Khi công nghệ zero-knowledge và zk-rollups trưởng thành, chúng có thể trở thành một phần quan trọng của hệ thống tài chính phi tập trung và dịch vụ web3. Sự ứng dụng rộng rãi của zk-rollups có thể giúp cung cấp các dịch vụ nhanh hơn, chi phí thấp hơn và an toàn hơn cho hàng triệu người dùng trên khắp thế giới.
Tóm lại, ZK-rollups đang trong giai đoạn phát triển sớm nhưng đã thể hiện tiềm năng lớn trong việc cải thiện khả năng mở rộng và hiệu suất của Ethereum. Các nỗ lực nghiên cứu và phát triển trong tương lai sẽ định hình cách zk-rollups sẽ đóng góp vào sự phát triển của ngành blockchain và ứng dụng phi tập trung.