Introduzione a Ethereum Layer-2

Scopri tutto sulle tecnologie di scalabilità di Ethereum Layer-2 e su come funzionano.

Punti di forza:

• I tipi più popolari di Layer-2 su Ethereum sono rollup ottimistici e rollup Zero-Knowledge (rollup ZK). Tuttavia, esistono anche altre tecnologie Layer-2 come sidechain, plasma chain e validium.
• In generale, i rollup ottimistici e i rollup ZK sono considerati altamente sicuri, in quanto ereditano la sicurezza della rete principale di Ethereum.
• La compatibilità di Ethereum Virtual Machine (EVM) dei rollup ottimistici rende conveniente per gli sviluppatori migrare i contratti intelligenti esistenti da Ethereum a blockchain di rollup ottimistici. Le macchine virtuali Ethereum a conoscenza zero (zkEVM) possono offrire i vantaggi di scalabilità sia delle prove a conoscenza zero sia della compatibilità EVM.

Che cos’è Ethereum?

Ethereum è una piattaforma blockchain open source che consente agli sviluppatori di creare e distribuire applicazioni decentralizzate (dapps) e contratti intelligenti. Proposto da Vitalik Buterin alla fine del 2013, è stato lanciato ufficialmente nel 2015.

Fondamentalmente, Ethereum è una rete decentralizzata di nodi che mantiene collettivamente un database condiviso chiamato Ethereum Virtual Machine (EVM), che è in grado di eseguire contratti intelligenti. Questi accordi autoeseguiti includono i termini del contratto scritti direttamente nel codice. I contratti intelligenti consentono l’automazione di vari processi senza la necessità di intermediari.

Ethereum e le sue sfide di scalabilità

Negli ultimi anni, la popolarità della criptovaluta è aumentata in modo significativo, insieme all’utilizzo delle blockchain. Le popolari blockchain, in particolare Ethereum, non sono state in grado di tenere il passo con l’elevata domanda, facendo salire alle stelle i prezzi del gas . Attualmente, Ethereum ha raggiunto la capacità della rete di oltre un milione di transazioni al giorno .

Nel mondo delle criptovalute, esiste un concetto noto come trilemma blockchain , che afferma che una tipica blockchain può concentrarsi solo su due dei tre dei seguenti elementi: sicurezza , decentralizzazione e scalabilità . Ethereum ha assunto una posizione forte concentrandosi sulla sicurezza e sul decentramento , il che significa, secondo il trilemma, che deve sacrificare un livello di scalabilità.

Layer-2 come soluzione di scalabilità

Le blockchain di livello 2, costruite sopra le blockchain di livello 1 come Ethereum e Bitcoin, aiutano con il ridimensionamento gestendo parte del carico delle transazioni dalle blockchain di livello base. Ciò aiuta il livello 1 a diventare meno congestionato e riduce significativamente le tariffe del gas per gli utenti poiché i livelli 2 in genere combinano più transazioni in una sola.

Le soluzioni Layer-2 utilizzano vari tipi di tecnologie. I più popolari sono rollup ottimistici e rollup Zero-Knowledge (rollup ZK), sebbene esistano anche altre tecnologie Layer-2. Questi includono sidechain, canali statali/di pagamento, catene del plasma e validium. Molte attuali soluzioni Layer-2 mirano a ridimensionare Ethereum poiché attualmente è la blockchain con la maggiore richiesta per il suo spazio di blocco.

Tipi di Ethereum Layer-2

Rollup ottimistici

Un rollup ottimistico aiuta con il ridimensionamento spostando il calcolo e l’archiviazione dello stato fuori dalla rete di livello 1. I rollup ottimistici raggruppano un gran numero di transazioni off-chain prima di inviarle alla rete principale di Ethereum. Usano anche tecniche di compressione per ridurre la quantità di dati pubblicati su Ethereum. Di conseguenza, gli utenti godono di commissioni di transazione inferiori.

La caratteristica distintiva dei rollup ottimistici comporta il presupposto che le transazioni off-chain siano valide per impostazione predefinita e non pubblichino prove di validità per i batch di transazioni pubblicati on-chain. Invece, i rollup ottimistici utilizzano uno schema chiamato “prova di frode” per rilevare calcoli di transazione errati. Dopo che un batch di rollup è stato pubblicato su Ethereum, c’è una finestra temporale (nota anche come “periodo di sfida”) in cui chiunque può inviare una prova di frode per contestare i risultati della transazione di rollup.

Esempi degni di nota di rollup ottimistici includono Arbitrum , Optimism e Boba Network .

Rollup a conoscenza zero

I rollup Zero-Knowledge (ZK rollup) raggruppano anche le transazioni da eseguire off-chain, il che riduce notevolmente la quantità di dati da pubblicare on-chain.

Le prove di validità sono una caratteristica chiave che i rollup ZK producono per dimostrare che le modifiche proposte allo stato di Ethereum sono corrette. A differenza dei rollup ottimistici, che devono pubblicare tutti i dati delle transazioni sulla catena, i rollup ZK devono solo fornire prove di validità per finalizzare le transazioni su Ethereum. Ciò porta a numerosi vantaggi, come l’assenza di ritardi nel trasferimento di fondi da un rollup ZK a Ethereum, poiché le transazioni di uscita vengono eseguite una volta verificata la prova di validità.

