مفهوم Rollup چیست؟ راهکاری برای سرعت و مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین

در این مقاله از وبلاگ یومیکس، قصد داریم به زبانی ساده و کاربردی، به بررسی این راهکار مقیاس‌پذیری لایه ۲ بپردازیم و ببینیم Rollup دقیقاً چیست و چگونه دنیای بلاک‌چین را متحول می‌کند.

چالش‌های مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین‌های لایه ۱

برای اینکه اهمیت Rollup را بهتر درک کنید، بیایید نگاهی به چالش‌هایی بیندازیم که بلاک‌چین‌های اصلی (لایه ۱) مثل اتریوم با آن‌ها دست و پنجه نرم می‌کنند. یکی از اصلی‌ترینِ این چالش‌ها، “معمای سه‌گانه بلاک‌چین” (Blockchain Trilemma) است.

معمای سه‌گانه بلاک‌چین

این معمای معروف می‌گوید که در طراحی یک بلاک‌چین، سخت است که همزمان به هر سه ویژگی زیر دست پیدا کنیم:

• مقیاس‌پذیری (Scalability): توانایی پردازش تعداد زیادی تراکنش در هر ثانیه.
• امنیت (Security): مقاومت در برابر حملات و دستکاری اطلاعات.
• غیرمتمرکزی (Decentralization): عدم وابستگی به یک نهاد یا نقطه کنترل مرکزی.

بلاک‌چین‌هایی مانند اتریوم در ابتدای مسیر خود، برای اولویت‌بندی امنیت و غیرمتمرکزی، مقیاس‌پذیری را فدا کردند. این یعنی با افزایش تعداد کاربران و تراکنش‌ها، شبکه کند می‌شود و هزینه‌های پردازش (Gas Fees) به شدت بالا می‌رود. تصور کنید در یک ساعت شلوغی، بخواهید از یک بزرگراه باریک عبور کنید؛ ترافیک سنگین حتماً شما را کلافه خواهد کرد. بلاک‌چین‌های لایه ۱ هم دچار چنین “ترافیکی” می‌شوند.

این محدودیت در مقیاس‌پذیری باعث شده تا بسیاری از پروژه‌ها و کاربران به دنبال راه‌حل‌هایی برای انجام تراکنش‌های سریع‌تر و ارزان‌تر باشند. اینجا است که راه‌حل‌های لایه ۲ مثل Rollup پا به عرصه می‌گذارند.

لایه ۲ (Layer 2) چیست؟

راهکارهای لایه ۲، پلتفرم‌ها یا پروتکل‌هایی هستند که بر روی بلاک‌چین اصلی (لایه ۱) ساخته می‌شوند و برای پردازش حجم بالای تراکنش‌ها یا انجام محاسبات پیچیده، از قدرت لایه ۱ استفاده می‌کنند اما در عمل، بسیاری از عملیات را “خارج از زنجیره اصلی” (Off-chain) انجام می‌دهند.

هدف اصلی لایه ۲ این است که با کاهش بار روی لایه ۱، مقیاس‌پذیری را افزایش داده و در عین حال، از امنیت لایه ۱ بهره‌مند شود. Rollup یکی از مهم‌ترین و محبوب‌ترین انواع راهکارهای لایه ۲ است.

Rollup چگونه کار می‌کند؟

مفهوم اصلی Rollup، همانطور که از نامش پیداست (Roll up به معنی “جمع کردن” یا “پیچیدن”)، این است که تعداد زیادی تراکنش خارج از زنجیره اصلی را “جمع‌آوری” کرده، آن‌ها را به هم “بپیچد” و در نهایت، یک خلاصه یا “گواه” از این حجم بالای تراکنش را روی بلاک‌چین اصلی (لایه ۱) منتشر کند.

بیایید این فرآیند را مرحله به مرحله بررسی کنیم:

مرحله ۱: پردازش تراکنش‌ها Off-chain

به جای اینکه هر تراکنش به صورت مجزا روی بلاک‌چین اصلی پردازش شود، Rollupها یک محیط جداگانه (معمولاً یک زنجیره یا قرارداد هوشمند تخصصی روی لایه ۲) ایجاد می‌کنند که در آن، تعداد زیادی تراکنش به سرعت و با هزینه بسیار پایین پردازش می‌شوند. این تراکنش‌ها معمولاً در دسته‌های بزرگ (Batch) جمع‌آوری می‌شوند.

