Was ist ein optimistisches Rollup?

Ein optimistisches Rollup ist eine Skalierungslösung vom Typ Layer 2, die auf Off-Chain-Berechnungen basiert, um Transaktionen, die in Layer 2 stattfinden, vertrauenswürdig aufzuzeichnen. Das System veröffentlicht regelmäßig eine Merkle-Wurzel der Transaktionen, die innerhalb des Rollups stattfinden, um den „Status“ zu aktualisieren. des Rollups auf der zugrunde liegenden Hauptblockchain. Ein Netzwerk externer Validatoren überprüft die Merkle-Wurzeln, um sicherzustellen, dass sie korrekt sind, bevor der Status einige Zeit später aktualisiert wird. Wenn eine Inkonsistenz auftritt, kann der Validator während des Streitzeitraums einen Betrugsnachweis veröffentlichen, der dazu führen kann, dass der Status des Systems auf den vorherigen gültigen Status zurückgesetzt wird.

Unterschied zwischen ZK-Rollup und optimistischem Rollup

Der Hauptnachteil optimistischer Rollups im Vergleich zu Zero-Knowledge-Rollups ist die Zeit, die Layer-2-Benutzer benötigen, um ihre Gelder wieder in die zugrunde liegende Blockchain abzuheben. Da ein optimistisches Rollup auf externe Validatoren angewiesen ist, um die Merkle-Wurzeln auf „Betrug“ zu überprüfen, bevor der Status aktualisiert werden kann, muss den Validatoren ausreichend Zeit zur Verfügung stehen, um die auf Ebene 2 stattgefundene Aktivität zu überprüfen und anzufechten.

Der Hauptvorteil optimistischer Rollups im Vergleich zu ihren Zero-Knowledge-Äquivalenten besteht darin, dass sie allgemeiner sind und Smart Contracts auf ähnliche Weise unterstützen können wie die zugrunde liegende Smart Contract-fähige Blockchain. Durch die native Unterstützung von Smart Contracts innerhalb des Rollups können Apps viel einfacher gestartet werden, ohne dass zusätzliche Entwicklung erforderlich ist.

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Optimistische Rollups erklärt  

Ein optimistisches Rollup ist eine Layer-2-Skalierungslösung, die den Durchsatz und die Latenz von Ethereum verbessern soll, indem Berechnungen und Datenspeicherung außerhalb der Kette verlagert werden. Diese Rollups reduzieren die Belastung des Ethereum-Mainnets und erhöhen dessen Skalierbarkeit durch die Verarbeitung von Transaktionen außerhalb des Ethereum-Mainnets.

Die drei Hauptkomponenten eines optimistischen Rollups sind:

1. Ein intelligenter Vertrag auf Ethereum

2. Ein Sequenzer

3. Eine Reihe von Validatoren

Der Smart Contract regelt die Interaktion zwischen der Layer-2-Kette und Ethereum. Der Sequenzer (ein Dritter) sammelt, ordnet und führt Transaktionen in der Layer-2-Kette aus. Validatoren, bestehend aus einer Gruppe von Knoten, überwachen die Layer-2-Kette und übermitteln Betrugsnachweise an den Smart Contract, wenn sie ungültige Transaktionen identifizieren.

Die Verwendung eines optimistischen Rollups erfordert, dass Benutzer Geld in den Ethereum-Smart-Vertrag einzahlen. Der Smart Contract sperrt dann das Geld und gibt ein Ereignis aus, das die Einzahlung signalisiert. Der Sequenzer empfängt das Ereignis und schreibt dem Benutzer entsprechende Token in der Layer-2-Kette gut.

Benutzer können in der Layer-2-Kette frei Transaktionen mit anderen Benutzern durchführen, die ebenfalls Geld in den Smart Contract eingezahlt haben. Sie signieren Transaktionen und übermitteln sie an den Sequenzer, der sie überprüft und einer Warteschlange hinzufügt.

In regelmäßigen Abständen bündelt der Sequenzer Tausende von Transaktionen in der Warteschlange in einem Block und übermittelt ihn als einzelne Transaktion an Ethereum. Der Block enthält minimale Daten, wie z. B. die Statuswurzel (eine Merkle-Wurzel des Zustands der Layer-2-Kette) und die Transaktionswurzel (eine Merkle-Wurzel der Transaktionen im Block). Der Smart Contract speichert diese Wurzeln und aktualisiert seinen Zustand entsprechend.

Der Sequenzer veröffentlicht die vollständigen Blockdaten außerhalb der Kette, entweder auf einem dezentralen Speichernetzwerk (z. B. IPFS) oder einem zentralen Server. Validatoren können auf diese Daten zugreifen und überprüfen, ob sie mit den in der Kette übermittelten Roots übereinstimmen. Wenn sie Unstimmigkeiten feststellen, können sie dem Smart Contract einen Betrugsnachweis vorlegen, der den ungültigen Block rückgängig macht und die Bindung des Sequenzers kürzt.

