Cosa sono gli ZK rollup?

Gli ZK rollup sono reti di livello 2 che eseguono le transazioni fuori dalla catena principale e poi inviano a Ethereum una prova di validità zero-knowledge insieme a ogni batch. La prova è un piccolo dato crittografico che dimostra che ogni transazione del batch ha rispettato le regole, così Ethereum può verificare il risultato senza rieseguire nulla.

Poiché la correttezza viene dimostrata prima che un batch venga regolato, i rollup ZK raggiungono rapidamente la finalità definitiva su Ethereum. I prelievi vengono completati una volta verificata la prova, di solito entro pochi minuti o poche ore, quindi gli utenti non devono attendere una finestra di contestazione.

Il compromesso storico era costituito da costi e complessità, perché coprire ogni operazione della Ethereum Virtual Machine richiedeva anni di ingegneria specializzata. Questo ostacolo è in gran parte caduto e sistemi di prova generici come SP1 di Succinct, RISC Zero e OpenVM ora possono provare la normale esecuzione di Ethereum scritta in codice standard, perciò la maggior parte delle nuove chain che nascono oggi sceglie fin dall'inizio le validity proof.

Che cosa sono gli optimistic rollup?

Gli optimistic rollup pubblicano i risultati delle transazioni su Ethereum e presumono che siano corretti. Chiunque gestisca un verificatore può contestare un batch durante una finestra di contestazione, di solito di sette giorni, presentando una prova di frode che obbliga Ethereum a ricontrollare il calcolo contestato e ad annullarlo se non è valido.

Questo design è più semplice da realizzare ed economico da gestire, perché nel funzionamento normale non viene generata alcuna prova. Questo vantaggio iniziale spiega perché le tre maggiori reti layer 2 generaliste, Base, Arbitrum One e OP Mainnet, usano tutte architetture optimistic e detengono la maggior parte del valore dell'ecosistema.

Il prezzo da pagare è l'attesa. Un prelievo tramite il bridge nativo richiede l'intero periodo di contestazione per essere finalizzato, quindi gli utenti aspettano una settimana oppure pagano un bridge di terze parti perché anticipi loro la liquidità. Il modello presuppone inoltre che almeno una parte onesta osservi la chain e sia pronta a contestare tempestivamente una frode, un'ipotesi che le prove crittografiche eliminano.

ZK Rollup e Optimistic Rollup: le principali differenze

Entrambi i design ereditano la sicurezza di Ethereum pubblicando i propri dati su mainnet ed entrambi sono diventati molto più economici dopo che EIP-4844 ha introdotto l'archiviazione dei blob. Le differenze rilevanti riguardano il modo in cui ciascuno convalida lo stato.

• Validazione dello stato: i rollup ZK dimostrano la correttezza di ogni batch prima del regolamento. I rollup optimistic regolano subito e si affidano alle fraud proof per individuare in seguito i batch non validi.
• Finalità del prelievo: i prelievi ZK si completano una volta verificata la prova di validità su Ethereum, di solito entro poche ore. I prelievi optimistic tramite il bridge canonico devono attendere la finestra di contestazione di sette giorni.
• Assunzioni di sicurezza: la sicurezza zk poggia sulla solidità del sistema di prova e sulla correttezza del contratto verificatore. La sicurezza optimistic richiede inoltre un osservatore onesto che individui e contesti le frodi prima che la finestra si chiuda.
• Struttura dei costi: le chain optimistic evitano i costi di prova nel funzionamento normale. Le chain ZK pagano per ogni prova, anche se le spese dei prover sono diminuite di circa 45 volte con la maturazione di hardware e sistemi di prova.
• Compatibilità EVM: gli optimistic rollup riutilizzano i client di Ethereum quasi invariati. Le zkEVM moderne hanno colmato gran parte del divario, quindi la compatibilità non determina più la scelta.
• Profondità dell'ecosistema: le chain optimistic detengono la liquidità e la copertura applicativa più profonde. I design ZK sono in testa negli appchains che richiedono un regolamento rapido, come l'exchange di contratti perpetui Lighter.

Quale tipo di rollup è più sicuro?

Sulla carta, le validity proof offrono la garanzia più solida. Un ZK rollup non può finalizzare uno stato non valido finché la matematica e il contratto verificatore sono corretti, mentre un optimistic rollup dipende dal fatto che qualcuno noti una frode entro la finestra prevista. In pratica, per prima cosa valutiamo quanto controllo detenga ancora l'operatore.