تصور کنید به جای اینکه هر دانش‌آموز برای ارائه تکلیف خود به صورت جداگانه به دفتر مدیر مراجعه کند، معلم تمام تکالیف را جمع‌آوری کرده و فقط یک گزارش کلی از انجام آن‌ها به مدیر ارائه می‌دهد. Rollup هم همین کار را با تراکنش‌ها انجام می‌دهد.

مرحله ۲: فشرده‌سازی اطلاعات

اطلاعات مربوط به هر دسته از تراکنش‌ها (Batch) فشرده می‌شود. این فشرده‌سازی بسیار مهم است، زیرا حجم داده‌هایی که قرار است روی لایه ۱ منتشر شوند را به شدت کاهش می‌دهد. با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته فشرده‌سازی، می‌توان اطلاعات مربوط به صدها یا حتی هزاران تراکنش را در حجم بسیار کوچکی جای داد.

مرحله ۳: تولید گواه (Proof)

پس از پردازش و فشرده‌سازی، یک “گواه” یا Proof معتبر برای کل دسته تراکنش‌ها تولید می‌شود. این گواه ثابت می‌کند که تمام تراکنش‌های موجود در آن دسته به درستی پردازش شده‌اند و وضعیت نهایی حساب‌ها نتیجه‌ای صحیح از اجرای این تراکنش‌ها است. نوع گواه تولید شده بستگی به نوع Rollup دارد که در ادامه به آن می‌پردازیم.

مرحله ۴: ارسال اطلاعات فشرده و گواه به لایه ۱

در نهایت، داده‌های تراکنش فشرده شده (Data Availability) و گواه تولید شده به بلاک‌چین اصلی (لایه ۱) ارسال و روی آن منتشر می‌شوند. این اطلاعات در لایه ۱ ذخیره می‌شوند و از امنیت بالای آن برای تأیید و نهایی کردن وضعیت استفاده می‌کنند. این گواه به بلاک‌چین اصلی اجازه می‌دهد تا بدون نیاز به اجرای مجدد تمام تراکنش‌ها، از صحت آن‌ها مطمئن شود و وضعیت نهایی را درک کند.

با این روش، به جای پردازش تک‌تک تراکنش‌ها روی لایه ۱ (که کند و گران است)، فقط یک بسته فشرده از آن‌ها و یک گواه کوچک (که حجم بسیار کمتری دارند) روی لایه ۱ منتشر می‌شوند. این الگو به طور چشمگیری مقیاس‌پذیری را افزایش داده و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

انواع Rollup

Rollupها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند که در نحوه تولید و تأیید “گواه” با هم تفاوت دارند:

۱. Optimistic Rollup (رول‌آپ اپتیمیستیک)

این نوع Rollup فرض را بر “خوش‌بینی” (Optimism) می‌گذارد؛ یعنی فرض می‌کند که تمام تراکنش‌های پردازش شده Off-chain صحیح هستند. گواه ارائه شده برای یک دسته تراکنش (Batch) ابتدا بدون بررسی دقیق پذیرفته می‌شود و روی لایه ۱ منتشر می‌شود.

اما برای اطمینان از صحت، یک “دوره چالش” (Challenge Period) وجود دارد. در این دوره (معمولاً چند روز)، هر کسی می‌تواند صحت گواه ارائه شده را به چالش بکشد و اثبات کند که تراکنشی در آن دسته به درستی اجرا نشده یا گواه اشتباه است. اگر چالشی موفقیت‌آمیز باشد، Rollup به طور خودکار به حالت قبل از اجرای تراکنش‌های نادرست باز می‌گردد و اپراتور Rollup که گواه اشتباه ارائه داده، جریمه می‌شود.

