La scalabilità è la chiave per un futuro roseo per le criptovalute e la blockchain. Le ZkEVM servono proprio a questo.
La scalabilità è una sfida chiave che la community di Ethereum sta attivamente cercando di risolvere. Garantire una scalabilità illimitata è l’unico modo per garantire l’adozione di massa della tecnologia. E una delle soluzioni più valide per la scalabilità che è emersa è la Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machines (zkEVM).
In questa guida spiegheremo i fondamenti delle zkEVM e approfonderemo i motivi per cui le zkEVM sono fondamentali per la scalabilità di Web3 e per facilitarne la mass adoption. Infine, esamineremo alcuni casi d’uso di questa nuova entusiasmante tecnologia.
Indice dei contenuti
Cosa sono le zkEVM
Prima di comprendere le zkEVM, familiarizziamo con le Zero-Knowledge-Proof (ZKP), un concetto chiave che costituisce la base della zk tech. In sostanza, una ZKP è una prova crittografica che consente a una parte di dimostrare a un’altra parte di possedere determinate informazioni senza rivelarle.
Oggi sono disponibili diversi algoritmi per generare ZKP. I due più interessanti sono zk-STARK e zk-SNARK.
Ora cerchiamo di capire cosa sia uno zkEVM. Uno zkEVM è uno zk-rollup che imita l’ambiente di esecuzione delle transazioni di Ethereum ed esegue smart contract. Dimostra la correttezza dell’esecuzione utilizzando ZKP. Gli ZkEVM ricreano aspetti del design di Ethereum e forniscono quindi un’esperienza “simile a Ethereum” per sviluppatori e utenti. Se combinato con la tecnologia di rollup, zkEVM offre sicurezza e scalabilità senza precedenti per le applicazioni decentralizzate (DApp) e i relativi utenti.
Uno zk-rollup riduce i carichi computazionali di Ethereum eseguendo transazioni in un layer2 (L2) separato. L’operatore di rollup chiamato sequencer, raggruppa periodicamente le transazioni su L2 in un batch di rollup e ne invia la prova a uno smart contract su Ethereum layer1 (L1).
Perché è importante scalare ethereum
La Ethereum Virtual Machine (EVM) è un ambiente di calcolo distribuito che gira sulla rete Ethereum. È fondamentale per la rete in quanto consente l’esecuzione di smart contract e alimenta le varie DApp che operano su Ethereum.
Poiché sempre più utenti hanno gravitato verso Ethereum, le limitazioni della rete hanno portato a prezzi elevati delle gas fee o alla tariffa che un utente paga per utilizzare la rete. Di conseguenza, la rete Ethereum offre i vantaggi della sicurezza e del decentramento, ma scambia la scalabilità nel processo, poiché ogni nodo della rete deve rieseguire le transazioni e memorizzare lo stato mondiale.
Alcune soluzioni emerse per affrontare i problemi di scalabilità di Ethereum sono sidechain e rollup. Le sidechain agiscono come blockchain indipendenti che corrono parallele a L1 Ethereum. Nel frattempo, i rollup eseguono transazioni offchain, le raggruppano e le pubblicano su L1. Rimane una critica a queste soluzioni che non scalano direttamente Ethereum. Tuttavia, consentono agli sviluppatori di eseguire Ethereum DApp su un livello off-chain scalabile pur essendo un’opzione a basso costo per gli utenti.
Le differenze nelle varie soluzioni
Non tutte le soluzioni di ridimensionamento o “scaling” sono uguali. Prendiamo, ad esempio, il caso delle sidechain, che mancano della sicurezza fornita dalla rete Ethereum. Di conseguenza, la sicurezza dei fondi degli utenti dipende dall’integrità dei validatori associati alla sidechain. In una situazione disastrosa, se il set di validatori viene compromesso, esiste un rischio significativo che i fondi vengano sottratti illecitamente da un bridge o che agli utenti venga negato l’accesso ai fondi di proprietà legittima attraverso la censura delle transazioni.
Gli Zk-rollup sono rapidamente diventati uno dei modi più efficaci per risolvere i problemi di scalabilità di Ethereum. Dal momento che sono “a conoscenza zero”, hanno solo bisogno di una prova di validità, non dei dati dell’intera transazione. Ciò garantisce che gli zk-rollup richiedano meno spazio di blocco, rendendo il processo di verifica più rapido ed economico rispetto all’esecuzione della transazione su un L1.
Alcuni progetti zkEVM nell’ecosistema
Negli ultimi due anni sono emersi numerosi progetti L2 nell’ecosistema Ethereum. Tuttavia, ci concentreremo sui quattro più notevoli.
