Pengantar

Pengenalan Ethereum pada tahun 2015 menandai tonggak penting dalam evolusi teknologi blockchain, menawarkan platform untuk inovasi dan solusi terdesentralisasi. Namun, seiring dengan popularitas Ethereum yang meningkat pesat, skalabilitas dan biaya gas tinggi muncul sebagai tantangan yang tangguh. Meskipun menghadapi hambatan-hambatan ini, Ethereum tetap teguh dalam mengejar skalabilitas ekstrim tanpa mengorbankan desentralisasi atau keamanan.

Untuk menyelami solusi penskalaan Ethereum dan keseimbangan rumit antara skalabilitas, keamanan, dan desentralisasi, penting untuk memahami Trilema Blockchain—konsep mendasar dalam teknologi blockchain. Artikel ini mengeksplorasi lanskap solusi penskalaan yang beragam, termasuk pendekatan on-chain dan off-chain, dengan fokus pada solusi Roll-up. Dengan membandingkan Optimistic dan Zero-Knowledge Roll-ups, artikel ini bertujuan untuk menjelaskan kompromi dan manfaat yang halus dari masing-masing pendekatan, memberikan gambaran tentang implikasinya bagi masa depan Ethereum dan ekosistem blockchain secara umum.

Trilema Blockchain

Tiga fitur inti dari blockchain adalah skalabilitas, keamanan, dan desentralisasi.

Keamanan

Ini berarti menjaga jaringan agar aman dari serangan dan memastikan semua transaksi aman dan tidak dapat diubah.

Desentralisasi

Ini merujuk pada penyebaran kontrol jaringan sehingga tidak ada satu entitas pun yang memiliki terlalu banyak kekuasaan. Ini tentang memiliki jaringan yang dijalankan oleh banyak node, bukan hanya satu otoritas pusat.

Skalabilitas

Ini adalah kemampuan jaringan untuk menangani sejumlah besar transaksi dengan cepat dan efisien saat jaringan berkembang.

Sumber:Ethereum

Ketidaksanggupan blockchain untuk secara bersamaan mencapai semua tujuan ini dikenal sebagai "Trilema Blockchain." Meningkatkan salah satunya sering berarti mengorbankan yang lain, dan trilema ini diyakini akan menghambat adopsi teknologi dan potensi secara serius. Sebagai ilustrasi, tingkat desentralisasi yang lebih tinggi (lebih banyak orang yang bertanggung jawab) mungkin mengakibatkan jaringan yang kurang dapat diskalakan dengan transaksi yang lebih lambat karena lebih banyak node harus setuju pada transaksi. Namun, seiring dengan peningkatan skalabilitas (transaksi terjadi lebih cepat), mungkin menjadi perlu untuk mengurangi "desentralisasi" (lebih sedikit node yang mengendalikan), yang dapat berdampak pada keamanan. Regulasi yang ketat dan sedikit node dapat menyebabkan transaksi menjadi lebih lambat dan lebih terpusat, yang dapat membatasi skalabilitas dan desentralisasi jaringan jika keamanan diberikan prioritas pertama.

Solusi Skala: On-chain dan Off-chain

Proses penskalaan on-chain melibatkan membuat modifikasi pada protokol mainnet layer 1 Ethereum, yang awalnya dimaksudkan untuk dapat diskalakan melalui sharding—pembagian blockchain menjadi area yang lebih kecil dan dapat diverifikasi. Dengan memanfaatkan lampiran data yang lebih murah ke blok Ethereum, rollups layer-2 telah muncul sebagai teknik penskalaan utama.

Solusi penskalaan di luar rantai, di sisi lain, tidak bergantung pada layer 1 Ethereum dan tidak memerlukan perubahan protokol apa pun. Mereka mendapatkan skalabilitas dengan memproses transaksi di luar mainnet Ethereum, dan mereka mendapatkan keamanan baik langsung dari konsensus Ethereum atau melalui rantai independen. Sidechains, Saluran State, Plasma, Validium, dan Roll-ups adalah beberapa solusi layer 2 ini.

