ZK Rollup là gì? ZK-Rollups hoạt động như thế nào trên Layer 2?

Mạng Ethereum hiện đang đối mặt với vấn đề mở rộng, dẫn đến phí giao dịch cao và tốc độ chậm, gây tắc nghẽn và hạn chế sự phát triển của hệ sinh thái. Trong bối cảnh này, ZK Rollup là gì nổi lên như một giải pháp tiềm năng, giúp cải thiện tốc độ giao dịch, giảm phí gas và tăng cường bảo mật. Đây là công nghệ đột phá đang mở ra cơ hội mới cho Ethereum. Hãy cùng BlogTrading tìm hiểu tiềm năng của ZK Rollup và khám phá những dự án ZK Rollup hàng đầu hiện nay nhé.

ZK Rollup là gì? Tổng quan về ZK Rollups

ZK Rollup viết tắt từ Zero-Knowledge Rollup, là một trong những giải pháp mở rộng lớp thứ hai (Layer 2) dành cho blockchain, đặc biệt phổ biến trên hệ sinh thái Ethereum. Công nghệ này được xây dựng dựa trên phương pháp bằng chứng không tiết lộ (zero-knowledge proof), giúp đẩy nhanh tốc độ xử lý giao dịch và cắt giảm đáng kể chi phí gas, đồng thời vẫn đảm bảo tính an toàn và sự toàn vẹn dữ liệu trên chuỗi gốc (Layer 1).

Thay vì xử lý từng giao dịch đơn lẻ trên blockchain chính, loại Rollup này gom hàng trăm đến hàng nghìn giao dịch lại với nhau thành từng gói lớn. Toàn bộ các giao dịch này sẽ được xử lý ngoài chuỗi (off-chain), sau đó chỉ gửi một bằng chứng mật mã học ngắn gọn lên chuỗi chính để xác nhận rằng toàn bộ gói giao dịch đó là hợp lệ. Nhờ vậy mà lượng dữ liệu cần ghi lên blockchain giảm đi rất nhiều, nhưng vẫn duy trì được sự tin cậy và minh bạch vốn có của công nghệ blockchain.

Các tính năng nổi bật của ZK-Rollup

ZK-Rollup là một trong những giải pháp mang lại nhiều tính năng nổi bật giúp nâng cao hiệu quả và bảo mật cho hệ sinh thái blockchain. Dưới đây là các yếu tố cốt lõi làm nên sự đặc biệt của ZK-Rollup là gì:

Xác minh nhanh bằng bằng chứng hợp lệ (Validity Proofs)

Thay vì phải xác nhận từng giao dịch theo cách truyền thống, ZK-Rollup sử dụng công nghệ zero-knowledge proof để chứng minh rằng các giao dịch là hợp lệ mà không cần tiết lộ toàn bộ nội dung chi tiết bên trong. Điều này vừa giúp bảo vệ quyền riêng tư của người dùng, vừa đảm bảo hiệu suất xử lý cao cho mạng lưới. Hiện nay có hai dạng phổ biến:

• zk-SNARKs: Có ưu điểm là nhỏ gọn và tiết kiệm dữ liệu, nhưng cần một quá trình thiết lập ban đầu có độ tin cậy cao.
• zk-STARKs: Minh bạch hơn vì không cần thiết lập trước, nhưng lại có kích thước lớn hơn, nên sẽ tiêu tốn nhiều dữ liệu hơn khi xử lý.

Dữ liệu được lưu trữ công khai trên Layer 1 (On-chain Data Availability)

Tuy các giao dịch được xử lý ngoài chuỗi (off-chain) nhằm giảm phí và tăng tốc độ, nhưng ZK-Rollup vẫn ghi lại những phần dữ liệu (Data Availability) quan trọng trên Layer 1. Điều này giống như việc luôn giữ một bản sao lưu công khai để ai cũng có thể kiểm tra trạng thái mạng lưới một cách độc lập, không phụ thuộc vào bên thứ ba.

Nhờ cách triển khai này, ZK-Rollup không chỉ đảm bảo tính minh bạch và an toàn, mà còn tương thích với Ethereum Virtual Machine (EVM) giúp các dự án phi tập trung (dApps) có thể hoạt động trên Layer 2 mà không cần thay đổi hạ tầng quá nhiều.

