УДК 004

Роллапы с нулевым разглашением как инструмент оптимизации обработки данных при решении проблем реализации транзакций с цифровыми активами

Семенов Алексей Александрович – студент Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых.

Научный руководитель Куликова Ирина Юрьевна – кандидат экономических наук, доцент кафедры бизнес-информатики и экономики Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых.

Аннотация: Проблема масштабируемости блокчейнов становится особенно актуальной в период роста притока средств на рынки криптоактивов. При написании данной научной работы выполнен анализ применения технологии роллапов с нулевым разглашением для оптимизации работы сети. Рассмотрены шаги, выполняемые программой для достижения работоспособности блокчейнов с большими нагрузками.

Ключевые слова: роллап, нулевое разглашение, валидатор, криптография, блокчейн.

Объем денежных средств, участвующих в совершении сделок с цифровыми активами демонстрирует рост с начала 2024 года (Рис. 1) [1].

Рисунок 1. Объемы торгов криптоактивами январь 2024 - март 2024.

Объемы торгов выросли практически в 4 раза с 1 января 2024 года. Данный рост вызван приближением периода усложнения добычи крупнейшей по капитализации криптовалюты, Bitcoin.

Указанные резкие изменения в объемах транзакций повышают нагрузку на вычислительные мощности блокчейнов. Скорость обработки сделок снижается из-за ограничений пропускной способности сетей.

Крупнейшим блокчейном по объему заблокированных денежных средств и числу работающих протоколов является Ethereum [2]. Механизм проведения транзакций на данной сети имеет форму очереди, в которой более высокое положение занимается сделка с наибольшей уплаченной комиссией [3]. При высокой загруженности сборы за осуществление операции могут составлять до 60 долларов США, что делает нецелесообразным переводы небольших сумм цифровых денег.

Решить проблему дорогих транзакций из-за высокой загруженности блокчейна с сохранением безопасности операций может применение технологии роллапов с нулевым разглашением (ZK-роллапов).

Роллап – инструмент, позволяющий сетям объединять данные о сделках с цифровыми активами и обрабатывать их вне блокчейна [4]. После обработки конечный результат всех манипуляций фиксируется в базовой сети. Одновременное проведение сделок таким путем устраняет вероятность перегрузки блокчейна, ускоряет вычисления, что приводит к экономии затрат.

ZK-роллапы проверяют каждую транзакцию с помощью алгоритма доказательства достоверности с нулевым разглашением, данное решение подразумевает высокий уровень безопасности. Данную разновидность роллапов тяжело реализовать, но ее работа позволяет поддерживать работу блокчейна без периода разрешения споров и с большей скоростью.

На архитектурном уровне процесс работы ZK-роллапов представляет схему, в которой роллап и доказательство выступают посредниками между пользовательской инициативой в проведении транзакции и записью данных о ней в основной сети Ethereum (Рис. 2).

Рисунок 2. Представление верхнеуровневой архитектуры zkSync.

Валидаторами собираются внутренние блоки транзакций каждые несколько секунд. Каждые 30-90 секунд создается пакет внутренних блоков. После формирования набора внутренних блоков валидаторами фиксируется текущее состояние блокчейна и измененные данные в виде вызываемых данных передаются на основную сеть для сохранения возможности восстановления. Для пакета валидаторами вычисляется SNARK, криптографический примитив доказательства с нулевым разглашением, и отправляется на проверку в смарт-контракт основной сети Ethereum, по окончании которой новое состояние сети становится окончательным [5].

В основе методологии доказательства с нулевым разглашением на уровне пользователя лежит четыре этапа, которые содержит процесс обработки транзакций.

Первый этап – рассмотрение. При выполнении этого периода в процессе обработки сделки транзакция отправляется оператору, но не является обработанной и подтвержденной.

Для записи информации о совершенной манипуляции с цифровыми активами в блок данных сети транзакция должна пройти процесс обработки оператором. По прохождении данного этапа сделка будет включена в следующий блок формирующейся информационной цепочки.

При осуществлении третьего шага действий по сохранению данных о транзакции информация о проведенной сделке публикуется в основной сети. На данном этапе факты о сделке становятся публичными, но корректность их выполнения еще не подтверждается.

На последнем этапе доказательство действительности, SNARK, для транзакции проверяется смарт-контрактом основной сети, что делает сделку окончательной.

За счет совместимости с Ethereum Virtual Machine технология роллапов с нулевым разглашением способна поддерживать деятельность смарт-контрактов совместимых со стандартами основной сети, делая возможным масштабируемость Ethereum. Вычисления и подтверждение транзакций вне блокчейна позволяет снизить нагрузку на механизм очереди, ускорив обработку сделок и снизив комиссию за проведение операций.

Список литературы

1. Live Cryptocurrency Charts // CoinMarketCap URL: https://coinmarketcap.com/charts/ (дата обращения: 15.03.2024).
2. Рейтинг блокчейнов по величине TVL // CoinMarketCap URL: https://coinmarketcap.com/ru/chain-ranking/ (дата обращения: 15.03.2024).
3. Подробнее об Ethereum // Ethereum URL: https://ethereum.org/ru/learn/ (дата обращения: 15.03.2024).
4. Что такое ZK-роллапы? Решение второго уровня для масштабирования // Binance Academy URL: https://academy.binance.com/ru/articles/what-are-zk-rollups-the-layer-2-scalability-technique (дата обращения: 16.03.2024).
5. Кондырев Дмитрий Олегович МЕТОД ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ZK-SNARK // ПДМ. Приложение. 2021. №14. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metod-obespecheniya-konfidentsialnosti-dannyh-na-osnove-zk-snark (дата обращения: 17.03.2024).