نکات کلیدی Optimistic Rollup:

• سرعت بالا در پردازش Off-chain: به دلیل عدم نیاز به تولید گواه پیچیده برای هر دسته.
• هزینه اجرای کمتر: نسبت به ZK-Rollup، به خصوص در مراحل اولیه.
• دوره چالش و تأخیر در برداشت وجه (Withdrawal): برای برداشت دارایی از Rollup به لایه ۱، کاربر باید منتظر بماند تا دوره چالش به پایان برسد تا از عدم وجود تراکنش‌های جعلی اطمینان حاصل شود. این می‌تواند چند روز طول بکشد.
• مثال‌ها: شبکه‌هایی مانند Optimism و Arbitrum نمونه‌هایی از Optimistic Rollup هستند.

۲. ZK-Rollup (رول‌آپ دانش صفر)

ZK مخفف Zero-Knowledge است (دانش صفر). ZK-Rollup از اثبات‌های رمزنگاری پیشرفته‌ای به نام اثبات دانش صفر (Zero-Knowledge Proofs) استفاده می‌کند. این اثبات‌ها به Rollup اجازه می‌دهند تا بدون اینکه تمام جزئیات مربوط به هر تراکنش را روی لایه ۱ منتشر کند، ثابت کند که تمام تراکنش‌های موجود در یک دسته به صورت صحیح اجرا شده‌اند و وضعیت نهایی شبکه معتبر است.

به عبارت دیگر، ZK-Rollup قبل از ارسال اطلاعات به لایه ۱، یک گواه ریاضیاتی قوی تولید می‌کند که صحت دسته تراکنش‌ها را “ثابت می‌کند”. لایه ۱ فقط این گواه را تأیید می‌کند و نیازی به دوره چالش وجود ندارد.

نکات کلیدی ZK-Rollup:

• امنیت بالا و نهایی شدن سریع‌تر: به دلیل استفاده از اثبات‌های ریاضیاتی قوی، نیازی به دوره چالش نیست و وضعیت تراکنش‌ها به سرعت روی لایه ۱ نهایی می‌شود. این یعنی برداشت وجه به لایه ۱ بسیار سریع‌تر است.
• هزینه پردازش Off-chain بالاتر: فرآیند تولید اثبات‌های دانش صفر محاسبات سنگینی دارد و می‌تواند در مراحل اولیه هزینه‌بر باشد.
• پیچیدگی فنی بالاتر: پیاده‌سازی ZK-Rollup از لحاظ فنی پیچیده‌تر است.
• مثال‌ها: شبکه‌هایی مانند zkSync و Polygon zkEVM نمونه‌هایی از ZK-Rollup هستند.

Rollup و ذخیره داده‌ها (Data Availability)

یکی از جنبه‌های مهم Rollup، مسئله “در دسترس بودن داده‌ها” (Data Availability) است. برای اینکه کاربران بتوانند وضعیت فعلی Rollup را تأیید کنند، حتی اگر گواه ارائه شده توسط اپراتور Rollup به چالش کشیده شود، یا برای اینکه کسی بتواند از وضعیت Rollup مطلع شود، نیاز است که داده‌های اصلی تراکنش‌ها (حتی به صورت فشرده) در جایی در دسترس باشند.

اکثر Rollupها این داده‌های فشرده را مستقیماً روی لایه ۱ منتشر می‌کنند. این تضمین می‌کند که داده‌ها غیرمتمرکز و امن هستند، زیرا در بلاک‌چین اصلی ذخیره شده‌اند. اما این کار می‌تواند هزینه گس لایه ۱ را افزایش دهد، حتی با وجود فشرده‌سازی.

برخی راهکارها در حال بررسی هستند تا Data Availability را به روش‌های کم‌هزینه‌تر و موازی با لایه ۱ انجام دهند، اما همچنان با هدف اصلی Rollup که استفاده از امنیت لایه ۱ است، همخوانی داشته باشند.

کاربردهای Rollup

Rollupها در حوزه‌های مختلفی کاربرد دارند و امکانات جدیدی را در فضای بلاک‌چین فراهم کرده‌اند:

• DeFi (مالی غیرمتمرکز): انجام تراکنش‌های سریع و ارزان در پلتفرم‌های وام‌دهی، صرافی‌های غیرمتمرکز (DEX) و پروتکل‌های کسب بازدهی.
• NFTs (توکن‌های غیرقابل تعویض): ایجاد، معامله و انتقال NFTها با هزینه و سرعت به مراتب بهتر.
• بازی‌های بلاک‌چینی (P2E): فراهم کردن بستر لازم برای انجام تعداد بالای تراکنش‌های درون بازی بدون تحمیل هزینه‌های سنگین بر بازیکنان.
• پرداخت‌ها: انجام پرداخت‌های رمزارزی با سرعت و کارمزدی مشابه سیستم‌های پرداخت سنتی.
• Web3 Applications: توسعه برنامه‌های غیرمتمرکز (dApps) که نیازمند پردازش حجم بالای اطلاعات یا تراکنش‌های متعدد هستند.

