Что такое валидиумы и как они работают?

Валидиумы (validiums) — это решение масштабирования второго уровня, предназначенное для оптимизации производительности Ethereum за счет обработки транзакций вне блокчейна.

Валидиумы несут основную ответственность за снижение нагрузки на блокчейн Ethereum, обрабатывая большинство транзакций вне сети и отправляя только краткие доказательства в основную сеть для проверки. Подход к обработке транзакций вне сети значительно повышает пропускную способность и снижает перегрузку основной сети, что приводит к более эффективной и экономичной работе Ethereum.

При таком подходе безопасность и целостность транзакций сохраняются за счет повторяющихся доказательств достоверности, которые проверяются внутри блокчейна, даже когда большая часть данных обрабатывается вне его. Подтверждая точность вычислений вне сети, эти доказательства гарантируют, что переходы состояний соответствуют рекомендациям Ethereum.

Валидиумы обеспечивают значительное улучшение масштабируемости и скорости транзакций за счет выгрузки данных транзакций из основной сети. Это особенно выгодно для систем с высокой пропускной способностью и децентрализованных приложений (DApps).
 

Валидиумы группируют и обрабатывают транзакции вне сети, отправляя доказательства действительности в сеть Ethereum для проверки.

Валидиумы выполняют ряд шагов, предназначенных для оптимизации обработки транзакций и повышения масштабируемости. Эти шаги включают в себя:

Шаг 1: Отправка транзакции

Пользователи инициируют транзакции, отправляя их оператору валидиума, который отвечает за управление обработкой транзакций вне сети.

Шаг 2. Пакетная обработка и обработка вне блокчейна

Оператор собирает несколько транзакций и группирует их в пакеты. Обработка этих пакетов впоследствии выполняется вне блокчейна. По сравнению с обработкой каждой транзакции отдельно в основной сети, такая обработка вне блокчейна значительно повышает пропускную способность транзакций.

Для управления валидиумами необходимы операторы. Они отвечают за сбор транзакций, их группировку и создание доказательств с нулевым разглашением для проверки этих пакетов транзакций.

Шаг 3: Генерация доказательства

Доказательства с нулевым разглашением (ZK) необходимы для работы валидиумов. Оператор генерирует ZK-доказательства после обработки транзакции. Эти криптографические доказательства демонстрируют, что результирующие переходы состояний соответствуют правилам сети Ethereum и что вычисления вне блокчейна были выполнены правильно. Важно отметить, что ZK-доказательства позволяют достичь этой цели, одновременно защищая конфиденциальность — т. е. не раскрывая никаких подробностей — о самих транзакциях.

Шаг 4. Проверка доказательства

Сгенерированные ZK-доказательства загружаются в сеть Ethereum вместе с обязательством, которое представляет собой криптографическое представление самого последнего состояния автономной системы. Смарт-контракт основной сети подтверждает достоверность доказательств. Проверяя правильность внесетевых вычислений и соответствие измененного состояния правилам блокчейна, эта процедура проверки обеспечивает безопасность и окончательность транзакций.
 

Валидиумы — это процессоры транзакций вне сети, но в целях безопасности они по-прежнему полагаются на сеть Ethereum. Сгенерированные оператором обязательства и ZK-доказательства передаются обратно в сеть Ethereum. Это представление обеспечивает проверяемость и безопасность операций вне сети.

Валидиумы применяют надежную модель безопасности Ethereum, используя криптографические доказательства для связи этих оффчейн-операций с основной сетью. Сочетая преимущества автономной обработки с безопасностью основной сети, эта интеграция позволяет валидиумам достичь высокой масштабируемости, гарантируя при этом, что конечное состояние и целостность транзакций защищены блокчейном Ethereum.

Хотя и validium, и volition являются решениями масштабирования второго уровня (L2) для Ethereum, они различаются подходом к доступности данных.

Роллапы на основе волеизъявления (volition) предлагают пользователям гибкость выбора между доступностью данных вне блокчейна и внутри него для своих транзакций, обеспечивая повышенную безопасность и гибкость при немного более высокой цене. Валидиум, напротив, хранит данные исключительно вне сети, отдавая приоритет масштабируемости и снижению затрат, но с компромиссом в плане небольшого снижения безопасности по сравнению с решениями в блокчейне.

Таблица 1. Сравнение Volition и Validium.

