Cosa sono gli zk-rollups?

La scarsa scalabilità delle blockchain provoca lentezza nelle transazioni, commissioni elevate e una cattiva esperienza utente. Tuttavia, questi problemi possono essere risolti tramite soluzioni Layer 1, come lo sharding, che mira ad aggiornare la blockchain stessa, e soluzioni Layer 2, come i rollup, che creano un livello sopra la catena esistente. I rollup sono una popolare soluzione Layer 2 che aggrega le transazioni off-chain per velocizzare i calcoli. Gli zk-rollups, una tipologia specifica di rollup, utilizzano le zero-knowledge proof, una tecnica crittografica che consente di verificare senza rivelare dati sensibili, garantendo privacy e sicurezza delle transazioni.

Principi di base

Con l'aumento dell'adozione delle criptovalute, affrontare la scalabilità delle blockchain diventa cruciale. La congestione in queste reti porta a tempi di transazione più lunghi e a commissioni maggiori. Due approcci principali mirano a risolvere questo problema: soluzioni Layer 1 e Layer 2.

• Le strategie Layer 1 si concentrano sul miglioramento della struttura core della blockchain, aumentando la sua capacità di elaborazione. Lo sharding, per esempio, divide la blockchain in segmenti più piccoli, permettendo transazioni in parallelo e aumentando il throughput.
• Gli approcci Layer 2 lavorano in parallelo con la blockchain base, gestendo le transazioni off-chain e poi incorporandole nella chain principale in batch. Le tecniche includono canali di stato, sidechain e rollup. Tra queste, i zero-knowledge rollup, o zk-rollups, impiegano prove crittografiche avanzate per garantire sicurezza ed efficienza.

Comprendere gli Zk-Rollups e le Zero-Knowledge Proofs

Per comprendere gli zk-rollups è essenziale sapere cosa sono i rollup e afferrare il concetto di zero-knowledge proof.

Cosa sono i rollup?

I rollup migliorano la scalabilità della blockchain elaborando i dati delle transazioni off-chain in aggregati, per poi inviare i risultati alla chain principale. Questo approccio riduce la congestione della blockchain e abbassa i costi di transazione, poiché l'elaborazione risulta più efficiente. Esistono due tipi di rollup: optimistic rollup e zk-rollup.

• Optimistic rollup presumono che tutte le transazioni aggregate siano valide. Prima che queste transazioni vengano aggiunte alla blockchain, è previsto un periodo di attesa che permette alla rete di sollevare contestazioni se necessario. Se una transazione viene contestata, esiste un processo per risolverla. Esempi noti di questo approccio sono Optimism, Arbitrum e opBNB.
• Zk-rollups, invece, convalidano ogni transazione tramite zero-knowledge proof, eliminando la necessità di un processo di risoluzione delle dispute. Questo accelera l'elaborazione delle transazioni rispetto agli optimistic rollup, ma richiede un'implementazione più complessa.

Cosa sono le zero-knowledge proof?

Le zero-knowledge proof (ZKP) sono tecniche crittografiche che permettono a una parte (il prover) di dimostrare la verità di un'affermazione a un'altra parte (il verifier) senza rivelare l'informazione sottostante. Una ZKP valida deve soddisfare tre criteri:

• Completezza: se l'affermazione è vera, una prova genuina la confermerà.
• Soundness: un prover falso non dovrebbe poter ingannare un verifier facendogli credere a un'affermazione errata.
• Zero-Knowledge: il verifier apprende soltanto la verità dell'affermazione, senza ottenere i dettagli sottostanti.

Una ZKP opera in tre fasi:

1. Witness: il prover offre un pezzo di informazione nascosta (il witness) per dimostrare di avere accesso a determinati dati senza condividerli esplicitamente.
2. Challenge: il verifier sfida il prover selezionando domande casuali da un insieme predefinito.
3. Response: il prover deve rispondere correttamente alle domande del verifier per convalidare la prova.

Combinando i rollup con le ZKP, gli zk-rollups possono ottenere un'elaborazione delle transazioni più veloce e sicura confermando la validità di ogni transazione senza rivelarne i dettagli, contribuendo così a migliorare la scalabilità della blockchain.

La struttura degli Zk-Rollups

Gli zk-rollups si basano su due componenti principali per funzionare:

• Contratti on-chain definiscono le regole che governano il protocollo zk-rollup. Questa struttura include un contratto principale che conserva i blocchi del rollup, traccia i depositi e facilita gli aggiornamenti chiave, oltre a un contratto verifier che verifica la validità delle zero-knowledge proof.
• Macchine virtuali off-chain eseguono le transazioni lontano dalla blockchain base (ad esempio Ethereum), operando all'interno di un livello secondario. Queste macchine virtuali funzionano in modo indipendente dalla chain principale, processando le transazioni off-chain per evitare il sovraccarico della rete principale.

