Zk-Rollup – Solusi Layer 2 Jangka Panjang

Kita mengetahui bahwa Layer 2 adalah solusi yang memanfaatkan sumber daya dari Ethereum dan meningkatkan Ethereum melalui solusi penskalaan. Di masa depan Ethereum 2.0 akan menjadi layer konsensus, dan Layer 2 akan menjadi Layer implementasi.

Di antara solusi Layer 2, solusi Optimistic Rollup memiliki keunggulan dalam jangka pendek. Optimistic memiliki keuntungan untuk maju, tetapi zk-Rollup mempunyai teknologi dasar yang lebih baik, sehingga akan menjadi solusi Layer 2 jangka menengah dan juga panjang.

Poin kunci:

• Solusi zk-Rollup mempunyai keunggulan teknologi ketimbang solusi Layer 2 lainnya.
• Ada banyak versi teknologi zk-Rollup berlandaskan implementasi ZKP (zero-knowledge proofs) seperti STARK, SNARK, PLONK, dll.
• zk-Rollup masih memiliki keterbatasan seperti teknologi yang kompleks, kompatibilitas EVM yang sulit, komputasi proof-of-concept yang berat yang meningkatkan biaya gas, dan membutuhkan hardware yang lebih kuat dibandingkan solusi lainnya.
• Projects zkSync, StarkNet, Polygon zkEVM, Scroll telah membuat langkah signifikan dalam pengembangan blockchain dengan mesin virtual yang kompatibel dengan EVM.
• Merge tidak hanya mempromosikan Ethereum 2.0 tetapi juga mempromosikan teknologi rollup, terutama solusi jangka menengah dan panjang seperti zk-rollup.

Apa itu zk-Rollup?

Penanganan zk-Rollup

ZKP (zero-knowledge proof) adalah cara bagi (Prover) untuk meyakinkan (Verifier) bahwa suatu keadaan adalah sah tanpa mengungkapkan informasi lebih lanjut. Ada banyak implementasi ZKP seperti STARK, SNARK, PLONK, PLONKY2, Groth16… lebih tepatnya, implementasi ini adalah Validity Proofs (Bukti Validitas).

zk-Rollup (zero-knowledge Rollup) adalah solusi penskalaan layer 2 yang meningkatkan throughput pada Ethereum Mainnet dengan memindahkan komputasi dan mengamankan status off-chain. Mereka menggulung ribuan transaksi ke dalam batch dan menciptakan ZKP (zero-knowledge proofs). Hanya informasi ini yang dikirim dan diverifikasi di chain utama. Informasi-informasi ini tersimpan di chain utama bersama dengan bukti transaksi.

Berbeda dengan Optimistic Rollup bahwa semua transaksi adalah benar, transaksi di zk-Rollup dihitung dan diverifikasi, sehingga bukti yang dihasilkan disebut data yang valid. Berkat data valid dan data yang tersedia secara on-chain, waktu penarikan ke L1 hanya 1~10 menit.

Kenapa zk-Rollup adalah Solusi Jangka Menengah dan Panjang?

Bandingkan solusi Layer 2

Oranye menunjukkan kelebihan dan kuning menunjukkan kekurangan, kita dapat melihat bahwa Optimistic Rollup dan juga zk-Rollup yang mempunyai kelebihan dan paling populer saat ini. Optimistic Rollup mempunyai keunggulan kompatibilitas yang baik dengan EVM tapi Optimistic Rollup mempunyai throughput yang lebih kecil dibandingkan zk-Rollup dan membutuhkan waktu 1 minggu untuk menarik aset ke L1 sedangkan zk-Rollup hanya membutuhkan waktu 1~10 menit.

zk-Rollup mempunyai throughput tinggi ~2k TPS, zk-Rollup juga bisa dikombinasikan dengan solusi Validium sehingga pengguna dapat memilih untuk berdagang dengan biaya lebih kecil, lebih cepat. Proyek yang menggunakan STARK seperti StarkNet juga dapat menyebarkan Layer 3 dengan peningkatan throughput puluhan kali lipat.

zk-Rollup mendapatkan keamanan dari Ethereum: Transaksi pada zk-Rollup dihitung, diverifikasi, dan menciptakan bukti kriptografi yang valid, sehingga pelaku jahat tidak bisa mentransisikan status tidak valid. Juga dengan ketersediaan data yang tersimpan secara on-chain memastikan keamanan, ketahanan sensor, dan desentralisasi.

zk-Rollup mempunyai biaya transaksi yang rendah: Mengambil perhitungan dan pemeriksaan off-chain, menggulung ribuan transaksi menjadi bukti ringkas yang dikirim kembali ke chain utama membantu mengurangi biaya transaksi.