Solusi Penskalaan Roll-up

Sumber: DappRadar

Roll-up, yang diamankan oleh Ethereum, meningkatkan skalabilitas Ethereum dengan memproses dan memvalidasi transaksi di luar rantai dan kemudian mengirimkan ringkasan singkat transaksi ke mainnet. Akibatnya, mainnet Ethereum L1 menangani lebih sedikit data dan komputasi, yang mempercepat jaringan dan menurunkan biaya transaksi.

Entri dan Keluar

Keluar dan masuk adalah proses memindahkan dana antara Ethereum dan solusi penskalaan lapisan 2 (L2).

• Untuk menggunakan solusi L2, pengguna perlu mendepositkan dana mereka ke dalam kontrak pintar di Ethereum, yang mengunci mereka sampai ditarik.
• Keluar: Untuk mendapatkan kembali dana mereka, pengguna perlu mengirimkan bukti saldo mereka pada solusi L2 ke kontrak pintar, yang melepaskannya ke alamat Ethereum mereka. Solusi L2 yang berbeda memiliki metode yang berbeda dalam membuktikan dan memverifikasi transaksi, seperti bukti pengetahuan nol atau bukti penipuan. Metode-metode ini memengaruhi kecepatan, biaya, dan keamanan keluar dan masuk.

Memahami Zero-knowledge (ZK) dan Optimistic Roll-ups

Zero-knowledge (ZK) dan Optimistic Roll-ups adalah dua kategori Solusi Skala Ethereum.

Zero-Knowledge Roll-ups

Zero-knowledge Roll-ups, yang dikenal secara populer sebagai ZK roll-ups mengasumsikan semua transaksi palsu sampai terbukti valid melalui bukti pengetahuan nol (ZKPs), kontras tajam dengan pendekatannya yang optimis. Di sini, validator membuktikan bahwa transaksi itu otentik tanpa mengungkapkan rincian transaksi apa pun. Hal ini dilakukan dengan memposting bukti keabsahan ke Ethereum, mengeliminasi kebutuhan data transaksi on-chain. Contoh Zero-Knowledge roll-ups termasuk Starknet, zkSync, dan Loopring.

Sumber: Nervos

Fitur Utama dari Zero-Knowledge Roll-ups

Bukti Pengetahuan Nol

Ini adalah metode yang memungkinkan seorang 'prover' untuk menunjukkan kebenaran suatu pernyataan kepada seorang 'verifier' tanpa mengungkapkan informasi apa pun selain fakta bahwa pernyataan tersebut benar. Ini memastikan keamanan dan privasi dalam memvalidasi klaim tanpa mengekspos data yang mendasarinya.

ZK-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge)

Sebuah protokol memungkinkan verifikasi integritas pernyataan tanpa mengetahui hal lain tentangnya. Ini ringkas dan non-interaktif, artinya bukti-bukti kecil dan verifikasi cepat, hanya memerlukan satu interaksi.

ZK-STARKs (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge)

Mirip dengan ZK-SNARKs tetapi dirancang untuk dapat diskalakan dan transparan, membuatnya lebih cepat untuk kumpulan data yang lebih besar dan bebas dari kebutuhan untuk setup yang terpercaya, meskipun mereka menghasilkan bukti yang lebih besar.

Bagaimana Zero-Knowledge Roll-ups Bekerja

1. Pengguna Pengajuan Transaksi: Pengguna memulai transaksi dengan menandatanganinya dengan kunci pribadi mereka. Transaksi ini diserahkan kepada operator ZK-rollup.

2. Pemrosesan operator: Operator, baik itu sequencer atau validator, menerima transaksi pengguna. Sequencer menjalankan transaksi di luar rantai, mengumpulkannya menjadi kelompok, dan secara berkala mengirimkan kelompok-kelompok ini ke rantai blok Ethereum. Validator memproses transaksi dalam pengaturan bukti kepemilikan dan mengusulkan kelompok-kelompok baru berdasarkan ukuran kepemilikan.

3. Kompresi dan Pengajuan Batch: Sebelum mengirimkan ke Ethereum, operator melakukan kompresi data transaksi untuk mengurangi panggil dataUkuran. Data yang terkompresi ini kemudian disertakan dalam transaksi Ethereum dan dikirim ke kontrak pintar ZK-rollup.