با استفاده از Rollupها، پروژه‌ها می‌توانند از امنیت بلاک‌چین‌های اصلی بهره‌مند شوند، در حالی که تجربه کاربری بهتری از نظر سرعت و هزینه به کاربران خود ارائه می‌دهند.

مزایا و معایب Rollup

مزایا:

• افزایش مقیاس‌پذیری: پردازش هزاران تراکنش در هر ثانیه، در مقایسه با ده‌ها تراکنش در لایه ۱.
• کاهش هزینه‌های تراکنش: به دلیل پردازش Off-chain و فشرده‌سازی داده‌ها.
• بهره‌گیری از امنیت لایه ۱: Rollupها وضعیت خود را روی بلاک‌چین اصلی نهایی می‌کنند و از امنیت بالای آن بهره‌مند می‌شوند.
• کاهش بار روی لایه ۱: با انتقال پردازش به لایه ۲، شبکه اصلی کمتر شلوغ می‌شود.

معایب:

• پیچیدگی پیاده‌سازی: توسعه و نگهداری Rollupها، به خصوص ZK-Rollup، از لحاظ فنی پیچیده است.
• نیاز به اپراتورها: Rollupها برای جمع‌آوری و پردازش تراکنش‌ها نیاز به اپراتور دارند که می‌تواند درجه‌ای از تمرکز را ایجاد کند (اگر تعداد اپراتورها کم باشد).
• دوره چالش در Optimistic Rollup: باعث تأخیر در برداشت وجه می‌شود.
• هزینه‌هایی در لایه ۱: با وجود کاهش قابل توجه، کماکان هزینه‌هایی برای انتشار داده‌های فشرده و گواه روی لایه ۱ وجود دارد.

آینده Rollup و اکوسیستم کریپتو

Rollupها یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها در مسیر حل چالش‌های مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین هستند و نقش محوری در آینده اکوسیستم‌های مانند اتریوم ایفا می‌کنند. با پیشرفت تکنولوژی، انتظار می‌رود Rollupها کارآمدتر، سریع‌تر و ارزان‌تر شوند.

توسعه ZK-Rollupها که قابلیت سازگاری با ماشین مجازی اتریوم (EVM) را دارند (مانند ZK-EVMها)، گام بزرگی است که امکان مهاجرت آسان‌تر پروژه‌های لایه ۱ به لایه ۲ را فراهم می‌کند.

همچنین، ایده‌هایی در مورد “Rollupهای چندگانه” (Multichain Rollups) و چالش‌های ارتباط بین Rollupها (Inter-Rollup Communication) در حال بررسی است که هدف آن، ایجاد یک شبکه منسجم‌تر و کارآمدتر از راهکارهای لایه ۲ است.

جمع‌بندی دوستانه

خب، سفر ما در دنیای Rollup به پایان رسید. امیدواریم اکنون تصویر واضح‌تری از این تکنولوژی مهم و نقش آن در افزایش سرعت و کاهش هزینه‌ها در بلاک‌چین داشته باشید.

Rollupها دیگر فقط یک ایده نظری نیستند، بلکه در عمل توسط پروژه‌های بزرگ و متعدد در حال استفاده هستند و به ما کمک می‌کنند تا از پتانسیل واقعی بلاک‌چین در مقیاس وسیع‌تر استفاده کنیم.

فراموش نکنید که دنیای رمزارزها به سرعت در حال تغییر است و یادگیری مداوم کلید موفقیت در این فضا خواهد بود. برای مقالات آموزشی بیشتر و به‌روز ماندن با آخرین تحولات، وبلاگ یومیکس را دنبال کنید.

همیشه در یادگیری و اکتشاف فضای کریپتو رو به جلو حرکت کنید!