Geçerlilik Rollupları: Ethereum'un ölçeklenmesi için en iyi seçenek

Validity Rollups (aynı zamanda zk-rollups olarak da bilinir), Ethereum'un işlem kapasitesini güvenli ve merkeziyetsiz bir şekilde artırmak için en umut verici çözüm olarak kabul edilmektedir. Bu ölçeklendirme çözümünün temelinde, doğrulanabilir hesaplama için geçerlilik kanıtlarının kullanılması yatmaktadır. Çalışma prensibi aşağıdaki gibidir:

Operatörler, işlem işlemlerini zincir dışı bir ortama (2. katman olarak adlandırılır) aktarır, her işlemi Ethereum ana ağında işlemek yerine. Büyük miktarda işlem işlendiğinde, 2. katman operatörü sonuçları Ethereum durumuna uygulanması için geri dönerken, zincir dışı yürütmenin bütünlüğünün geçerlilik kanıtını sağlar. Bu kanıt, partideki tüm işlemlerin geçerliliğini garanti eder ve zincir üzerindeki doğrulayıcı sözleşmesi tarafından otomatik olarak doğrulanır. Bu, Ethereum'un sonuçları kendi durumuna uygulamasını sağlar.

Dikkat edilmesi gereken bir nokta, Geçerlilik Rolluplarının genellikle sıfır bilgi toplama (ZKP) olarak yanlış adlandırılmasıdır, ancak bu doğru değildir. Çoğu Geçerlilik Rollup, ne ZKP kullanır ne de gizliliği sağlamak amacıyla kullanılır. Bu nedenle, "Geçerlilik Rollup" terimi daha doğru bir ifadedir.

Off-Chain Sanal Makine

Derinlemesine tartışmaya geçmeden önce, sanal makine (VM) kavramını anlamamız gerekiyor. Kısacası, VM, programların çalıştırılabileceği bir ortamdır, tıpkı bir Mac'te Windows işletim sistemini çalıştırmak gibi. Belirli girişlerin hesaplanmasının ardından farklı durumlar arasında geçiş yapar. Ethereum sanal makinesi (EVM) ise Ethereum akıllı sözleşmelerini çalıştıran VM'dir.

Sıfır Bilgi Sanal Makinesi (zkVM), programların doğru bir şekilde çalıştığını kanıtlamak için kolayca doğrulanabilir geçerlilik kanıtları üretebilen bir program yürütme ortamıdır. "zkEVM" terimi genellikle Ethereum Sanal Makinesi (EVM) kullanarak EVM yürütmesinin özeti kanıtlayabilen bir durumu ifade eder. Bu terim yanıltıcı olabilir çünkü EVM kendisi bu kanıtları üretmez; aksine, kanıtlar EVM yürütmesinin sonuçlarını başlangıç noktası olarak alan ayrı bir kanıt mekanizması tarafından üretilir. Ayrıca, bu kanıtlar esasen geçerliliğe odaklandığından gizliliğe değil, bu nedenle tam anlamıyla sıfır bilgi kanıtları değildir.

Tüm Validity Rollup'larının Ethereum'u ölçeklendirmek için geçerlilik kanıtlarını kullanmayı amaçlamasına rağmen, bunlar işlem zincirinde gerçekleştirilecek işlemleri seçerken farklılıklar göstermektedir. Birçok Validity Rollup, EVM tasarımını kopyalamayı tercih etmektedir (bu nedenle "zkEVM rollups" olarak adlandırılır), Ethereum deneyimini L2 rollup üzerinde kopyalamaya çalışmaktadır. Starknet ise geçerlilik kanıtı verimliliğini optimize etmek için özel olarak tasarlanmış yeni bir VM olan Cairo VM (CVM) kullanmaktadır.

Bu iki yöntemin avantajları ve dezavantajları vardır: zkEVM, Ethereum uyumluluğu için performanstan ödün verirken, Cairo VM performansı uyumluluğun önüne koyarak ölçeklenebilirliğe öncelik veriyor.

zkEVM'nin Yöntemi

zkEVM, Ethereum deneyimini tamamen Layer-2 blok zincirine entegre etmeyi amaçlamaktadır. Hedefi, Ethereum geliştirici ortamını toplama içinde kopyalamaktır. zkEVM sayesinde, geliştiriciler akıllı sözleşmeler yazarken veya bunları daha ölçeklenebilir çözümlere taşırken, kodu değiştirmeden veya mevcut EVM araçlarından ve akıllı sözleşmelerden vazgeçmeden hareket edebilirler.

Ancak, bu yöntemin en büyük dezavantajlarından biri, geçerlilik kanıtlarının genişleme potansiyelini sınırlamasıdır. zkEVM, Ethereum ile uyumlu olmaya odaklandığı için daha yavaş ve daha fazla kaynak tüketmektedir. CVM'den farklı olarak, EVM tasarlanırken kanıt verimliliği düşünülmemiştir. Bu, verimliliği ve ölçeklenebilirliği artırabilecek optimizasyon önlemlerini kısıtlar ve nihayetinde sistemin genel performansını etkiler.

EVM'nin Kanıtlanabilirlik Zorlukları

zkEVM yönteminin karşılaştığı temel zorluk, EVM'nin orijinal tasarımından kaynaklanmaktadır - bu, geçerlilik kanıtı ortamında çalışmak için tasarlanmamıştır. Bu nedenle, işlevlerini kopyalama çabaları, geçerlilik kanıtının potansiyelini tam olarak ortaya çıkaramaz ve bu da verimsizlikle sonuçlanır. Bu düşük verimlilik, sonunda sistemin genel performansını olumsuz etkiler. EVM ile geçerlilik kanıtı arasındaki uyumluluk, aşağıdaki faktörler tarafından engellenmektedir:

1. EVM, yığın tabanlı bir model kullanırken, geçerlilik kanıtı daha çok kayıt tabanlı bir modele uygundur. EVM'nin yığın özellikleri, onun yürütme doğruluğunu kanıtlamayı ve yerel araç zincirine doğrudan destek sağlamayı daha zor hale getirir.