So sánh ZK Rollup và Optimistic Rollup

Khi so sánh 2 giải pháp mở rộng Layer 2 phổ biến (ZK Rollup và Optimistic Rollup), chúng ta có thể nhận thấy sự khác biệt rõ rệt về cơ chế vận hành, chi phí, bảo mật và khả năng tương thích. Dưới đây là những tiêu chí quan trọng giúp bạn hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa ZK Rollup và Optimistic Rollup là gì:

Tiêu chí	ZK Rollup	Optimistic Rollup
Cơ chế xác minh	Sử dụng Zero-Knowledge Proof dựa trên toán học, giúp chứng minh tính hợp lệ mà không cần tiết lộ chi tiết giao dịch.	Dựa vào fraud proof, giả định giao dịch hợp lệ, nếu có tranh chấp thì mới yêu cầu kiểm tra lại.
Thời gian rút tiền	Rút tiền ngay lập tức sau khi giao dịch được xác nhận.	Phải chờ 7 ngày để giao dịch được xác nhận, thời gian này dùng để xử lý các tranh chấp.
Phí giao dịch	Phí giao dịch rất thấp nhờ vào việc nén dữ liệu và xử lý ngoài chuỗi (off-chain).	Phí thấp hơn nhiều so với giao dịch trên Layer 1, nhưng cao hơn ZK Rollup do phải xử lý các tranh chấp.
Bảo mật	Bảo mật cao nhờ vào cơ chế toán học, bảo vệ tốt tính toàn vẹn của giao dịch.	Bảo mật cũng khá cao, nhưng có cửa sổ thách thức, trong đó có thể có rủi ro gian lận nếu không phát hiện kịp thời.
Khả năng tương thích EVM	Hạn chế, mặc dù đang được cải thiện nhưng không phải tất cả các smart contract đều được hỗ trợ.	Tương thích hoàn toàn với Ethereum Virtual Machine (EVM), giúp dễ dàng triển khai các ứng dụng phi tập trung.
Độ phức tạp	Cao, yêu cầu chuyên môn về zero-knowledge proof để triển khai và duy trì.	Tương đối đơn giản và dễ triển khai hơn, không yêu cầu chuyên môn cao về mật mã học.

Như vậy, mỗi loại Rollup đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các mục đích và yêu cầu khác nhau của người dùng. Nếu bạn là một nhà đầu tư hoặc người phát triển, việc chọn lựa giải pháp phù hợp sẽ phụ thuộc vào mức độ ưu tiên của bạn về bảo mật, phí giao dịch và khả năng tương thích với hệ sinh thái hiện tại.

Phương thức vận hành của ZK Rollup

Để hiểu vì sao ZK-Rollup lại được đánh giá cao về cả tốc độ lẫn bảo mật, hãy cùng Blogtradin tiếp tục đi sâu vào cách hoạt động của cơ chế ZK Rollup là gì. Dù đa phần xử lý được thực hiện off-chain, nhưng toàn bộ quy trình đều xoay quanh việc tạo và xác minh bằng chứng toán học. Vậy ZK-Rollup đã phối hợp các bước như thế nào để đạt được hiệu quả vượt trội như vậy?

Quy trình vận hành cơ bản

ZK Rollup hoạt động theo một quy trình gồm nhiều bước được tổ chức chặt chẽ:

• Tổng hợp giao dịch: Trước tiên, hệ thống thu thập nhiều giao dịch nhỏ lẻ của người dùng rồi gom chúng lại thành từng lô (batch) để xử lý ngoài chuỗi chính.
• Sinh bằng chứng: Sau khi tổng hợp, hệ thống tạo ra một loại bằng chứng mật mã học đặc biệt, gọi là ZK-proof. Bằng chứng này cho phép xác nhận rằng toàn bộ giao dịch trong lô đều chính xác và hợp lệ mà không cần phải công khai chi tiết nội dung từng giao dịch.
• Nén dữ liệu: Để tiết kiệm dung lượng lưu trữ khi gửi dữ liệu lên chuỗi chính, thông tin về các giao dịch được nén lại ở mức tối ưu nhất.
• Đẩy dữ liệu lên chuỗi chính: Chỉ bản bằng chứng ZK và phần dữ liệu nén được gửi lên Layer 1. Điều này giúp giảm tải đáng kể cho blockchain gốc.
• Xác minh: Trên Layer 1, hợp đồng thông minh sẽ kiểm tra tính hợp lệ của bằng chứng ZK vừa được gửi lên. Nếu bằng chứng hợp lệ, trạng thái của toàn bộ mạng lưới được cập nhật chính xác mà không cần phải xử lý từng giao dịch đơn lẻ.