4. Komitmen On-chain: Kontrak pintar Ethereum menerima data batch dan memverifikasi integritasnya. Ini memperbarui pohon status rollup dengan transaksi baru dan menyimpan akar Merkle dari status yang diperbarui ini.

5. Generasi Bukti Pengetahuan Nol: Operator ZK-roll-up menghasilkan bukti pengetahuan nol untuk setiap kelompok. Bukti-bukti ini secara kriptografis memberikan kesaksian terhadap kebenaran transisi status tanpa mengungkap informasi sensitif.

6. Pengajuan Bukti: Operator mengirimkan bukti pengetahuan nol ke kontrak verifikator Ethereum. Kontrak ini memverifikasi bukti dan memastikan transisi keadaan yang diusulkan valid.

7. Pembaruan State Root: Setelah verifikasi berhasil dari bukti pengetahuan nol, pembaruan kontrak pintar Ethereum pada root rollup dengan root Merkle baru yang dihitung dari batch transaksi terbaru.

8. Interaksi Pengguna: Pengguna dapat berinteraksi dengan ZK-rollup dengan mendepositkan aset ke Ethereum, menginisiasi transaksi, dan menarik dana. Deposit dilakukan dengan mengirim aset ke kontrak rollup, sementara penarikan melibatkan pengajuan permintaan dengan bukti yang diperlukan ke kontrak.

9. Verifikasi dan Pelaksanaan: Kontrak roll-up memverifikasi permintaan penarikan, memastikan bahwa mereka valid dan didukung oleh bukti yang diperlukan. Setelah diverifikasi, kontrak melaksanakan penarikan, mentransfer aset ke alamat yang ditentukan pengguna di mainnet Ethereum.

Keuntungan dari Zero-Knowledge Roll-ups

• Bukti keabsahan: ZK roll-ups menggunakan bukti keabsahan untuk memverifikasi kebenaran transaksi di luar rantai, yang mencegah operator melakukan transisi keadaan yang tidak valid dan memberikan kepastian lebih cepat.
• Kompresi data: ZK roll-ups menggunakan teknik kompresi untuk mengurangi jumlah data yang diposting on-chain, yang dapat menurunkan biaya bagi pengguna dan meningkatkan skalabilitas roll-up.
• Penarikan instan: ZK rollups memungkinkan pengguna menarik dana dari L2 ke L1 tanpa penundaan, karena transaksi keluar dieksekusi setelah bukti validitas diverifikasi di L1.

Kekurangan Zero-knowledge Roll-ups

• Pembuatan dan verifikasi bukti: ZK rollups memerlukan kriptografi dan rekayasa kompleks untuk menghasilkan dan memverifikasi bukti kevalidan, yang dapat meningkatkan biaya dan tantangan bagi operator rollup dan pengguna.
• Kompatibilitas EVM: ZK rollups tidak langsung kompatibel dengan EVM, sehingga sulit untuk mendukung kontrak pintar tujuan umum dan dapps yang ada serta alat-alat pada rollup.
• Risiko sentralisasi: ZK rollups dapat mendorong kontrol terpusat dari roll-up oleh beberapa pihak, karena pembuatan bukti validitas memerlukan perangkat keras khusus dan keahlian.

Kasus Penggunaan Zero Knowledge Roll-ups

Roll-up Pengetahuan Nol (ZK) adalah pilihan yang sangat sesuai untuk berbagai kasus penggunaan, khususnya yang memerlukan keseimbangan antara privasi, skalabilitas, dan keamanan. Berikut beberapa contoh penggunaan roll-up pengetahuan nol.

Verifikasi Identitas Terdesentralisasi

ZK-roll-up dapat memverifikasi identitas individu tanpa mengungkap informasi pribadi yang sensitif. Fitur pengawet privasi ini berharga untuk otentikasi yang aman dan manajemen pengguna.

