Что такое Validium и как он помогает масштабировать Ethereum?

Что такое Validium?

Validium — разновидность решений для масштабирования, которые обрабатывают данные офчейн, используя ончейн-доказательства валидности. Такой «слегка централизованный» подход повышает пропускную способность и эффективность блокчейн-систем.

«Хотя доступность офчейн-данных предполагает компромиссы, она может способствовать значительному улучшению масштабируемости (подобные решения могут обрабатывать ~9000 и более транзакций в секунду», — говорится в материале на сайте Ethereum.org.

Как и ZK-Rollups, валидиумы публикуют доказательства с нулевым разглашением для проверки офчейн-транзакций. Это предотвращает недопустимые изменения состояния и усиливает гарантии безопасности цепи.

«Доказательства корректности» могут быть в форме ZK-SNARKs или ZK-STARKs. Средства пользователей контролируются смарт-контрактом на Ethereum. 

Как и в случае с ZK-Rollups, Validium предполагает почти мгновенный вывод средств.

Как работает Validium?

Пользователи отправляют свои транзакции узлу, ответственному за их исполнение в цепочке Validium. Оператор собирает их в пакет, проверяя корректность.

Состояние валидиума хранится в виде дерева, корень которого записан в блокчейне Ethereum. Оператор обновляет корень после выполнения транзакций и отправляет новое состояние на проверку.

Чтобы перевести средства в Validium, пользователи депонируют их в специальный контракт. Для возврата монет обратно на Ethereum участники сети отправляют запросы операторам, которые проверяют и подтверждают их. Затем доказательства правильности транзакций отправляются на проверку, после чего обновляется состояние валидиума в блокчейне.

Данные Validium хранятся офчейн, что снижает нагрузку на сеть Ethereum и уменьшает комиссии. Однако это создает риск недоступности, если операторы ведут себя недобросовестно.

Сравнение Validium с другими решениями второго уровня. Данные: Build Blockchain Tech, ForkLog.

Некоторые проекты назначают группы доверенных лиц (DAC), которые хранят копии информации. Для создания стимулов к честному поведению участников сети может использоваться система залогов. Последняя предполагает конфискацию средств, если участники не могут подтвердить доступность данных.

Такая схема позволяет любому, кто предоставит залог, хранить информацию вне сети. Это уменьшает централизацию и повышает безопасность за счет использования экономических стимулов для предотвращения мошенничества.

Как Validium взаимодействует с Ethereum?

Валидиумы — протоколы масштабирования, построенные поверх существующей сети Ethereum. Хотя транзакции выполняются вне основной цепи, Validium управляется набором смарт-контрактов, развернутых в мейннете. 

Основные компоненты решения:

• контракт верификатора — проверяет корректность доказательств, предоставляемых оператором при обновлении состояния. Это включает подтверждения правильности офчейн-транзакций и доступности, удостоверяющих наличие данных транзакций вне цепи;
• главный контракт — хранит коммиты состояния (корни Меркла), предоставляемые производителями блоков, и обновляет состояние валидиума после ончейн-подтверждения доказательства правильности. Этот контракт также обрабатывает депозиты и выводы средств.

Валидиумы также опираются на основную сеть Ethereum в контексте следующих задач:

Расчеты

Исполненные на Validium транзакции не могут быть окончательно подтверждены до тех пор, пока родительская цепочка не проверит их действительность. Все операции в конечном итоге должны завершиться в основной сети. 

Блокчейн Ethereum также предоставляет «гарантии расчетов» для пользователей, что означает невозможность отмены или изменения офчейн-транзакций после их передачи в основную цепь.

Безопасность

Выступая в качестве расчетного слоя, Ethereum также гарантирует корректность переходов состояния на Validium. Выполненные на валидиум-цепи офчейн-транзакции проверяются через смарт-контракт на базовом слое.

Если контракт ончейн-верификатора признает доказательство недействительным, транзакции отклоняются. Это означает, что операторы должны соблюдать установленные протоколом Ethereum условия валидности перед обновлением состояния валидиума.

Где используется Validium?

Как и ZK-Rollups, Validium в основном подходит для несложных юзкейсов вроде обменов токенов и платежей. Также решение может применяться в гейминге и сегменте NFT. 

Оптимизация производительности валидиумов обеспечивается благодаря отсутствию необходимости хранить весь объем данных в основной сети Ethereum. Такой подход позволяет быстро обрабатывать множество транзакций с минимальными издержками. 

Использование Validium для сложных операций с использованием смарт-контрактов затруднено и требует большой вычислительной мощности. Это значительно ограничивает спектр возможных юзкейсов. 

Некоторые проекты пытаются обойти проблему, компилируя совместимые с EVM языки вроде Solidity и Vyper в специальный байт-код, оптимизированный для эффективного создания доказательств. Однако у этого способа есть ограничения: подобный язык может не поддерживать все функции обычной среды программирования Ethereum.

По мнению разработчиков ZKsync, валидиумы хорошо подходят для корпоративных приложений, требующих баланса между проверяемостью и конфиденциальностью. В частности:

• компании могут управлять доступностью своих данных, «обеспечивая соответствие внутренним аудитам и нормативным требованиям»;
• контролируя доступ к транзакционной информации, фирмы могут защитить чувствительные сведения от несанкционированного доступа.

Валидиумы — эффективное решение и для ориентированных на конфиденциальность платформ:

• пользователи могут выполнять транзакции в публичном блокчейне, не раскрывая чувствительные данные;
• компании и частные лица могут поддерживать более высокий уровень безопасности и контроля над деталями своих транзакций.

Реализации Validium:

• StarkEx от StarkWare — L2-решение, основанное на доказательствах валидности. Оно способно работать в режимах ZK-Rollups или доступности данных;
• zkPorter от Matter Labs — решение второго уровня, использующее гибридный подход (роллапы и шардинг).

Проекты различных сегментов рынка на базе Validium; их TVL и доли рынка. Данные: L2Beat по состоянию на 6 августа 2024 года.

Какие преимущества и недостатки у Validium?

Использование Validium обеспечивает ряд преимуществ, делающих эти решения привлекательными для определенных блокчейн-приложений: 

• снижение затрат на газ: благодаря отсутствию необходимости публикации всех данных в первом уровне Ethereum, валидиумы обеспечивают более низкие комиссии за транзакции;
• повышенная конфиденциальность: обработка информации офчейн предоставляет расширенные функции приватности, что делает валидиумы идеальными для приложений, требующих высокого уровня конфиденциальности данных;
• быстрые выводы: возможность оперативной верификации доказательств валидности в Ethereum способствует практически мгновенным выводам средств, улучшая пользовательский опыт.

Несмотря на очевидные преимущества, валидиумам также свойственны определенные недостатки:

• риски доступности данных: существует потенциальная угроза злоупотреблений со стороны ответственных за их хранение, что может препятствовать доступу пользователей к их средствам;
• зависимость от доверия и экономических стимулов: в отличие от ZK-роллапов, модель безопасности валидиумов частично опирается на надежность и экономические стимулы хранителей данных, а не исключительно на криптографические доказательства.

Таким образом, несмотря на инновационность решения, пользователям следует тщательно оценивать риски при работе с валидиумами, особенно в контексте долгосрочного хранения крупных сумм.