Các thành phần quan trọng trong hệ thống ZK Rollup

Để toàn bộ cơ chế trên vận hành trơn tru, Zero-Knowledge Rollups cần có sự phối hợp giữa nhiều thành phần kỹ thuật:

• Hợp đồng thông minh trên Layer 1: Đây là nơi quản lý toàn bộ trạng thái của mạng lưới, chịu trách nhiệm xác minh các bằng chứng ZK được gửi từ Layer 2.
• Trình sắp xếp (Sequencer): Bộ phận này có nhiệm vụ thu thập, sắp xếp và xử lý các giao dịch ngoài chuỗi chính trước khi đưa vào các batch.
• Bộ tạo bằng chứng (Prover): Đây là thành phần đảm nhận việc tạo ra các ZK-proof, chứng minh rằng các giao dịch đã được thực hiện đúng quy tắc.
• Cây Merkle: Cấu trúc dữ liệu dạng cây Merkle được dùng để lưu trữ và cập nhật trạng thái tài khoản cũng như số dư của các ví trên toàn bộ hệ thống. Nhờ tính chất đặc biệt của cây Merkle, hệ thống có thể kiểm tra nhanh trạng thái tài khoản mà không cần duyệt toàn bộ dữ liệu.

Ưu nhược điểm của ZK Rollups là gì?

Mặc dù ZK-Rollup được đánh giá cao nhờ khả năng xử lý nhanh và bảo mật mạnh mẽ, nhưng giống như bất kỳ giải pháp công nghệ nào, nó vẫn tồn tại cả ưu điểm lẫn hạn chế nhất định. Việc hiểu rõ những điểm mạnh và điểm yếu của ZK-Rollups là gì sẽ giúp trader và dự án lựa chọn đúng hướng đi phù hợp với nhu cầu thực tế.

Ưu điểm nổi bật của ZK Rollup

So với nhiều giải pháp mở rộng khác trên blockchain, ZK Rollup sở hữu hàng loạt lợi thế đáng kể, trở thành lựa chọn hấp dẫn trong bối cảnh nhu cầu giao dịch ngày càng tăng cao:

• Xử lý giao dịch với tốc độ vượt trội: Nhờ cơ chế gom lô giao dịch và xử lý ngoài chuỗi, ZK Rollup có thể xử lý cùng lúc hàng nghìn giao dịch mỗi giây. Đây là con số mà Layer 1 như Ethereum rất khó đạt được khi phải xác minh từng giao dịch đơn lẻ ngay trên chuỗi chính.
• Chi phí giao dịch cực thấp: Việc nén dữ liệu tối đa và chỉ ghi lại bằng chứng lên chuỗi chính giúp chi phí gas giảm mạnh. So với việc giao dịch trực tiếp trên Layer 1, phí có thể rẻ hơn hàng chục, thậm chí hàng trăm lần. Điều này đặc biệt có lợi cho nhà đầu tư nhỏ lẻ, những người vốn nhạy cảm với phí giao dịch cao.
• Bảo mật gần như tuyệt đối: Bằng chứng ZK được xây dựng trên nền tảng mật mã học tiên tiến, kết hợp với cơ chế kế thừa trực tiếp tính bảo mật từ mạng lưới Ethereum. Nhờ vậy, người dùng hoàn toàn có thể yên tâm về tính an toàn và sự toàn vẹn của tài sản cũng như dữ liệu giao dịch.
• Rút tiền ngay lập tức: Không giống như cơ chế chờ đợi lên tới vài ngày ở một số mô hình Layer 2 khác, với ZK Rollup thì người dùng có thể rút tài sản về Layer 1 gần như ngay lập tức sau khi giao dịch được xác nhận.
• Đảm bảo quyền riêng tư tốt hơn: Do không cần công khai chi tiết từng giao dịch khi gửi bằng chứng lên chuỗi, công nghệ ZK proof giúp che giấu thông tin nhạy cảm, bảo vệ tốt hơn quyền riêng tư cho nhà đầu tư và các tổ chức tài chính.
• Giải quyết hiệu quả bài toán tắc nghẽn: Khi mạng lưới chính Ethereum thường xuyên quá tải, ZK Rollup đóng vai trò như một làn đường cao tốc, giúp giảm tải áp lực xử lý trực tiếp trên Layer 1, từ đó góp phần nâng cao khả năng mở rộng toàn bộ hệ sinh thái.