Wenn ein Benutzer Gelder von der Layer-2-Kette an Ethereum abheben möchte, muss er eine Exit-Anfrage an der Layer-2-Kette initiieren. Der Sequenzer fügt diese Anfrage in einen Block ein und übermittelt ihn an Ethereum. Der Smart Contract gibt dann die Gelder frei und überweist sie an die Adresse des Benutzers. Es gibt jedoch eine Wartezeit (in der Regel eine Woche), bevor die Auszahlung abgeschlossen wird, in der jeder die Auszahlung mit einem Betrugsbeweis anfechten kann, wenn dieser ungültig ist.

Das Hauptmerkmal optimistischer Rollups ist die Annahme, dass alle Transaktionen standardmäßig gültig sind, und dass sie nur dann überprüft werden, wenn ein Betrugsnachweis vorgelegt wird. Dies ermöglicht eine hohe Skalierbarkeit ohne Einbußen bei Sicherheit oder Dezentralisierung.

Arten von optimistischen Rollups

Bei optimistischen Rollups handelt es sich nicht um ein einzelnes Protokoll, sondern um eine Klasse von Protokollen mit gemeinsamen Funktionen und Designoptionen, darunter:

Ausführungsmodell

EVM-kompatible Rollups nutzen die Ethereum Virtual Machine (EVM) als Basisschicht und können so jeden Smart Contract, der auf Ethereum läuft, ohne Änderungen ausführen. EVM-äquivalente Rollups verwenden eine funktional äquivalente virtuelle Maschine, sodass sie die meisten Ethereum-Smart-Verträge mit geringfügigen Änderungen ausführen können.

Zu den EVM-kompatiblen Rollups gehören Optimism und Arbitrum, während zu den EVM-äquivalenten Rollups Boba Network und zkSync 2.0 gehören.

Datenverfügbarkeitslösung

Dezentrale Datenverfügbarkeitslösungen nutzen ein Peer-to-Peer-Netzwerk oder ein dezentrales Speichernetzwerk (z. B. IPFS), um Vollblockdaten zu speichern und zu verteilen. Zentralisierte Datenverfügbarkeitslösungen nutzen einen einzelnen Server oder einen vertrauenswürdigen Dritten, um Vollblockdaten zu speichern und bereitzustellen.

Dezentrale Lösungen sind sicherer und zensurresistenter, aber teurer und komplexer. Zentralisierte Lösungen sind billiger und einfacher, aber anfälliger und vertrauensabhängiger.

Beispiele für Rollups mit dezentraler Datenverfügbarkeit sind Optimism und Arbitrum, während solche mit zentralisierter Datenverfügbarkeit Boba Network und zkSync 2.0 umfassen.

Betrugssicherer Mechanismus

Interaktive betrugssichere Mechanismen erfordern ein Challenge-Response-Spiel zwischen dem Sequenzer und den Validatoren, um die Gültigkeit eines Blocks zu überprüfen. Nicht interaktive Betrugsschutzmechanismen nutzen kryptografische Beweise oder Zeugen, um die Gültigkeit eines Blocks ohne jegliche Interaktion zu überprüfen. Während interaktive, betrugssichere Mechanismen flexibler und allgemeiner, aber teurer und zeitaufwändiger sind, sind nicht-interaktive Mechanismen effizienter und schneller, aber restriktiver und spezialisierter.

Beispiele für Rollups mit interaktiven betrugssicheren Mechanismen sind Optimism und Arbitrum, während nicht interaktive betrugssichere Mechanismen in Boba Network und zkSync 2.0 zu finden sind.

Warum wird es als „optimistisches“ Rollup bezeichnet?

Bei optimistischen Rollups bezieht sich der Begriff „optimistisch“ auf die Annahme, dass alle Transaktionen standardmäßig gültig sind. Das bedeutet, dass die Layer-2-Kette Transaktionen nicht verifiziert oder validiert, bevor sie sie an Ethereum übermittelt, es sei denn, sie werden angefochten. Stattdessen stützt es sich auf wirtschaftliche Anreize und Betrugsnachweise, um die Korrektheit und Sicherheit des Systems zu gewährleisten.

Vorteile optimistischer Rollups

Niedrigere Gasgebühren

Durch die Verlagerung des Großteils der Berechnung und Datenspeicherung außerhalb der Kette reduzieren optimistische Rollups die Gasgebühren für Transaktionen. Sie sparen Gaskosten und steigern die Effizienz, indem sie Tausende von Transaktionen in einem einzigen Block zusammenfassen und nur minimale Daten in der Kette übermitteln.

Höherer Durchsatz

Optimistische Rollups steigern den Transaktionsdurchsatz, indem sie sie schneller und häufiger in der Layer-2-Kette verarbeiten. Sie können höhere Transaktionsgeschwindigkeiten und kürzere Bestätigungszeiten erreichen, indem sie die Überlastung und Einschränkungen der Basisschicht vermeiden.

