SPIEGAZIONE DEI ROLLUP ZK E DEL MODELLO DI PROVA DI VALIDITÀ

Gli zk-rollup (zero-knowledge rollup) sono un tipo di soluzione di scalabilità di livello 2 utilizzata nelle reti blockchain, in particolare Ethereum, progettata per aumentare significativamente il throughput delle transazioni mantenendo elevati livelli di sicurezza. Funzionano raggruppando o "raggruppando" centinaia o addirittura migliaia di transazioni in un'unica transazione ed eseguendole off-chain. Dopo aver completato queste transazioni al di fuori della blockchain principale (nota anche come livello 1), un'unica prova crittografica sintetica, nota come prova di validità, viene inviata on-chain per verificare che tutte le transazioni in batch siano state eseguite correttamente.

L'idea centrale degli zk-rollup ruota attorno allo sfruttamento delle prove a conoscenza zero (in particolare zk-SNARK o zk-STARK) per garantire che i dati delle transazioni siano accurati e validi senza rivelare l'intero contenuto di ciascuna transazione. Questo metodo consente di elaborare le transazioni in modo più efficiente, riducendo al contempo il carico di calcolo e di archiviazione sulla blockchain principale.

Esistono diverse caratteristiche chiave degli zk-rollup:

• Disponibilità dei dati: i dati delle transazioni vengono in genere archiviati on-chain in modo che qualsiasi osservatore possa ricostruirne lo stato utilizzando i dati e la logica di convalida.
• Sicurezza: poiché la prova di validità è verificata dalla blockchain di livello 1, il modello di sicurezza viene ereditato dal livello base.
• Capacità: inviando una sola prova per più transazioni, gli zk-rollup consentono un aumento significativo della capacità di elaborazione rispetto all'esecuzione di livello 1.

Progetti come zkSync, StarkNet e Scroll sono esempi di sviluppatori che implementano soluzioni zk-rollup su Ethereum. Queste piattaforme mirano a ridurre al minimo le commissioni di transazione, ridurre i tempi di conferma e aiutare le blockchain a scalare in modo efficace, preservando al contempo la natura trustless e decentralizzata della tecnologia sottostante.

In sostanza, gli zk-rollup sono un'innovazione pronta ad affrontare le annose sfide di scalabilità e costi che Ethereum e altre blockchain simili si trovano ad affrontare. Spostando il calcolo offline e dimostrandone la correttezza on-chain, ampliano i confini di ciò che i sistemi decentralizzati possono raggiungere.

Il componente fondamentale che consente agli zk-rollup di mantenere la sicurezza e al contempo raggiungere la scalabilità è il modello di prova di validità. Una prova di validità è una rappresentazione crittografica sintetica, matematicamente verificabile, che dimostra che un insieme di transazioni eseguite off-chain aderisce alle regole e alla logica corrette senza rivelare i dettagli interni di tali transazioni. Questo modello è in contrasto con il vecchio approccio a prova di frode utilizzato dagli optimistic rollup, in cui le transazioni off-chain sono considerate valide fino a prova contraria.

Secondo il modello di prova di validità, ogni batch zk-rollup include una prova generata da uno speciale verificatore off-chain. Questa prova viene quindi verificata da uno smart contract di verifica implementato sulla blockchain di livello 1. La verifica di una prova di validità conferma che tutte le transazioni incluse sono state eseguite fedelmente secondo le regole del protocollo blockchain. Solo allora la nuova radice di stato (l'hash crittografico dello stato aggiornato della blockchain) viene accettata nella blockchain.

Esistono due tipi principali di dimostrazioni a conoscenza zero utilizzate negli zk-rollup:

• zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge): Utilizzati in progetti come zkSync, offrono tempi di verifica rapidi e dimensioni ridotte delle dimostrazioni, ma in genere richiedono una fase di configurazione attendibile per inizializzare i parametri.
• zk-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Arguments of Knowledge): Utilizzati in piattaforme come StarkNet di StarkWare, trasparenti e resistenti ai quantum, non richiedono configurazioni attendibili ma producono dimostrazioni più grandi.

I principali vantaggi dell'utilizzo del modello di dimostrazione di validità negli zk-rollup includono:

• Definitività: le transazioni incluse in uno zk-rollup e confermate on-chain sono considerate definitive quasi immediatamente, grazie alla certezza fornita dalle prove di validità.
• Sicurezza: poiché la rete di livello 1 accetta solo transizioni di stato accompagnate da una prova verificata, riduce notevolmente i rischi di attacco.
• Efficienza: la verifica di una prova compressa richiede molte meno risorse rispetto alla convalida di ogni singola transazione on-chain.