L2Beat classifica ogni rollup secondo un sistema di stadi. Lo Stage 1 significa che il sistema di prove funziona senza permessi, gli utenti possono uscire verso Ethereum senza la cooperazione dell'operatore e gli aggiornamenti sono soggetti a un ritardo che dà agli utenti il tempo di andarsene. Lo Stage 0 significa che un multisig controllato dal team può ancora scavalcare il sistema.

All'inizio di agosto, Base, Arbitrum One, OP Mainnet, Ink, Unichain e Starknet si trovano allo Stage 1, mentre Linea, ZKsync Era e Scroll restano allo Stage 0 nonostante la loro architettura di prova più solida.

Anche i sistemi di prova più giovani comportano rischi propri. Diversi prover basati su STARK si fondano su congetture matematiche che i ricercatori hanno messo recentemente sotto pressione, motivo per cui gli sviluppatori di Ethereum ora richiedono una sicurezza dimostrabile di 128 bit prima che le zkEVM tocchino il consenso. Finché una chain ZK non abbina prove mature a una decentralizzazione di Stage 1, il vantaggio architetturale da solo risolve ben poco.

Il confine tra i due si sta facendo sempre più sfumato

Per capire dove sta andando la scalabilità, osserva il fronte optimistic. La generazione di prove è diventata un servizio commodity e strumenti come OP Succinct permettono a qualsiasi chain OP Stack di sostituire con uno swap le prove di frode con prove di validità senza ricostruire la propria infrastruttura.

Base, il layer 2 più grande per valore, è a metà di questo passaggio. Il suo aggiornamento Azul aggiunge prove zero-knowledge SP1 accanto alle attestazioni hardware affidabili in un design multi-prova, riducendo la finalità dei prelievi da sette giorni a uno quando entrambe le prove concordano, e il team lo descrive come una tappa intermedia verso la piena dimostrazione ZK.

Mantle e Taiko sono andati oltre e ora effettuano il regolamento con prove di validità, pur essendo nati come chain optimistic, mentre il rollup BOB, incentrato su Bitcoin, utilizza un sistema ibrido che risolve le controversie sulle frodi con una singola prova ZK invece di un lungo gioco di contestazione.

Non abbiamo trovato alcun esempio di una chain basata su validity proof che sia tornata alle fraud proof, quindi le vecchie etichette descrivono sempre più il punto di partenza di una chain anziché la sua direzione.

I principali esempi di ciascuno

I progetti qui sotto rappresentano oggi ciascun schieramento. Per un approfondimento sul versante ZK, consulta la nostra classifica dei migliori progetti di ZK rollup.

ZK Rollup

• Starknet: utilizza un proprio linguaggio, Cairo, e il prover Stwo, ed è la prima chain zk di dimensioni rilevanti a raggiungere la decentralizzazione di Stage 1.
• Linea: sviluppata da Consensys, la società dietro MetaMask, con un design strettamente allineato all'economia di Ethereum.
• ZKsync Era: il fiore all'occhiello dello stack ZKsync, il cui prover Boojum alimenta anche catene come Abstract.
• Scroll: punta alla compatibilità con Ethereum a livello di bytecode e dimostra l'esecuzione con il sistema OpenVM.
• Lighter: un rollup zk specifico per applicazione dedicato al trading di contratti perpetui e il rollup più attivo di qualsiasi tipo per operazioni degli utenti.

Optimistic rollup

• Base: la chain di Coinbase e il più grande rollup per valore protetto, che ora aggiunge prove ZK con l'aggiornamento Azul.
• Arbitrum One: il peso massimo storico della DeFi, protetto dal protocollo di contestazione permissionless BoLD.
• OP Mainnet: la chain OP Stack originale, il cui codice sta alla base anche di Base, Ink, Unichain e della più ampia Superchain.
• Ink: la rete di Kraken focalizzata sulla DeFi, già valutata Stage 1 a un anno dal lancio.
• Unichain: la chain di Uniswap orientata al trading, progettata per concentrare la liquidità degli swap sul proprio spazio di blocco.

Statistiche e adozione dei rollup

I dati di L2Beat di inizio agosto mostrano come si confrontano i due schieramenti in termini di dimensioni.