Mặt hạn chế của ZK Rollup

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội, ZK Rollup vẫn tồn tại một số thách thức mà cả dự án lẫn nhà đầu tư cần cân nhắc khi tham gia:

• Đòi hỏi kỹ thuật phức tạp: Công nghệ ZK proof nằm ở tầng sâu của mật mã học hiện đại. Việc xây dựng, triển khai và duy trì hệ thống ZK Rollup yêu cầu đội ngũ phát triển phải có nền tảng kỹ thuật cực kỳ vững chắc. Điều này cũng khiến số lượng các đội ngũ đủ năng lực triển khai loại công nghệ này còn hạn chế.
• Chi phí tạo bằng chứng cao: Việc tạo ra ZK-proof tuy giúp giảm tải cho chuỗi chính, nhưng lại đòi hỏi khối lượng lớn tài nguyên tính toán trong quá trình tạo bằng chứng. Điều này khiến vận hành hạ tầng phía sau tốn kém, đặc biệt với những batch giao dịch có quy mô lớn.
• Chưa tương thích hoàn toàn với Ethereum: Một số giải pháp ZK Rollup hiện tại vẫn chưa hỗ trợ đầy đủ tất cả các chức năng phức tạp mà máy ảo Ethereum (EVM) cung cấp. Điều này có thể giới hạn các loại smart contract hay ứng dụng phi tập trung phức tạp triển khai trên các nền tảng này.
• Rủi ro tập trung: Trong nhiều hệ thống ZK Rollup hiện nay, vai trò của trình sắp xếp giao dịch vẫn do một bên trung tâm kiểm soát. Điều này đi ngược lại phần nào triết lý phi tập trung vốn là cốt lõi của blockchain, đồng thời tạo ra điểm dễ bị tấn công hoặc thao túng.
• Hạn chế phạm vi ứng dụng trong giai đoạn đầu: Ban đầu, ZK Rollup chỉ phù hợp với các loại giao dịch đơn giản như chuyển coin, swap cơ bản. Tuy nhiên, nhờ sự phát triển nhanh chóng về công nghệ, hiện tại nó đã dần mở rộng hỗ trợ thêm nhiều chức năng phức tạp hơn trên DeFi và NFT.

Các dự án ZK Rollup nổi bật

Các dự án dưới đây đều mang lại những giải pháp khác nhau để giải quyết vấn đề mở rộng trên blockchain, với những ưu điểm riêng biệt trong việc cải thiện tốc độ giao dịch, giảm phí và tăng cường bảo mật:

zkSync

zkSync là một giải pháp ZK Rollup được phát triển bởi Matter Labs, với mục tiêu cải thiện tốc độ giao dịch và giảm phí gas trên Ethereum. zkSync hỗ trợ smart contract, giúp các nhà phát triển triển khai dApp một cách dễ dàng mà không phải lo ngại về việc bị tắc nghẽn mạng hoặc chi phí cao.

Đặc biệt, dự án này có một Total Value Locked (TVL) lớn, chứng minh sự thành công và hiệu quả của nền tảng. Với khả năng mở rộng vượt trội và bảo mật mạnh mẽ từ công nghệ zero-knowledge proof, zkSync trở thành một trong những dự án tiên phong trong việc giải quyết vấn đề tắc nghẽn mạng của Ethereum.

StarkNet

StarkNet là một dự án ZK Rollup phát triển bởi StarkWare, sử dụng công nghệ zk-STARKs (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge). Công nghệ này không yêu cầu sự tin tưởng vào bất kỳ bên thứ ba nào và có khả năng mở rộng linh hoạt mà không làm giảm hiệu quả của blockchain.

Nền tảng StarkNet cung cấp giải pháp tăng cường hiệu suất cho Ethereum bằng cách xử lý giao dịch ngoài chuỗi và chỉ gửi bằng chứng lên chuỗi chính. Đây là một nền tảng lý tưởng cho các ứng dụng phi tập trung (dApp) có yêu cầu cao về tính mở rộng và bảo mật.

Polygon zkEVM

Polygon zkEVM là giải pháp ZK-Rollups tương thích với Ethereum Virtual Machine (EVM) được phát triển bởi Polygon. Với Polygon zkEVM, các dApp đã được triển khai trên Ethereum có thể dễ dàng chuyển sang nền tảng này mà không cần phải thay đổi mã nguồn, nhờ vào sự tương thích hoàn toàn với EVM. Điều này giúp Polygon zkEVM có thể tận dụng được toàn bộ hệ sinh thái Ethereum, đồng thời cải thiện tốc độ giao dịch và giảm phí gas.