Esistono due tipi principali di prove di validità: ZK-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) e ZK-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge).

Altre soluzioni di livello 2

Secondo il sito Web ufficiale di Ethereum, i rollup sono attualmente la soluzione Layer-2 preferita per ridimensionare la sua rete. Tuttavia, ci sono anche altre tecnologie Layer-2, che presentiamo brevemente qui.

Plasma è una soluzione di ridimensionamento Layer-2 proposta per la prima volta da Joseph Poon e Buterin nell’agosto 2017. Utilizzando una combinazione di contratti intelligenti e verifica crittografica, le transazioni dalla rete principale di Ethereum vengono scaricate sulle catene del plasma, che periodicamente riportano alla blockchain principale di Ethereum e la utilizzano per risolvere eventuali controversie. Va notato, tuttavia, che la comunità di Ethereum è generalmente passata da Plasma a favore dei rollup.

Validium è una soluzione di ridimensionamento che si concentra sul mantenimento dell’integrità delle transazioni utilizzando prove di validità, come i rollup ZK. A differenza di altre soluzioni, Validium non memorizza i dati delle transazioni sulla rete principale di Ethereum. Sebbene questo approccio introduca dei compromessi, offre anche significativi miglioramenti della scalabilità. Validium può elaborare un numero elevato di transazioni, raggiungendo potenzialmente circa 9.000 transazioni al secondo (tps) o più.

Le sidechain, considerate da alcuni anche soluzioni Layer-2, sono blockchain indipendenti compatibili con Ethereum che utilizzano i propri modelli di consenso e bloccano i parametri per elaborare le transazioni. Esempi degni di nota includono Polygon (precedentemente Matic Network) e Gnosis (precedentemente xDAI) .

Vantaggi delle soluzioni Layer-2

Un vantaggio chiave delle soluzioni Layer-2 sono le commissioni di transazione inferiori, che attirano più utenti e rendono la blockchain più fattibile per le dapps che richiedono transazioni frequenti. Questi includono giochi e social network decentralizzati.

Secondo La visione di Buterin, “l’internet del denaro non dovrebbe costare più di 5 centesimi per transazione”. Sebbene la stessa rete principale di Ethereum sia lontana dal raggiungere questo obiettivo, osserviamo che alcuni Layer-2 sono in grado di raggiungere questo obiettivo. Ad esempio, una transazione su Anello e zkSync costa solo US $ 0,03 E US $ 0,04, rispettivamente, al momento della scrittura.

Un altro vantaggio delle soluzioni Layer-2 è la loro sicurezza. In generale, i rollup ottimistici e i rollup ZK sono considerati altamente sicuri, in quanto ereditano la sicurezza della rete principale di Ethereum. I rollup ottimistici derivano la sicurezza dalla mainnet di Ethereum pubblicando i risultati delle transazioni on-chain. Pertanto, possono migliorare la scalabilità senza sacrificare la sicurezza o l’affidabilità. I rollup ZK derivano anche la sicurezza da Ethereum memorizzando i dati necessari per ripristinare lo stato off-chain su L1, che promuove la sicurezza, la resistenza alla censura e il decentramento.

Alcune soluzioni di livello 2 offrono ulteriori vantaggi in termini di funzionalità del contratto intelligente. Per i rollup ottimistici, un grande vantaggio è la loro compatibilità con Ethereum Virtual Machine (EVM). Ciò rende conveniente per gli sviluppatori migrare i contratti intelligenti esistenti da Ethereum alle catene di rollup ottimistiche. Inoltre, gli sviluppatori possono utilizzare l’infrastruttura esistente di Ethereum, come linguaggi di programmazione, librerie di codici, strumenti di test, software client e framework di distribuzione.

Ci sono stati recenti progressi nella tecnologia a conoscenza zero che rendono possibile l’implementazione di Ethereum Virtual Machine (zkEVM) a conoscenza zero. Uno zkEVM può ricreare codici operativi EVM esistenti per prove/verifica nei circuiti, consentendo l’esecuzione di contratti intelligenti. Questo aiuta a superare i limiti dei tipici rollup ZK, che non sono facilmente compatibili con EVM e di solito supportano solo semplici trasferimenti di token.

Maggiori informazioni sui progetti Layer-1 e Layer-2 in Peeling Away the Layers: Introducing the New Layer-1 and Layer-2 Blockchain Landscape .

Conclusione

Le soluzioni Layer-2 svolgono un ruolo importante nel migliorare la scalabilità delle blockchain. Vitalik Buterin una volta ha affermato che “[L]ayer-2 è il futuro del ridimensionamento della rete e l’unico modo per preservarne il decentramento”. Ciò è particolarmente vero nel breve e medio termine poiché lo sharding potrebbe essere ancora molto lontano .

Esistono numerose soluzioni di ridimensionamento di livello 2, ognuna con i propri pro e contro. In generale, i rollup (sia ottimistici che ZK) sono ampiamente considerati le principali soluzioni di scalabilità di Ethereum per il prossimo futuro.

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