ZK Rollup Technologie

Wie im vorherigen Modul erläutert, ist zkRollup die Technologie hinter zkSync. Diese Layer-2-Scalability-Lösung wurde entwickelt, um die Transaktionsdurchsatz von Ethereum zu erhöhen und die Kosten zu senken, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.

ZkRollup funktioniert, indem es mehrere Transaktionen außerhalb der Kette in einem einzigen Stapel aggregiert. Dieser Stapel wird dann off-chain verarbeitet, und es wird ein kryptografischer Beweis generiert, der als zkSNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) bekannt ist, um die Richtigkeit der Transaktionen zu überprüfen. Dieser Nachweis wird zur Überprüfung an das Ethereum-Mainnet übermittelt, um sicherzustellen, dass die Transaktionen sicher und gültig sind, ohne dass jede einzelne auf der Blockchain verarbeitet wird.

Vergleich mit optimistischen Rollups

Optimistic Rollups gehen davon aus, dass Transaktionen standardmäßig gültig sind und nur Berechnungen durchführen, um Betrug zu erkennen, wenn eine Herausforderung von einer beteiligten Partei erhoben wird. Obwohl sie die Gaskosten reduzieren, erfordern sie eine Streitfrist, die die Endgültigkeit und Lösungen verzögern kann.

ZKRollups bieten sofortige Endgültigkeit und erhöhen die Sicherheit, da sie die Notwendigkeit eines Streitzeitraums beseitigen. Im Allgemeinen gelten sie als sicherer und effizienter, sind jedoch auch in architektonischer Hinsicht komplexer zu implementieren.

Der wichtigste Vorteil der zkRollup-Technologie besteht darin, die Transaktionsdurchsatz zu erhöhen, während die hohen Sicherheitsstandards für Sidechains und die Hauptkette aufrechterhalten werden.

On-Chain-Datenverfügbarkeit und Sicherheitsmaßnahmen

Die Verfügbarkeit von Daten ist besonders wichtig, insbesondere wenn es darum geht, die Integrität und Sicherheit von Rollup-Systemen wie ZKS zu gewährleisten. In ZKS wird das Konzept der Zustandsunterschiede verwendet, um die Datenübermittlung an Ethereum zu optimieren. Anstatt detaillierte Transaktionsdaten zu veröffentlichen, übermittelt ZKS Zustandsunterschiede, die Änderungen im Zustand der Blockchain darstellen. Dieser Ansatz reduziert die Menge an Daten, die an das Hauptnetz übermittelt werden müssen, und senkt so die Gasgebühren.

zkSync verfügt über eine technische Architektur, die darauf ausgelegt ist, die Skalierbarkeit und Sicherheit für Ethereum-Transaktionen zu verbessern. Diese Architektur besteht aus einer Reihe von Komponenten, die zusammenarbeiten, um einen hohen Durchsatz und niedrige Transaktionskosten zu erreichen und gleichzeitig die Sicherheit des Ethereum-Mainnets zu gewährleisten.

Elemente der ZKSync-Architektur

Quelle: @luozhu/BJWtCYpFi"">https://hackmd.io/@luozhu/BJWtCYpFi

Node Implementierung

Der zkSync-Knoten ist dafür verantwortlich, Transaktionen von Benutzern zu empfangen und zu verarbeiten. Er pflegt den Off-Chain-Zustand und aggregiert Transaktionen in Chargen, die dann versiegelt und On-Chain eingereicht werden. Der Knoten stellt sicher, dass die Transaktionsdaten korrekt verarbeitet und gespeichert werden, was den effizienten Betrieb des zkRollup-Systems ermöglicht.

ZK Schaltungen

Zero-Knowledge-Schaltkreise (ZK) sind mathematische Konstrukte, die die Berechnungslogik darstellen, die für überprüfbare Beweise erforderlich ist. In zkSync definieren diese Schaltkreise die Regeln für die Transaktionsausführung innerhalb der EraVM (der virtuellen Maschine von zkSync). Die Schaltkreise sollen sicherstellen, dass jede Transaktion, die außerhalb der Kette verarbeitet wird, auf der Blockchain verifiziert werden kann, wodurch die Integrität und Sicherheit des Systems gewahrt bleibt.

Prover

Der Beweiser ist eine wichtige Komponente, die kryptographische Beweise (zk-SNARKs) für die außerhalb der Kette verarbeiteten Transaktionen erstellt, um die Richtigkeit der Transaktionsausführung zu bestätigen, wenn sie dem Ethereum-Hauptnetz zur Überprüfung vorgelegt werden. Die Rolle des Beweisers hilft sicherzustellen, dass nur gültige Transaktionen in das zkRollup aufgenommen werden, um Betrug zu verhindern und die Datenintegrität zu gewährleisten.

EraVM

zkSync verwendet eine spezialisierte virtuelle Maschine namens EraVM, die auf einer Register-basierten Architektur anstelle der Stapel-basierten Architektur der Ethereum Virtual Machine (EVM) arbeitet. EraVM ist optimiert für die Erzeugung von Zero-Knowledge-Beweisen, was den Prozess der Überprüfung komplexer Berechnungen on-chain vereinfacht. Diese virtuelle Maschine ist zentral für die Fähigkeit von zkSync, Transaktionen effizient zu verarbeiten und zu überprüfen.

Beweisaggregation

zkSync nutzt Proof-Aggregationstechniken, um die Skalierbarkeit zu verbessern. Einfache Proof-Aggregation beinhaltet die gemeinsame Überprüfung unabhängiger Beweise auf Ethereum L1, um die Häufigkeit von Abwicklungen zur Einsparung von Gasgebühren zu reduzieren. Schichtweise Proof-Aggregation ermöglicht es ZK-Ketten, als Layer-3-Netzwerke zu fungieren, die ihre Beweise auf eine Zwischen-Layer-2-ZK-Kette abwickeln, was eine schnellere interne Kettenkommunikation und atomare Transaktionen ermöglicht. Dieser modulare Ansatz gewährleistet Skalierbarkeit und effiziente Überprüfung im gesamten Netzwerk.

Souveränität und Modularität

Die Architektur von zkSync ist so konzipiert, dass sie souverän und modular ist, was es Entwicklern ermöglicht, ihre ZK-Chains gemäß spezifischer Anforderungen anzupassen. Dazu gehört die Konfiguration der Transaktionssequenzierung, der Datenverfügbarkeitsrichtlinien und der Konsensmechanismen. Das modulare Design stellt sicher, dass Entwickler die volle Kontrolle über ihre Chains haben und maßgeschneiderte Lösungen für verschiedene Anwendungsfälle ermöglichen, während die Kompatibilität innerhalb des Ethereum-Ökosystems gewährleistet wird.

Diese umfassende Architektur ermöglicht es zkSync, skalierbare, kostengünstige und sichere Lösungen für eine Vielzahl von Blockchain-Anwendungen anzubieten, von DeFi- und NFT-Marktplätzen bis hin zu Unternehmenslösungen und Cross-Chain-Interoperabilität.

Highlights

• Detaillierte Erklärung der zkRollup-Technologie und ihrer Vorteile.
• Vergleich von zkRollup mit anderen Rollup-Technologien.
• Erklärung der Datenverfügbarkeit und Sicherheitsmaßnahmen in ZKS.
• Beschreibung der Schlüsselkomponenten der zkSync-Architektur und ihrer Interaktionen.