Transaksi yang Mempertahankan Privasi

Node blockchain dapat memvalidasi transaksi tanpa mengakses data transaksi secara langsung. ZK-rollups memungkinkan transfer yang rahasia dan efisien sambil menjaga keamanan.

Sistem pemungutan suara

Sistem pemungutan suara perlu memastikan anonimitas dan integritas dalam pemilihan sambil memungkinkan verifikasi hasil publik.

Optimistic Roll-ups

Optimistic roll-ups meningkatkan Ethereum dengan memindahkan transaksi ke luar rantai dan hanya memposting data di rantai. Mereka mengasumsikan dan mempercayai bahwa transaksi di luar rantai valid tanpa memeriksanya. Namun, optimistic roll-ups menggunakan bukti penipuan untuk mendeteksi kesalahan atau penipuan dalam transaksi di luar rantai. Dua optimistic roll-ups paling populer adalah Arbitrum dan Optimism.

Periode tantangan adalah waktu yang datang setelah satu set gulung diserahkan ke jaringan Ethereum. Siapa pun dapat mempermasalahkan validitas transaksi gulung selama periode ini. Setelah periode tantangan, satu set gulung dianggap valid di Ethereum jika tidak dipermasalahkan. Sebaliknya, protokol akan mengeksekusi ulang transaksi dan menghukum pengurutan yang bersangkutan jika bukti kecurangan berhasil.

Sumber:Nervos.org

Bagaimana Optimistic Roll-Ups Bekerja

1. Pengajuan transaksi yang diinisiasi pengguna: Di jaringan optimistik roll-up, pengguna memulai transaksi. Sequencer, atau operator, menerima transaksi ini.

2. Agregasi transaksi dan pengiriman on-chain: Operator mengompilasi semua transaksi terpisah ini ke dalam blok dan mengurangi ukuran data dengan mengompresinya, menciptakan sekelompok transaksi yang siap untuk diproses. Setelah itu, operator mengirimkan sekelompok transaksi ke jaringan Ethereum. Data transaksi dikemas dalam proses ini dan diposting di Ethereum sebagai data panggilan.

3. Ketersediaan data di Ethereum: Ethereum mencatat data transaksi yang diposting/dikirimkan dalam data panggilan di blockchain-nya. Hal ini memastikan ketersediaan data transaksi untuk referensi di masa depan.

4. Transisi negara dan komitmen: Validator pada jaringan optimistic roll-up, juga dikenal sebagaipengkodDalam beberapa kasus, melakukan transaksi menggunakan status saat ini dari rantai roll-up yang disimpan di luar rantai. Mereka memverifikasi validitas transaksi dan memperbarui status roll-up sesuai. Setelah memproses transaksi, operator mengikatkan pada status baru dari rantai roll-up dengan menghasilkan root status baru. Root ini di-hash dan disimpan di rantai sebagai referensi ke status terbaru dari roll-up.

5. Deteksi penipuan dan bukti penipuan: Validator selalu memperhatikan adanya perbedaan antara status yang dieksekusi sendiri dan status yang diusulkan operator dengan memantau rantai roll-up. Seorang validator dapat meluncurkan tantangan untuk menentang validitas blok roll-up jika menemukan ketidaksesuaian. Dalam kasus tantangan, validator dapat memberikan bukti penipuan ke Ethereum, menunjukkan ketidaksesuaian dalam blok roll-up. Bukti-bukti ini berfungsi sebagai bukti aktivitas penipuan dan memicu sanksi bagi operator yang tidak jujur.

6. Arbitrasi dan Penyelesaian: Ethereum adalah arbiter dalam proses penyelesaian sengketa. Ini mengevaluasi bukti kecurangan yang disediakan oleh para penantang dan memberlakukan hukuman pada operator jika perilaku curang dikonfirmasi.

7. Finalitas dan Penyelesaian: Begitu blok roll-up diterima di Ethereum, itu mencapai finalitas, yang berarti transaksi di dalamnya dianggap telah diselesaikan dan tidak dapat dibalik. Penyelesaian ini memberikan kepercayaan kepada pengguna atas integritas transaksi mereka di jaringan roll-up optimis.