Dapat menarik aset ke L1 hanya 1~10 menit: lebih cepat karena status diperbarui segera setelah bukti diverifikasi di chain utama. Jadi solusi zk-Rollup jauh lebih hemat biaya daripada 1 minggu Optimism Rollup.

zk-Rollup mendukung smart contract umum, VM off-chain, memungkinkan pengembang untuk mengembangkan segala jenis logic (dApp) untuk tujuan apa pun yang mereka inginkan. Ini sangat penting dengan Layer 2 sebagai Layer eksekusi, tempat aplikasi DeFi, Gamefi, NFT… Berjalan, berkomunikasi, dan berkolaborasi satu sama lain.

zk-Rollup mempunyai kompatibilitas EVM: Kelemahan terbesar zk-Rollup secara bertahap diatasi ketika ada mesin virtual yang cocok dengan zkEVM – EVM untuk teknologi zk. Secara khusus, zkSync dan Scroll adalah testingnet, Polygon zkEVM juga akan testnet pada Q3 2022. Meskipun StarkNet tidak cocok dengan EVM, mereka sedang mengembangkan alat konversi dari bahasa Solidity ke Cairo.

Privasi: zk-Rollup bisa dengan mudah mendukung transaksi pribadi secara default.

Versi Teknologi zk-Rollup

Ada banyak versi teknologi zk-Rollup berlandaskan implementasi ZKP seperti SNARK, STARK, PLONK, dll.

Implementasi zk-proof

Secara teoritis algoritma teraman adalah STARKs. Proyek layer 2 menggunakan Stark seperti Polygon zkEVM, StarkNet, StarkEx, Polygon Miden.

SNARK memiliki ukuran Proof terkecil, ada banyak implementasi SNARK seperti Groth 16 SNARK, SNARK OS, recursive SNARK… Proyek layer 2 menggunakan SNARK seperti zkSync, Polygon zkEVM(Groth 16), Loopring (Groth 16), Polygon ID.

PLONK dirancang untuk keamanan dan bentuk Proof. Aztec menggunakan PLONKY (PLONKY = PLONK + Halo, 15 detik). Polygon Zero memakai PLONKY2 (PLONKY2 = PLONK + FRI + Wizardry) yang mampu menghasilkan proof ZKP tercepat saat ini hanya dengan 170 milidetik memakai macbook.

Penghalang zk-Rollup

Biaya yang terlibat dalam menghitung dan memverifikasi validitas sangat besar dan dapat meningkatkan biaya untuk pengguna rollup.

Sulit untuk membangun zk-Rollup yang kompatibel dengan EVM karena kompleksitas teknologi zero knowledge.

Klasifikasi mesin virtual ZK berdasarkan kompatibilitas EVM

Menghasilkan bukti validitas memerlukan hardware khusus, yang dapat mendorong beberapa pihak untuk mengontrol chain secara terpusat.

Beberapa sistem pemeriksaan (misalnya ZK-SNARK) memerlukan pengaturan tepercaya, jika salah penanganan, berpotensi membahayakan model keamanan ZK-rollup.

Proyek zk-Rollup

zkSync

zkSync adalah solusi penskalaan Layer 2 dari zk-Rollup pada Ethereum pengembangnya adalah Matter Labs. Menawarkan biaya gas kecil dan transaksi kilat, tanpa menurunkan tingkat keamanan.

zkSync 1.0 adalah solusi penskalaan zkRollup di Ethereum non-custodial. Penggunaan secara eksklusif untuk tujuan sederhana. Ini tidak memiliki dukungan untuk zkEVM dan tidak dapat menangani smart contract yang lebih kompleks.

zkSync 2.0 adalah zk-Rollup tanpa trustless yang memakai ZKP untuk memberikan skalabilitas dengan biaya transaksi rendah pada Ethereum. Semua konten tersimpan dalam satu smart contract di chain utama, sementara komputasi dan penyimpanan data berada di luar chain.

zkSync 2.0 memiliki lebih banyak fitur luar biasa seperti:

• Keamanan seperti mainnet tanpa ketergantungan pihak ketiga.
• Smart contract yang kompatibel dengan EVM tidak memiliki izin.
• API Web3 standar.
• Pertahankan fitur EVM utama, seperti kemampuan agregasi smart contract.
• Memperkenalkan fitur baru, seperti abstraksi akun dan meta-transaksi.

zkEVM zkSync bukanlah tiruan dari EVM, tetapi desain baru untuk dapat menjalankan 99% contract Solidity dan memastikan bahwa ia dapat bekerja dengan baik dalam kondisi yang berbeda (termasuk pemulihan dan kondisi abnormal). Pada saat yang sama, dapat menggunakan zkEVM untuk menghasilkan zk-proof di sirkuit.