Với mục tiêu tăng cường khả năng mở rộng và tối ưu hóa trải nghiệm người dùng, Polygon zkEVM là một sự lựa chọn tuyệt vời cho những ai tìm kiếm sự tương thích cao và hiệu quả vượt trội.

Loopring

Loopring là một dự án ZK-Rollups tập trung vào việc cải thiện hiệu suất giao dịch và tối ưu hóa cơ chế AMM (Automated Market Maker) trong DeFi. Dự án này sử dụng công nghệ zkRollup để xử lý các giao dịch ngoài chuỗi, giúp giảm phí giao dịch và tăng tốc độ giao dịch mà không làm ảnh hưởng đến tính bảo mật của blockchain.

Dự án Loopring hướng đến việc tạo ra một nền tảng giao dịch phi tập trung nhanh chóng và chi phí thấp, phù hợp với các sàn giao dịch phi tập trung (DEX) và các ứng dụng DeFi yêu cầu tốc độ cao và khả năng mở rộng.

Scroll

Scroll là một giải pháp ZK Rollup tập trung vào việc mang đến sự tương thích hoàn toàn với Ethereum Virtual Machine (EVM), cho phép các ứng dụng và smart contract hiện tại trên Ethereum có thể chuyển sang sử dụng Scroll mà không gặp phải sự cản trở về khả năng tương thích. Dự án này nhằm giải quyết vấn đề tắc nghẽn mạng trên Ethereum, giúp nâng cao hiệu.

Tương lai của ZK Rollup

ZK Rollup được Vitalik Buterin xem là giải pháp mở rộng lâu dài cho Ethereum. Dưới đây là các xu hướng phát triển chính dự báo sẽ định hình tương lai của công nghệ này:

• Cải thiện khả năng tương thích EVM: Một trong những mục tiêu quan trọng của ZK Rollup là làm cho việc triển khai các smart contract trở nên dễ dàng hơn, đặc biệt khi tương thích hoàn toàn với EVM. Điều này sẽ tạo điều kiện cho các ứng dụng phi tập trung có thể chuyển đổi sang ZK Rollup mà không gặp khó khăn về tương thích.
• Giảm chi phí tạo bằng chứng: Các thuật toán ZKP ngày càng trở nên hiệu quả hơn, giúp giảm chi phí tạo bằng chứng chứng minh tính hợp lệ của giao dịch. Điều này không chỉ giảm tải cho các trình xác minh mà còn giúp giảm đáng kể chi phí giao dịch cho người dùng.
• Phi tập trung hóa: Một xu hướng quan trọng trong tương lai của ZK Rollup là giảm sự phụ thuộc vào các trình sắp xếp giao dịch tập trung. Điều này giúp bảo vệ tính phi tập trung của hệ thống, đồng thời giảm thiểu các rủi ro về kiểm soát từ bên thứ 3.
• Ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau: ZK Rollup sẽ không chỉ phục vụ trong các ứng dụng DeFi mà còn mở rộng ra các lĩnh vực khác như NFT, game blockchain và các ứng dụng Web3. Với khả năng mở rộng vượt trội và chi phí thấp, ZK Rollup hứa hẹn sẽ là nền tảng lý tưởng cho sự phát triển mạnh mẽ của các lĩnh vực này.
• Kết hợp với sharding: Khi Ethereum hoàn tất nâng cấp sharding, ZK Rollup sẽ có thể kết hợp chặt chẽ với cơ chế này để đạt được khả năng mở rộng cực kỳ lớn. Điều này sẽ giúp Ethereum và các blockchain sử dụng ZK Rollup đạt được hiệu suất tối ưu và mở rộng quy mô không giới hạn.

Kết luận

ZK Rollup mang đến một bước đột phá trong công nghệ mở rộng blockchain, kết hợp giữa tốc độ giao dịch nhanh chóng, chi phí thấp và bảo mật cao. Dù vẫn tồn tại một số thách thức kỹ thuật cần khắc phục, công nghệ zero-knowledge proof đang phát triển mạnh mẽ và sẽ tiếp tục cải tiến ZK Rollup, biến nó thành giải pháp mở rộng hàng đầu cho Ethereum và các blockchain khác trong tương lai.

Các nhà phát triển và người dùng quan tâm đến ZK Rollup là gì có thể bắt đầu trải nghiệm và khai thác tiềm năng của công nghệ này thông qua các giải pháp hiện có như zkSync, StarkNet hoặc Polygon zkEVM. Chắc chắn trong tương lai, ZK Rollup sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề tắc nghẽn mạng và thúc đẩy sự phát triển của các ứng dụng phi tập trung.