• Valore totale protetto: le reti di scalabilità di Ethereum detengono in totale 33,4 miliardi di dollari, di cui 26,8 miliardi di dollari si trovano su rollup che pubblicano i propri dati su Ethereum.
• Un mercato a due chain: Base (11,6 miliardi di dollari) e Arbitrum One (10 miliardi di dollari) detengono insieme circa il 80% del valore totale dei rollup, entrambe con architetture optimistic.
• Le maggiori chain con validity proof: Mantle è in testa con 1,2 miliardi di dollari dopo il passaggio dalle fraud proof, seguita da Lighter con 849 milioni di dollari e Starknet con 370 milioni di dollari.
• L'attività racconta una storia diversa: Lighter ha elaborato circa 875 operazioni utente al secondo nell'ultimo giorno, circa nove volte le 94 di Base, mostrando dove la finalità rapida fa la differenza.
• La coda lunga: L2Beat monitora 23 rollup completi e solo una manciata di piccole chain, come Facet e la rete per la privacy Aztec, ha raggiunto lo Stage 2, il grado finale di decentralizzazione.

Anche Ethereum passa agli zk

Il segnale più forte in tutto il dibattito è ciò che Ethereum sta facendo al proprio livello base. A metà dello scorso anno, la Ethereum Foundation ha fissato l'obiettivo di dimostrare il 99% dei blocchi della mainnet in meno di 10 secondi, abbastanza velocemente da permettere ai validatori di verificare una prova zero-knowledge invece di rieseguire ogni transazione.

A dicembre l'obiettivo è stato raggiunto. Il tempo di generazione delle prove è sceso da 16 minuti a 16 secondi, i costi si sono ridotti di 45 volte e la roadmap è ora passata al rafforzamento della sicurezza prima che i client zk arrivino sulla mainnet.

Gli aggiornamenti di supporto stanno procedendo secondo i tempi previsti. Fusaka è entrato in funzione lo scorso dicembre e ha introdotto PeerDAS, che permette ai nodi di verificare la disponibilità dei dati tramite campionamento anziché scaricando tutto, e i successivi fork dei blob hanno più che raddoppiato la capacità di dati su cui si basano i rollup.

Il prossimo hard fork, Glamsterdam, ristruttura la produzione dei blocchi in modo che i prover dispongano di diversi secondi per generare una prova, invece di uno o due.

Una volta che Ethereum verificherà nativamente le prove di validità, i sistemi di fraud proof inizieranno a sembrare una tecnologia di transizione, e ogni grande stack optimistic ha già inserito la dimostrazione ZK da qualche parte nella propria roadmap.

Rollup oltre Ethereum

Il modello rollup ha raggiunto anche Bitcoin, dove a lungo sembrava impossibile perché gli script di Bitcoin non possono verificare direttamente prove complesse. BitVM ha cambiato le cose, consentendo di risolvere le contestazioni per frode su Bitcoin senza alcuna modifica del protocollo, e oggi sostiene la prima generazione di bridge per Bitcoin a fiducia minimizzata.

Citrea ha messo in produzione l'idea a fine gennaio come primo ZK rollup attivo su Bitcoin. Esegue transazioni EVM, le dimostra con una zkEVM basata su RISC Zero e inscrive la prova compressa nella blockchain di Bitcoin, che funge sia da livello di regolamento sia da livello dati.

Il suo bridge Clementine richiede un solo partecipante onesto per mantenere al sicuro i prelievi, un modello molto più solido dei custodi federati da cui dipendevano le precedenti sidechain di Bitcoin. L'ecosistema è ancora minuscolo rispetto alle reti layer 2 di Ethereum, ma le questioni di progettazione che vi si affrontano sono le stesse su cui Ethereum lavorò anni prima.

In sintesi

I rollup zk e optimistic hanno risolto lo stesso problema di congestione da estremi opposti e, dopo anni di concorrenza, il mercato ha emesso un verdetto diviso. Le chain optimistic hanno vinto la corsa all'adozione, detenendo la stragrande maggioranza del valore e delle applicazioni, mentre le prove zero-knowledge hanno vinto il dibattito su dove dovrebbe approdare la tecnologia.

Per gli utenti, oggi la scelta dipende meno dall'architettura delle prove che da ciò che ogni chain offre attorno ad essa. Le commissioni sono quasi identiche da quando sono arrivati i blobs, quindi profondità dell'ecosistema, tempi di prelievo e lo stadio L2Beat di una chain sono i criteri che valuteremmo per primi. Ci aspettiamo che le etichette stesse svaniscano nei prossimi anni, man mano che le chain con prove di frode aggiungono prove di validità e che Ethereum completa la trasformazione del proprio livello base nel più grande sistema verificato con ZK delle crypto.