Mesin virtual zkEVM oleh zkSync

zkSync 1.0 telah menjadi mainnet sejak Juni 2020 dengan TVL ~$70 juta, sementara versi zkSync 2.0 mendukung smart contract dan kompatibilitas EVM.

zkSync 2.0 adalah proyek zk-Rollup di garis depan pengembangan zkEVM, berkat zkEVM dApps dapat dengan mudah berintegrasi dari blockchain lain yang kompatibel dengan EVM.

StarkNet

StarkNet adalah zk-rollup Layer 2 terdesentralisasi permissionless. Blockchain umum yang memungkinkan siapa saja untuk menulis segala jenis dApp untuk tujuan apa pun yang mereka inginkan tanpa mengorbankan sinergi dan keamanan Ethereum.

Tiga fitur dari StarkNet:

• Integritas dan Skalabilitas: Mewarisi keamanan dari L1 Ethereum, mengambil komputasi off-chain dan menciptakan bukti ZKP off-chain. Kemudian verifikasi bukti ini pada chain utama (on-chain).
• Tujuan Umum: StarkNet memungkinkan siapa saja untuk menulis aplikasi yang mereka inginkan, seperti DEX/AMM, Pinjam Meminjam, NFT/Gamefi/Metaverse.
• Interoperabilitas: StarkNet memungkinkan dApps untuk berkomunikasi satu sama lain dan menggabungkan, sehingga memfasilitasi pengembangan dan inovasi dengan mudah.

Proyeknya telah Alpha Mainnet sejak Desember 2021, versi ini cukup lambat dan terfokus. StarkNet bersiap untuk menyelesaikan fase alpha mainnet untuk melanjutkan ke fase berikutnya, kemungkinan besar mainnet resmi.

Meskipun tidak cocok dengan EVM, tetapi StarkNet memiliki alat konversi dari Solidity ke Cairo dan mempunyai tim dukungan yang kuat untuk pengembang dan banyak alat pengembang, sehingga ada banyak proyek  berada di StarkNet.

Polygon zkEVM (sebelumnya Polygon Hermez)

Polygon zkEVM, sebelumnya dikenal sebagai Hermez, diakuisisi oleh Polygon seharga $250 juta pada Agustus 2021.

Peluncuran mainnet Polygon Hermez 1.0 pada Maret 2021 adalah kompilasi zk-SNARK open source yang optimal untuk pembayaran aman, tetapi tidak mendukung smart contract.

Polygon zkEVM (Polygon Hermez 2.0) adalah solusi zk-Rollup Layer 2 dengan kode open source dan dukungan smart contract. zkEVM oleh Polygon zkEVM sepenuhnya cocok dengan EVM. Jadi, Polygon zkEVM menggabungkan STARK dan SNARK, karena sangat cepat, tetapi menghasilkan bukti yang lebih berat. zkSNARK lebih ringan, jadi ini sebagai bukti.

Polygon Zero

Sebelumnya dikenal sebagai proyek Zero Protocol, diakuisisi oleh Polygon seharga $400 juta pada Desember 2021

Polygon Zero adalah solusi zk-Rollup layer 2 terdesentralisasi yang kompatibel dengan EVM. Menggunakan teknologi Plonky2 yang mampu membuat zk proofs tercepat yang tersedia saat ini (~170 milidetik dengan laptop).

Testnet dijadwalkan untuk Q4 2022.

Poligon Miden

Polygon Miden adalah solusi zk-Rollup layer 2 berdasarkan teknologi Stark, open source, mendukung semua jenis smart contract. Namun, VM Miden tidak kompatibel dengan EVM.

Testnet dijadwalkan untuk Q4 2022.

PolygonID

PolygonID adalah solusi identitas default pribadi yang akan memberikan verifikasi on-chain dan otentikasi tanpa izin berkat ZKP, memberi pengguna kendali atas identitas dan data pribadi mereka, menghasilkan interaksi yang andal dengan layanan web3.

Polygon Nightfall

Polygon Nightfall adalah kombinasi teknologi Optimistic dan ZK, memungkinkan transaksi bisnis yang efisien dan terdesentralisasi sambil menjaga privasi, sehingga membuka kemungkinan baru untuk bisnis di Web3.

