Mengenal ZK Rollup, Bikin Layer-2 Lebih Hebat

ZK Rollup (Zero Knowledge Rollup) adalah scaling solution Layer-2 pada mainnet Ethereum. Adanya Layer-2 dikarenakan Ethereum memiliki masalah pada penskalaan jaringan sehingga terjadinya biaya yang mahal dan kecepatan transaksi yang lambat ketika terjadi peningkatan aktivitas jaringan.

Sebelum kita membahas soal ZK rollup, kita perlu memahami soal zero-knowledge proofs dan berbagai pendekatan ZK rollup.

Memahami Zero-knowledge proofs

Ini adalah metode verifikasi digital di mana ada alat bukti yang dapat menunjukkan bahwa mereka memiliki akses ke informasi tanpa harus mengungkapkannya. Mahasiswa MIT Shafi Goldwasser dan Silvio Micali memperkenalkan konsep tersebut dalam makalah penelitian pada tahun 1985.

ZK proof telah berkembang secara signifikan sejak saat itu, menemukan kasus penggunaan dunia nyata dalam mengembangkan sistem berorientasi privasi dan keamanan.

ZK proof dapat melakukan lebih banyak lagi untuk aset kripto dengan adanya rollup, solusi yang secara signifikan meningkatkan skalabilitas dan kinerja untuk jaringan blockchain.

Pengertian Rollup

Rollup adalah solusi penskalaan layer-2 yang menggabungkan jutaan transaksi menjadi satu, yang kemudian dikirimkan pada lapisan dasar sebagai satu transaksi. Rollups menyebarkan biaya transaksi tunggal ke banyak pengguna, sehingga menjadikannya pilihan yang lebih murah.

Selain itu, proses off-chain memastikan bahwa rollup menawarkan penyelesaian yang lebih cepat, sehingga meringankan beban pada lapisan dasar dan membuka kapasitas tingkat utama untuk jaringan blockchain. Saat ini ada dua jenis rollup utama: Rollup optimistic dan ZK.

Kedua pendekatan memecahkan masalah skalabilitas blockchain tetapi dengan kelebihan dan kekurangan yang unik.

Optimistic Rollup

Dikutip dari Alchemy, rollup ini melibatkan pemrosesan volume transaksi yang besar, menangani komputasi off-chain, dan “rollup” mereka dalam transaksi yang lebih sederhana yang dipublikasikan ke lapisan eksekusi Ethereum. Transaksi akan selalu dianggap valid hingga bisa dibuktikan kesalahannya.

Sebelum transaksi optimistic rollup dikonfirmasi pada rantai utama Ethereum, ada periode waktu ketika transaksi yang berpotensi tidak valid dapat disengketakan dengan mengirimkan fraud proof atau bukti penipuan. Setelah periode perselisihan bukti penipuan itu berakhir, semua transaksi yang tersisa dikonfirmasikan ke Ethereum.

Karen hal itu waktu konfirmasi ini cenderung lebih lama daripada rollup Zero-Knowledge. Contoh Ethereum L2 yang memanfaatkan optimistic rollup adalah:

• Arbitrum
• Metis
• Optimism
• Boba Network

Apa itu ZK Rollup

Secara sederhana, ZK rollup adalah solusi bagi blockchain Layer 2 yang terbagi menjadi proses di luar jaringan (off-chain) dan di dalam jaringan (on-chain). Komputasi dan penyimpanan dilakukan secara off-chain, sementara dana tersimpan on-chain dalam smart contract.

Zero knowledge rollup menggabungkan transaksi menjadi kelompok-kelompok (batch) yang eksekusinya terjadi secara off chain. Karena komputasinya terjadi secara off chain, jumlah data untuk masuk ke dalam mainnet utama jadi berkurang. Hal ini membuat transaksi lebih cepat dan mendukung skalabilitas jaringan Ethereum.

Salah satu yang membuat transaksinya lebih cepat karena merkle tree. Merkle Tree adalah struktur matematika penting yang memungkinkan blockchain memastikan bahwa tidak ada yang dapat memalsukan data pada catatan on-chain dari zk-rollup.

Biasanya, zk-rollup terdiri dari dua Merkle Tree yang keduanya disimpan di smart contract, atau dengan kata lain, on-chain. Satu Tree didedikasikan untuk menyimpan akun, sementara yang lain menyimpan semua saldo. Jenis data lain apa pun yang dihasilkan dan digunakan oleh zk-rollup disimpan secara off-chain.

Operator ZK rollup mengirimkan bukti perubahan yang mewakili semua transaksi dalam sebuah batch, tidak satu per satu. Mereka juga memberikan bukti validitas dalam bentuk kriptografi untuk membuktikan kebenaran dari perubahan data di Ethereum.