Keuntungan dari Optimistic Roll-ups

• Kompatibilitas EVM: Optimistic roll-ups dapat mendukung kontrak pintar atau transaksi apa pun yang dapat berjalan di Ethereum, membuatnya mudah diintegrasikan dengan dApps dan alat yang sudah ada.
• Latensi Rendah: Optimistic roll-ups menawarkan waktu konfirmasi transaksi yang cepat, karena pengguna tidak perlu menunggu bukti kevalidan untuk diverifikasi di L1.
• Throughput Tinggi: Optimistic rollups dapat memproses ribuan transaksi per detik dengan memindahkan komputasi ke luar rantai dan hanya memposting data transaksi di rantai

Kerugian dari Optimistic Roll-ups

• Bukti Penipuan: Optimistic rollups bergantung pada bukti penipuan untuk memastikan kebenaran transaksi di luar rantai, yang memerlukan periode yang menantang dan biaya gas tambahan untuk dieksekusi di L1.
• Ketersediaan Data: Optimistic roll-ups bergantung pada ketersediaan data transaksi di L1, yang dapat dipengaruhi oleh kemacetan jaringan atau pelaku jahat.
• Keterlambatan Penarikan: Optimistic roll-ups memberlakukan periode penantian bagi pengguna untuk menarik dana dari L2 ke L1, yang dapat bervariasi mulai dari beberapa jam hingga beberapa hari tergantung pada desain roll-up.

Kasus Penggunaan Optimistic Roll-ups

Optimistic roll-ups mengatasi tantangan skalabilitas dalam aplikasi berbasis Ethereum sambil menjaga kepercayaan dan keamanan, membuatnya menjadi solusi ideal untuk berbagai kasus penggunaan di berbagai industri. Termasuk;

Keuangan Terdesentralisasi (DeFi)

Optimistic roll-up dapat secara signifikan meningkatkan throughput transaksi untuk platform DeFi, memungkinkan interaksi yang lebih cepat dan lebih murah dengan protokol seperti peminjaman, perdagangan, dan pertanian hasil.

Gaming

Dalam aplikasi game, di mana interaksi waktu nyata dan konfirmasi cepat dari tindakan dalam game sangat penting, optimistic roll-ups menawarkan cara untuk memproses transaksi di luar rantai sambil mempertahankan keamanan melalui pengiriman data di rantai.

Manajemen Rantai Pasok

Optimistic rollups dapat mempermudah proses rantai pasokan dengan menangani transaksi besar di luar rantai, mengurangi kemacetan di Ethereum mainnet. Hal ini sangat berguna untuk melacak barang, memverifikasi keaslian, dan mengelola inventaris.

Verifikasi Identitas

Memverifikasi identitas dan mengelola profil pengguna dapat mendapatkan manfaat dari optimistic roll-ups. Dengan memindahkan perhitungan dan penyimpanan status, protokol ini dapat meningkatkan efisiensi transaksi yang berhubungan dengan identitas.

Perbandingan Zero-knowledge (ZK) dan Optimistic Roll-ups

Kesimpulan

Perbandingan antara Optimistic dan Zero-Knowledge Roll-ups menyoroti pendekatan-pendekatan halus terhadap skalabilitas dan keamanan dalam ekosistem Ethereum. Sementara Optimistic Roll-ups memprioritaskan kecepatan transaksi dan kompatibilitas dengan infrastruktur Ethereum yang ada, Zero-Knowledge Roll-ups unggul dalam pelestarian privasi dan integritas kriptografis. Kedua solusi ini merupakan kemajuan signifikan dalam teknologi blockchain, menawarkan manfaat unik dan trade-off yang mengakomodasi berbagai kasus penggunaan.

Saat Ethereum terus berkembang, mengadopsi dan menyempurnakan solusi roll-up ini akan memainkan peran penting dalam membentuk masa depan keuangan terdesentralisasi, token non-fungible, dan aplikasi blockchain lainnya. Merangkul keragaman solusi penskalaan ini menegaskan komitmen Ethereum terhadap inovasi dan ketangguhan dalam mengatasi tantangan skalabilitas sambil menjunjung prinsip inti keamanan dan desentralisasi.