2. Ethereum depolama düzeni, Keccak ve büyük Merkle Patricia Ağacı'na ciddi şekilde bağımlıdır; bu ikisi de etkinlik kanıtı için olumsuzdur ve büyük miktarda kanıt yükü ekler. Örneğin, Keccak x86 mimarisinde çok hızlı çalışır, ancak kanıtlamak için 90k adım gerektirir. Buna karşılık, Pedersen (zk dostu bir hash fonksiyonu) yalnızca 32 adım gerektirir.

Bu nedenle, çeşitli zkEVM'ler Ethereum araçlarına farklı seviyelerde destek sunar - zkEVM'in Ethereum ile uyumluluğu ne kadar yüksekse, performansı o kadar düşük olur.

Cairo-VM Yöntemleri

zkEVM'nin "EVM'yi Validity Rollups'a uyarlamak" için büyük geliştirme süreleri harcamasının aksine, başka bir seçenek daha vardır: tamamen yeni bir özel sanal makine kullanmak ve bunun üzerine Ethereum araçlarına destek eklemek. Starknet'in benimsediği yöntem tam olarak budur; Starknet, Kasım 2021'de piyasaya sürülen izinsiz bir Validity Rollup'tır. Starknet, tamamen birleştirilebilir bir ağda genel akıllı sözleşim platformu sunan ilk Validity Rollup'tır.

Starknet, Cairo-VM (CVM) kullanır; bu, aynı isme sahip bir yüksek seviyeli dildir. Cairo-VM, program yürütmesinin geçerlilik kanıtlarını verimli bir şekilde oluşturmak için özel olarak tasarlanmıştır.

Cairo (sanallaştırma ve dil) kullanmanın aşağıdaki avantajları vardır:

1. Optimize edilmiş geçerlilik kanıtı - Her bir komutun geçerli bir cebirsel temsili vardır.
2. Kanıtlanabilir programlar yazmak için kullanılan Rust benzeri dil
3. Gelişmiş Cairo ve Cairo derlemesi (VM talimatları) arasındaki ara gösterim (Sierra), Cairo kodunun verimli bir şekilde yürütülmesine olanak tanır.

Yeni bir dil geliştirmek, belirli ihtiyaçlara göre özelleştirme yapılmasını sağlamakta ve daha önce karşılanmamış ihtiyaçları karşılayacak özelliklerle donatılmasını sağlamaktadır.

Cairo ve kodlama çeşitliliği

Starknet yeniliği teşvik ediyor, bu da çeşitli kodlama yöntemlerinde kendini gösteriyor. Cairo, STARKs kullanarak en iyi ölçeklenebilirlik yeteneğini, yalnızca Cairo'da doğrudan sözleşme yazan geliştiricilerle sınırlı kalmaksızın sunuyor. Geliştiriciler, kendilerine en uygun olan yöntemi seçebilirler:

1. Cairo'da yerel olarak kod yazma: Cairo 1.0'ın piyasaya sürülmesiyle, geliştiriciler artık ergonomik ve güvenli Rust benzeri bir dili kullanabilirler.

2. Solidity uyumluluğu: Solidity geliştiricileri, Cairo VM için kullanılabilir kod yazabilir. Bu yaklaşım, Ethereum'a benzer bir geliştirme deneyimi sunar ve Solidity akıllı sözleşmelerinin Starknet'e taşınmasını sağlar. İki uygulama yöntemi vardır:

   • Çeviri: Warp çevirici kullanarak Solidity kodunu Cairo'ya dönüştür.
   • Starknet'teki zkEVM: Kakarot'u kullanarak, Starknet'te Ethereum akıllı sözleşmelerini çalıştırabilen, Cairo ile yazılmış bir zkEVM.

Kısa bir süre içinde, Cairo en popüler akıllı sözleşme dilleri arasında TVL sıralamasında dördüncü sıraya yükselmiş ve 350 milyon doların üzerinde finansman desteği almıştır.

Özet

zkEVM, Ethereum ortamını rollup olarak kopyalamayı amaçlamaktadır, böylece geliştiriciler tanıdık Ethereum araçlarını kullanabilirler. Ancak, bu yaklaşım, doğrulama kanıtlarının potansiyelini sınırlamakta ve büyük miktarda kaynak tüketebilir.

Cairo VM, etkinlik kanıtı sistemleri için tasarlanmış olup, EVM'nin kısıtlamalarına tabi değildir. Yeni, güvenli ve ergonomik Rust benzeri bir programlama dili olan Cairo 1.0 ile desteklenmektedir ve Ethereum'un ölçeklenebilirlik verimliliğini maksimize etmek için STARK kanıtları kullanarak güçlü bir araç oluşturmaktadır.

Cairo'nun sürekli ilerlemesi, Kakarot zkEVM ve Warp gibi çeşitli geliştirme seçeneklerinin artışı heyecan verici. Starknet dApp'in üretim aşamasına girmesi, Cairo'nun güçlü yeteneklerini sergiliyor ve gelecekte daha iddialı projelerde kullanılacağına inanıyorum.

STARK genişlemesi sayesinde sunulan çeşitli yollar ve önümüzdeki birkaç ay içinde ortaya çıkabilecek yeni yöntemler sayesinde, geliştiricilerin artık blok zinciri genişlemesi üzerinde benzeri görülmemiş bir kontrolü var.