Gli zk-rollups sono profondamente integrati con la blockchain Ethereum, pur gestendo i dati delle transazioni in modo da non congestionare il livello base. Invece di inviare informazioni dettagliate a Ethereum, sintetizzano le transazioni in prove aggregate, mantenendo la chain principale efficiente e senza ingombri.

Valutare vantaggi e svantaggi degli Zk-Rollups

Gli zk-rollups offrono numerosi vantaggi significativi, ma presentano anche alcuni svantaggi. Ecco una panoramica dei pro e dei contro associati al loro utilizzo.

Vantaggi degli Zk-Rollups

• Aumento del throughput: gli zk-rollups elaborano le transazioni off-chain, permettendo una maggiore scalabilità poiché le singole transazioni non vengono verificate sul livello base, con conseguente aumento del throughput.
• Riduzione della congestione: limitando la quantità di dati elaborati sulla blockchain principale, gli zk-rollups contribuiscono a ridurre la congestione e a minimizzare il rischio di bloat. I nodi completi devono memorizzare solo le zero-knowledge proof anziché tutti i dati delle transazioni.
• Commissioni più basse: con meno congestione sul livello base, le commissioni di transazione sono generalmente inferiori, offrendo una soluzione più economica.
• Migliore sicurezza: gli zk-rollups sono progettati con robuste funzionalità di sicurezza che garantiscono agli utenti la possibilità di recuperare i fondi anche se si verificano problemi nella rete del rollup. Questo rappresenta un vantaggio rispetto alle sidechain, che potrebbero compromettere i fondi in caso di guasto della rete.
• Periodo di challenge più breve: gli zk-rollups verificano le prove di validità invece di ogni singola transazione, portando a un periodo di contestazione più corto.

Svantaggi degli Zk-Rollups

• Complessità: gli zk-rollups sono intrinsecamente complessi da implementare e gestire, richiedendo tecniche crittografiche più sofisticate rispetto agli optimistic rollup.
• Vincoli del livello base: nonostante le loro efficienze, gli zk-rollups dipendono ancora dal livello base sottostante, che può imporre alcuni limiti.
• Fragmentazione della liquidità: soluzioni Layer 2 come gli zk-rollups possono portare alla dispersione della liquidità su diversi livelli, creando potenziali problemi quando la liquidità sul livello base diventa scarsa.

Pesando questi pro e contro, sviluppatori e utenti possono comprendere meglio se gli zk-rollups siano la scelta giusta per le loro specifiche esigenze blockchain.

Confronto tra Optimistic Rollups e Zk-Rollups

Di seguito un confronto tra optimistic rollup e zk-rollup, focalizzato sulle principali differenze e caratteristiche.

Optimistic Rollups

• Assunzione: le transazioni sono considerate valide a meno che non venga dimostrato il contrario.
• Sistema di contestazione: esiste un periodo di challenge durante il quale la rete può contestare transazioni sospette. Vengono utilizzate fraud proof per convalidare le dispute.
• Complessità: l'implementazione è relativamente semplice.
• Adozione: più comunemente adottati grazie alla minore complessità.
• Esempi: esempi noti includono Optimism, Arbitrum e opBNB.

Zk-Rollups

• Assunzione: ogni transazione viene convalidata tramite zero-knowledge proof.
• Sistema di contestazione: non è richiesto un periodo di challenge, poiché tutte le transazioni sono pre-convalidate.
• Complessità: l'implementazione coinvolge tecniche crittografiche complesse a causa dell'uso delle zero-knowledge proof.
• Adozione: meno diffusi rispetto agli optimistic rollup.
• Esempi: zkSync e Starknet.

Ogni approccio presenta benefici e compromessi unici: gli optimistic rollup privilegiano la semplicità e una più ampia adozione, mentre gli zk-rollup offrono maggiore sicurezza e una riduzione del rischio di frode.

Conclusione

La scalabilità è diventata una questione critica nella tecnologia blockchain, spesso vista come la chiave per sbloccarne il pieno potenziale. Un sistema che non scala è di utilità limitata. I rollup, sia optimistic sia zk, sono emersi come soluzioni efficaci per affrontare questa sfida. Gli zk-rollups, con il loro metodo unico, offrono maggiore velocità, ridotta congestione e sicurezza migliorata. Sebbene comportino una complessità maggiore, i loro vantaggi sono significativi. Chiunque sia interessato al futuro delle valute digitali dovrebbe comprendere gli zk-rollups. Nel nostro sforzo di migliorare le prestazioni blockchain, questa tecnologia giocherà un ruolo cruciale nel plasmare il futuro.