Scroll

Proyek baru merilis testnet Pra-Alpha pada 19 Juli 2022. Tim Scroll bekerja sama dengan tim Cryptography Aplikasi Ethereum Foundation untuk mengembangkan produk zkEVM terbaik untuk teknologi zk-Rollup.

Aztec

Metode pembayaran pribadi zk.money telah menjalankan mainnet oleh Aztec sejak Maret 2021. Aztec connect – Bridge aman untuk transaksi DeFi telah beroperasi sejak awal Juli 2022. Aztec 2.0 sedang diimplementasikan dengan banyak perbaikan, terutama bahasa Noir untuk smart contract pribadi.

Loopring

Proyek ini berjalan mainnet sejak Desember 2019, terutama untuk keperluan transaksi dan pembayaran. Kompatibilitas EVM Loopring yang mirip dengan solusi Scroll, tetapi proyek tersebut belum membuat banyak kemajuan.

ZKSpace

Dengan pertukaran DEX ZKSwap, ZKSpace sedang membangun platform layer 2 sendiri.

Ethereum 2.0 dan zk-Rollup

Event Merge akan berlangsung pada pertengahan September 2022, jadi setelah The Merge, apa roadmap pengembangan Ethereum selanjutnya?

Pertama, 5 tahap pembentukan Ethereum 2.0 termasuk:

• The Merge: mengkonversi dari POW ke POS, mengurangi konsumsi energi hingga 99,5%.
• The Surge: melakukan “fragmentasi” Sharding, sekaligus menciptakan lebih banyak ruang data untuk Rollup, yang dapat membuat rollup sekitar 10 kali lebih murah. Ini tidak hanya meningkatkan skalabilitas, tetapi juga mengurangi latensi, meningkatkan kecepatan transaksi sampai 100 ribu transaksi/detik.
• The Verge: menggunakan Verkle Tree, memungkinkan pengguna untuk menjadi validator dan memvalidasi transaksi tanpa memerlukan ratusan gigabyte hard drive. Menuju desentralisasi.
• The Purge: tidak memerlukan node untuk menyimpan riwayat transaksi, menjadikan Ethereum sederhana, kuat, aman, dan bahkan lebih terdesentralisasi.
• The Splurge: mensintesis semua elemen dari tahapan di atas, secara resmi menyelesaikan Ethereum 2.0.

Dengan demikian, pasca-The Merge akan menjadi fase penambahan teknologi sharding, dan solusi rollup layer 2 akan berada di atas sharding tersebut, meningkatkan throughput dan mengurangi biaya secara eksponensial.

Vitalik Buterin membayangkan bahwa transisi dari versi 1.0 Ethereum saat ini ke 2.0 akan melalui versi perantara, yaitu 1.5, dengan “peta jalan Ethereum yang berfokus pada rollup”.

Peta jalan ethereum yang berpusat pada rollup: https://t.co/11vxsD0XsJ

— vitalik.eth (@VitalikButerin) 2 Oktober 2020

Menurut Vitalik Buterin, Optimistic Rollup memiliki keunggulan untuk dikembangkan terlebih dahulu, tetapi zk memiliki teknologi dasar yang lebih baik, sehingga akan segera menjadi yang terdepan.

Vitalik mengatakan “Bangun aplikasi ZK”! #WAGMI #ethseoul pic.twitter.com/2G4SSTTiHm

— daosasha.eth/lens KBW (@daosasha) 6 Agustus 2022

Namun demikian, The Merge adalah dorongan tidak hanya untuk mempromosikan Ethereum 2.0 tetapi juga untuk mempromosikan teknologi rollup, terutama solusi jangka menengah dan panjang seperti zk-rollup.

Kesimpulan

Solusi zk-Rollup memiliki keunggulan teknologi daripada solusi Layer 2 lainnya, sehingga zk-Rollup menjadi solusi jangka menengah dan panjang untuk Layer 2. zk-Rollup juga telah membuat kemajuan besar dalam kompatibilitas EVM. Namun masih membutuhkan waktu untuk menyelesaikan teknologi zk-rollup, saat ini proyek zk-rollup masih cukup terbatas, terutama dalam tahap testnet.

Setelah The Merge akan fokus pada teknologi rollup sebelum menambahkan Sharding dalam fase The Surge. Mungkin solusi jangka menengah hingga panjang seperti zk-rollup akan sangat menguntungkan.