Inoltre, a differenza dei progetti che si basano su incentivi economici per rilevare le frodi, il modello di prova di validità garantisce che i batch errati non possano nemmeno raggiungere l'esecuzione perché semplicemente non possono produrre una prova valida. Ciò rende gli zk-rollup particolarmente robusti e adatti ad applicazioni che richiedono transazioni veloci, sicure ed economiche, come micropagamenti, protocolli DeFi e piattaforme di trading NFT.

In definitiva, le prove di validità sono ciò che consente agli zk-rollup di scalare le blockchain in modo efficiente senza compromettere la decentralizzazione o la sicurezza, segnando un sostanziale passo avanti nell'evoluzione dei sistemi decentralizzati scalabili.

Gli zk-Rollup offrono una serie di vantaggi sia per gli utenti che per gli sviluppatori all'interno dell'ecosistema blockchain. Tra questi, i principali sono il miglioramento delle prestazioni, la riduzione dei costi e maggiori garanzie di sicurezza. Tuttavia, come con qualsiasi tecnologia emergente, gli zk-rollup presentano anche una serie di sfide che richiedono un'attenta valutazione.

Vantaggi degli zk-rollup

• Alta produttività: Aggregando più transazioni in un'unica proof, gli zk-rollup possono elaborare migliaia di transazioni al secondo, ben oltre i limiti della maggior parte delle blockchain di livello base.
• Commissioni di transazione basse: Costi per transazione significativamente inferiori poiché la proof comprime tutta l'attività off-chain in una piccola transazione on-chain.
• Ereditarietà della sicurezza: gli zk-rollup derivano la loro sicurezza dal livello base (ad esempio, Ethereum), il che significa che beneficiano del consenso robusto e decentralizzato della catena di livello 1.
• Finalità rapida: A differenza dei rollup ottimistici, che possono avere Con finestre di controversia fino a una settimana, gli zk-rollup offrono tempi di risoluzione quasi istantanei, poiché le prove di validità determinano in modo definitivo la correttezza delle transazioni.
• Efficienza dei dati: poiché set di dati più piccoli vengono caricati sulla blockchain, ciò riduce il carico di lavoro e migliora l'efficienza dell'intera rete.

Sfide e limitazioni

• Complessità del dimostratore: la generazione di prove di validità è computazionalmente pesante e richiede potenzialmente hardware specializzato, il che potrebbe limitarne l'accessibilità per gli sviluppatori più piccoli.
• Complessità di sviluppo: la scrittura di applicazioni compatibili con zk richiede spesso una profonda conoscenza dei circuiti zk e dei linguaggi associati come Cairo (utilizzato in StarkNet) o Zinc (utilizzato in zkSync).
• Limitazioni degli smart contract: gli attuali ambienti zk-rollup potrebbero non supportare l'intera gamma di funzionalità compatibili con EVM, il che potrebbe limitarne l'adozione per alcuni Applicazioni decentralizzate.
• Problemi di configurazione affidabile: Alcune soluzioni basate su zk-SNARK richiedono una configurazione affidabile che, se compromessa, potrebbe influire sull'integrità del sistema. Le soluzioni zk-STARK mitigano questo problema, ma a scapito di dimensioni di prova maggiori e tempi di verifica più lunghi.
• Esperienza utente: Sebbene la crittografia back-end sia fluida, la necessità di relayer e meccanismi di bridging può introdurre complessità per gli utenti finali che non hanno familiarità con il panorama tecnico.

Nonostante questi ostacoli, lo spazio zk-rollup sta rapidamente maturando. I progressi nell'accelerazione hardware, l'ottimizzazione dei sistemi di prova e il miglioramento degli strumenti per gli sviluppatori stanno rendendo gli zk-rollup più accessibili e pratici. Inoltre, la roadmap di scalabilità di Ethereum include un crescente supporto per i rollup tramite progetti come il data sharding di Ethereum 2.0, che ne migliorerà ulteriormente l'efficienza e l'adozione.

Con la continua evoluzione del settore, si prevede che gli zk-rollup diventeranno la pietra angolare di infrastrutture blockchain scalabili, sicure e a basso costo, in particolare in settori come DeFi, gaming e sistemi di identità Web3. L'equilibrio che raggiungono tra efficienza e sicurezza li rende una delle innovazioni più promettenti nella scalabilità della blockchain.