	Volition	Validium
Обработка транзакций	Может выбирать между ончейн и оффчейн	Исключительно оффчейн
Масштабируемость	Высокий, с гибкими вариантами обработки	Высокий, из-за пакетной обработки оффчейн
Модель безопасности	Сочетание ончейн и оффчейн безопасности	В целях безопасности опирается на основную сеть Ethereum.
Доступность данных	Может выбирать ончейн для более высокой безопасности	Внесетевые данные с ZK‑доказательствами, обеспечивающими достоверность
Вариант использования	Гибкий, подходит для разнообразных потребностей	Оптимизирован для высокой пропускной способности транзакций
Комиссия за транзакцию	Переменный, в зависимости от выбора обработки	Как правило, ниже из-за обработки оффчейн
Сложность	Выше, из-за к вариантам двойной обработки	Низкая, с единичной оффчейн-обработкой
Конфиденциальность	Может быть выше с вариантами вне блокчейна	Высокая, с защитой на основе ZK‑доказательств

И валидиумы, и накопительные пакеты являются решениями масштабирования L2 для Ethereum; однако их протоколы безопасности и доступность данных различаются.

Накопительные пакеты обеспечивают повышенную безопасность и упрощенную проверку за счет обработки транзакций вне блокчейна и хранения данных в блокчейне. Валидиум, с другой стороны, оптимизируется для снижения затрат и повышения масштабируемости, сохраняя при этом немного более низкий уровень безопасности за счет хранения данных вне блокчейна. Эта разница влияет на их профили затрат, гибкость и безопасность.

В таблице ниже показана разница между накопительными пакетами и валидиумами:

Таблица 2. Сравнение роллапов и валидиумов.

	Роллапы	Validium
Доступность данных	В блокчейне	Вне блокчейна
Гибкость	Меньшая гибкость (из-за необходимости в данных в блокчейне)	Большая адаптивность для управления данными вне блокчейна
Безопасность	Хранение данных в блокчейне обеспечивает чрезвычайно высокий уровень безопасности	Высокая безопасность, но немного меньшая, чем при объединении транзакций в роллапах
Масштабируемость	Высокая масштабируемость	Управление данными вне блокчейна обеспечивает чрезвычайно высокую масштабируемость
Стоимость	Обычно стоимость выше из‑за данных в блокчейне	Обработка данных вне блокчейна снижает затраты

Валидиумы являются привлекательным решением масштабирования L2 для сети Ethereum и предлагают несколько заметных преимуществ, включая более быстрые транзакции, снижение комиссий и возможность повышения конфиденциальности.

Одним из ключевых преимуществ является их способность ускорять обработку транзакций. Обрабатывая транзакции вне блокчейна, валидиумы уменьшают вычислительную нагрузку на основную сеть Ethereum, что приводит к сокращению времени транзакций и повышению эффективности сети. Эта функция особенно ценна для DApps и платформ с высокой пропускной способностью.

Кроме того, валидиумы значительно снижают плату за газ. Поскольку большая часть данных транзакций и вычислений обрабатываются вне блокчейна, затраты, связанные с выполнением транзакций, существенно снижаются. Эта экономическая эффективность делает валидиумы желательным вариантом для пользователей, которые часто взаимодействуют с сетью Ethereum, но обеспокоены высокими комиссиями за транзакции.

Кроме того, валидиумы предлагают потенциал для повышения конфиденциальности. Поскольку валидиумы обрабатывают данные вне блокчейна, детали транзакций не нужно публично раскрывать в сети Ethereum. Вместо этого они проверяются с использованием доказательств с нулевым разглашением, которые подтверждают транзакции без раскрытия конфиденциальной информации. Эта повышенная конфиденциальность имеет решающее значение для пользователей и предприятий, которые отдают приоритет конфиденциальности при взаимодействии с блокчейном.
 

Потенциальные недостатки валидиумов включают проблемы с доступностью данных и риски централизации, связанные с ролью оператора.

Одной из существенных проблем является доступность данных. Поскольку валидиумы хранят данные транзакций вне блокчейна, существует риск того, что эти данные будут потеряны или недоступны, если решение для хранения вне блокчейна выйдет из строя или будет скомпрометировано. Это может помешать проверке транзакций и поддержанию целостности истории блокчейна.

Еще одним потенциальным недостатком является риск централизации, связанный с оператором. В системе валидации операторы играют решающую роль в сборе транзакций, создании доказательств с нулевым разглашением и передаче  обязательств в сеть Ethereum. Эта центральная роль может создать единую точку отказа, если операторы будут действовать злонамеренно или не смогут правильно выполнять свои обязанности, что потенциально может поставить под угрозу систему. Опора на ограниченное число операторов также концентрирует власть и доверие в руках нескольких организаций, что может подорвать децентрализованный дух технологии блокчейн.

Эти проблемы подчеркивают важность внедрения надежных мер безопасности и стратегий снижения рисков для систем валидации, чтобы гарантировать, что они могут успешно сбалансировать масштабируемость и безопасность, сохраняя при этом децентрализацию и доверие.