Jenis-jenis Zero Knowledge (ZK)

Zero knowledge yang saat ini diterapkan pada blockchain ada dua yakni Zero Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge (ZK Snark) dan Zero Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge (ZK Stark).

ZK Snark

ZK Snarks suatu metode bukti di mana seseorang dapat menunjukkan kepemilikan informasi tertentu, seperti secret key, tanpa mengungkapkan informasi tersebut dan tanpa berinteraksi baik dengan prover dan verifier.

Setelah pengguna memberikan bukti kriptografi, mereka dapat mentransfer dana tanpa mengungkapkan detail penting seperti alamat terkait, riwayat transaksi, dan saldo. Proyek kripto yang sudah mengimplementasikan ZK Snark adalah Zcash (ZEC) untuk mengaktifkan transaksi anonim dan pribadi bagi pengguna.

Khususnya, ZK Snark memiliki risiko mendasar. Persyaratan pihak ketiga yang tepercaya untuk menyiapkan sistem meningkatkan sentralisasi dan membuatnya rentan terhadap serangan.

ZK Stark

ZK Stark memecahkan risiko serangan pada ZK Snark dengan menghilangkan keterlibatan beberapa pihak tepercaya. ZK Stark menangani komputasi secara off-chain dan segera menyampaikan hanya sedikit data pada rantai induk untuk validasi. Teknologi ZK Stark memberikan skalabilitas yang sangat baik, dan fitur privasi yang sangat bagus untuk blockchain smart contract.

Proyek kripto yang sedang mengembangkan ZK Stark yakni layer-2 StarkNET.

Cara Kerja ZK Rollup

Area kerja ZK rollups dibagi menjadi dua, yakni off-chain dengan bantuan virtual machine (VM) dan on-chain dengan smart contract.

Off-chain Virtual Machine

Meskipun protokolnya berada dalam jaringan Ethereum, eksekusi transaksi dan penyimpanan terjadi dalam sebuah virtual machine yang terpisah. Virtual machine ini berlaku sebagai layer 2 dan menjadi faktor utama yang mendorong skalabilitas dan kecepatan transmisi.

On-Chain Smart Contract

Umumnya, ZK rollup berdiri di atas jaringan Ethereum, dengan dua on-chain smart contract, yaitu kontrak utama dan kontrak verifikasi. Kontrak utama menyimpan blok rollup, mengawasi status blockchain dan merekam deposit/penarikan dana. Sementara itu, kontrak verifikasi memberikan otentikasi bukti zero-knowledge kepada Ethereum sebagai layer dasar.

Zero knowledge rollup beroperasi sebagai hybrid, yaitu bekerja secara off-chain tetapi masih bergantung pada Ethereum untuk beberapa hal. Sejumlah hal yang masih bergantung pada protokol Ethereum termasuk:

• Ketersediaan data: ZK rollup tidak perlu mempublikasi banyak data on-chain karena bukti validitas sudah membenarkan otentikasi dari transisi. Namun, menyimpan data secara on-chain masih penting untuk memastikan verifikasi independen dari layer 2. Hal ini memungkinkan semua orang untuk mengirimkan transaksi dalam kelompok-kelompok, dan mencegah operator jahat untuk membekukan blockchain.
• Finalisasi transaksi: Ethereum berlaku sebagai layer penyelesaian untuk ZK rollup karena transaksi L2 hanya selesai jika kontrak L1 menerima bukti validitas. Ini menghilangkan risiko operator merusak blockchain karena semua transaksi harus disetujui di jaringan Mainnet. Selain itu, Ethereum memastikan operasi pengguna tidak bisa dikembalikan kalau sudah selesai pada L1.
• Pencegahan Sensor: ZK rollup menggunakan supernode atau operator untuk mengeksekusi transaksi dan mengirimkannya dalam batch, ada risiko penyensoran oleh operator jahat. Makanya, sebagai upaya keamanan, ZK rollup memungkinkan pengguna mengirimkan transaksi langsung ke kontrak di Mainnet jika mereka merasa kena sensor operator.