Schnellere Bestätigungszeiten

Sofortige Bestätigungen in der Layer-2-Kette verbessern die Transaktionslatenz bei optimistischen Rollups.

Kompatibilität mit bestehenden Smart Contracts und Tools

Optimistische Rollups sind mit den bestehenden Smart Contracts und Tools von Ethereum kompatibel. Entwickler können bekannte Sprachen, Frameworks, Bibliotheken und Standards wie Solidity, EVM, ERC-20 usw. verwenden. Benutzer können auch dieselben Wallets, Browser und Schnittstellen wie MetaMask verwenden.

Sicherheit und Dezentralisierung

Optimistische Rollups beziehen ihre Sicherheit und Dezentralisierung aus der Basisschicht, indem sie Transaktionsergebnisse in der Kette veröffentlichen und sich auf Betrugsnachweise für die Richtigkeit verlassen.

Herausforderungen oder Einschränkungen optimistischer Rollups

Verzögerung der Betrugssicherheit

Dies ist der Zeitraum zwischen der Übermittlung einer betrügerischen Transaktion in der Kette und ihrer Umkehrung durch einen Betrugsnachweis. Während dieser Zeit ist die Layer-2-Kette möglicherweise nicht mit der Layer-1-Kette konsistent, was möglicherweise Auswirkungen auf die Benutzererfahrung und die Anwendungssicherheit hat. Die Betrugssicherheitsverzögerung dauert in der Regel eine Woche, kann jedoch je nach Implementierung und Netzwerkbedingungen kürzer oder länger sein.

Problem mit der Datenverfügbarkeit

Es stellt eine Herausforderung dar, sicherzustellen, dass die vollständigen Blockdaten außerhalb der Kette für jeden zugänglich sind, der eine Transaktion überprüfen oder anfechten möchte. Wenn Daten nicht verfügbar oder beschädigt sind, können keine Betrugsnachweise erstellt oder eingereicht werden, was möglicherweise die Sicherheit und Integrität des Systems gefährdet. Dezentrale und zentralisierte Datenverfügbarkeitslösungen können das Datenverfügbarkeitsproblem entschärfen, haben aber ihre eigenen Vor- und Nachteile.

Risiko der Sequenzer-Zentralisierung

Sich auf eine einzelne Entität oder eine kleine Gruppe von Entitäten zu verlassen, um Layer-2-Kettentransaktionen zu sammeln, anzuordnen und auszuführen, birgt das Risiko einer Zentralisierung. Ein böswilliger oder manipulierter Sequenzer könnte Transaktionen zensieren, neu anordnen oder manipulieren und so Benutzern und Anwendungen im Rollup schaden. Das Risiko einer Sequencer-Zentralisierung kann durch die Verwendung mehrerer Sequencer, die Randomisierung der Sequencer-Auswahl oder die Möglichkeit für Benutzer, den Sequencer zu umgehen, gemindert werden.

Kompatibilitätskompromiss

Während optimistische Rollups mit bestehenden Smart Contracts und Tools auf Ethereum kompatibel sind, geht diese Kompatibilität mit einem Kompromiss einher. Durch die Verwendung des gleichen Ausführungsmodells wie Ethereum übernehmen optimistische Rollups einige seiner Einschränkungen und Ineffizienzen, wie z. B. hohe Gaskosten für komplexe Berechnungen oder Speichervorgänge. Alternative Skalierungslösungen wie zk-Rollups verwenden ein anderes Ausführungsmodell, das für bestimmte Anwendungsfälle oder Domänen optimiert werden kann.

Mitwirkender: Ross Middleton, Mitbegründer und CFO bei DeversiFi   

Ross ist Mitbegründer von DeversiFi , einer Layer-2-Handelsplattform für dezentrale Finanzen (DeFi), die auf der skalierbaren Technologie von StarkWare basiert. Er ist für die Finanzen verantwortlich und betreut die Projektpartner und größten Kunden von DeversiFi.

Vor DeversiFi arbeitete Ross an den Börsen Ethfinex und Bitfinex. Bevor er zu Crypto kam, war Ross zehn Jahre lang professioneller Energiehändler und Analyst in London. Er arbeitete in globalen Energiehandelsabteilungen bei Unternehmen wie Centrica, Gazprom und RWE, um Mittel für fortschrittliche proprietäre, fundamental gestützte Handelsstrategien einzusetzen. Außerhalb der Handelswelt ist er ein engagierter Angel-Investor und Ironman-Triathlet. Ross bringt eine Fülle an nicht-traditionellen und traditionellen Vermögenshandels- und Geschäftserfahrungen sowie Verbindungen zum alternativen Finanzbereich mit. Ross hat einen BSc in Wirtschaftswissenschaften.