Manfaat ZK Rollup

ZK rollups membawa skalabilitas yang besar dan perbaikan dalam hal biaya transaksi bagi blockchain Layer 1 seperti Ethereum. Berikut beberapa manfaat ZK rollups:

• Menggunakan penyetelan kriptografik tanpa perantara untuk memastikan keamanan. Mekanisme crypto tanpa perantara ini lebih aman bila dibandingkan dengan optimistik rollup yang bergantung pada validator dan sequencer yang jujur.
• Penggunaan bukti validitas untuk memastikan transaksi off-chain dan mencegah operator membuat perubahan yang salah dalam status Ethereum.
• Update status blockchain Layer 1 dengan menyimpan data transaksi on-chain yang terkompresi. Hal ini memastikan keamanan, desentralisasi dan kebal terhadap penyensoran.
• ZK rollup menghilangkan kebutuhan pengguna untuk menunggu beberapa hari sebelum menarik dana dari solusi layer-2.
• Periode penyelesaian transaksi bisa lebih cepat dengan ZK rollup. Sebab hanya membutuhkan blockchain untuk melakukan verifikasi bukti validitas yang dikirimkan oleh sequencer.
• Karena teknik kompresi data yang luar biasa, ZK rollup mengurangi biaya publikasi data on-chain, sehingga biaya lebih rendah bagi pengguna.
• ZK rollup tidak membutuhkan upaya validasi blockchain untuk melindungi aset mereka, berbeda dengan solusi skalabilitas lainnya.

Kekurangan ZK Rollup

• Karena persyaratan perangkat keras yang mahal mengurangi jumlah peserta yang dapat berpartisipasi secara menguntungkan dalam rantai, rollup berisiko terkena serangan dari operator jahat dan penyensoran.
• Terlepas dari ZK rollup yang lebih mutakhir dibandingkan Optimistic rollup, terdapat tingkat kesulitan dan biaya yang lebih tinggi dalam mengembangkannya.
• Belum banyak kontrak pintar yang didukung, karena biaya pembuatan rollup tanpa pengetahuan yang kompatibel dengan EVM tinggi.
• Masih menjadi teknologi yang sulit dipahami yang membuatnya lebih menantang untuk membangun solusi zkEVM.

Proyek Kripto dengan ZK Rollup

Polygon

Sebagai scaling solution Ethererum terbesar, Polygon ikut mengembangkan ZK rollups untuk meningkatkan kecepatan transaksi dan membuat gas fee untuk transaksi pada chain Polygon lebih murah.

Baca juga: 3 Altcoin di Polygon yang Layak Diperhatikan di 2023

Polygon sudah meluncurkan mainnet beta Polygon zk-EVM dan menguji coba implementasi ZK rollups pada chain Polygon.

Polygon #zkEVM Mainnet Beta is for you 💜

To: The user

From: The Polygon Hermez team and co-founder @jbaylina, whose long list of contributions to ZK-tech just got a little bit longer pic.twitter.com/d3tRO6oj10

— Polygon (@0xPolygon) February 14, 2023

zkSync

Proyek zkSync adalah solusi blockchain Layer 2 Ethereum terdepan. Protokol ini menggunakan teknologi zero knowledge rollup untuk meningkatkan Ethereum sementara memastikan keamanan dan privasi.

zkSync memiliki versi terbaru dalam perkembangannya, yang menjanjikan kecepatan hingga 100.000 transaksi per detik. Ini terjadi dengan menggabungkan ZK rollup dengan sharding Ethereum.

StarkNET

StarkNET adalah protokol blockchain Layer 2 Ethereum yang mengklaim sebagai solusi ZK rollup dengan biaya transaksi 100 kali lebih murah di Ethereum. Sesuai dengan namanya, proyek ini menggunakan ZK STARK yang dianggap sebagai sistem zero knowledge proof paling scalable dan aman.

Aztec Network

Aztec adalah solusi pintar ZK rollup dengan mengutamakan privasi di Ethereum. Jaringan ini mengklaim sebagai yang pertama dan berdiri di atas PLONK, sebuah teknologi ZK SNARK yang digunakan oleh Dusk, Zcash dan Mina.

Aztec mengurangi biaya transaksi Ethereum hingga 100 kali. Sejumlah transfer protokol swasta juga menggunakannya, seperti zk.money dan sebuah bridge Ethereum bernama Ethereum Connect.

Kesimpulan

ZK-rollup hadir untuk membantu mendorong skalabilitas dan mengurangi biaya transaksi di jaringan Ethereum sambil menambahkan fasilitas tambahan. Jaringan Ethereum sangat bergantung pada alternatif ini untuk terus berkembang menuju tujuannya.

Terlihat belum banyak proyek kripto yang sedang bekerja pada zero knowledge rollup menjadikan ZK rollups memiliki banyak ruang untuk berkembang dan berpotensi menjadi narasi kuat pada dunia kripto di masa mendatang setelah NFT dan DeFi.

Baca juga: 3 Tren DeFi 2023 yang Harus Diperhatikan oleh Investor