ZkSync Era
ZkSync Era, sviluppato da Matter Labs, è uno zkVM compatibile con EVM che supporta applicazioni generiche. È un aggiornamento a zkSync Lite e fornisce token ERC-20 a basso costo e trasferimenti ETH, scambi e conio/trading NFT.
Addotta un approccio basato sul compilatore per la compatibilità EVM: utilizza un compilatore speciale per convertire il linguaggio di programmazione di alto livello, come Solidity o Vyper, in un formato adatto a zkSync zkEVM. Questa modifica porta a una certa incompatibilità con Ethereum ma offre vantaggi come tempi di generazione delle “proof” o prove migliorati e costi inferiori per gli utenti finali.
ZkSync Era è stao lanciato sulla mainnet di Ethereum a tutti gli utenti il 24 marzo 2023.
StarkWare
StarkWare è lo sviluppatore di due distinti prodotti zk: StarkEx, un servizio di scaling autorizzato che alimenta applicazioni come dYdX, Sorare, ImmutableX e rhino.fi e StarkNet, un rollup generico su misura per l’esecuzione di applicazioni del linguaggio di programmazione Cairo.
In particolare, StarkWare è accreditato di aver reso popolari i “validium”, che funzionano come strutture simili a rollup con disponibilità di dati off-chain. Garantendo la correttezza attraverso prove di validità, i validium offrono una sicurezza superiore rispetto ad altre soluzioni di scalabilità con disponibilità dei dati off-chain.
StarkNet è stato lanciato sulla mainnet di Ethereum il 25 aprile 2023.
Poligono zkEVM
Polygon zkEVM si posiziona come “zkEVM equivalente a EVM”. Essenzialmente, si tratta di una zkVM in grado di comprendere ed elaborare le stesse istruzioni della Ethereum Virtual Machine.
Gli STARK vengono utilizzati per generare prove di integrità computazionale nel Polygon zkEVM, sebbene uno SNARK (generato utilizzando PLONK) venga utilizzato per scopi di verifica L1. Questa combinazione fornisce uno scenario ” best of both worlds” in cui STARK viene utilizzato per generare rapidamente prove. Nel frattempo, una prova SNARK finale che attesta la correttezza della prova STARK viene utilizzata per ridurre i costi di verifica.
Polygon zkEVM ha debuttato sulla mainnet di Ethereum il 27 marzo 2023.
Linea
Linea è uno zkEVM di tipo 2 adatto agli sviluppatori. Il team di ricerca e sviluppo di Consensys ha sviluppato il rollup. È una soluzione zk-rollup equivalente a EVM completamente compatibile con gli strumenti e l’infrastruttura esistenti. Ciò consente agli sviluppatori di sviluppare come se lo stessero facendo sulla rete principale di Ethereum (Linea utilizza ETH per i pagamenti del gas, ad esempio) a una frazione del costo di costruzione su Ethereum.
In qualità di zkEVM di tipo 2, Linea privilegia la compatibilità con tutte le applicazioni e l’infrastruttura Ethereum sopra ogni altra cosa. Consente una perfetta integrazione con i portafogli EVM (MetaMask). Inoltre, strumenti per sviluppatori (Truffle, Remix, Brownie, Foundry, Hardhat) e infrastrutture critiche come provider di nodi (Infura) e client di esecuzione (Besu).
Linea offre i vantaggi di essere una soluzione di scaling di Ethereum: commissioni basse, conferme rapide e un numero elevato di transazioni al secondo, evitando gli svantaggi che potrebbero avere alcuni dei progetti concorrenti.
Inoltre, Linea fornisce un’infrastruttura equivalente a EVM. Ciò significa che gli utenti possono creare nuove DApp beneficiando della sicurezza, del decentramento e dell’esperienza degli sviluppatori di Ethereum.
Il lancio di Linea sulla mainnet di Ethereum è stato annunciato l’11 luglio 2023 e lo stesso giorno ha iniziato a coinvolgere i partner. Ha aperto la rete a tutti gli utenti il 18 luglio 2023.
Quali sono le applicazioni delle zkEVM
- DeFi: i trader e gli investitori beneficeranno di una maggiore efficienza del capitale e di un migliore accesso alla liquidità con ritardi di prelievo minimi su un rollup zkEVM. La crescita esponenziale dei risparmi sui costi all’interno dello spazio DeFi su zkEVM è particolarmente degna di nota. Questo perché non è necessario compensare i fornitori di liquidità per le uscite accelerate. Inoltre, l’ottimizzazione di zkEVM per la scalabilità si traduce in operazioni informatiche decentralizzate incredibilmente veloci ed economiche. Questo lo rende una scelta ideale per pagamenti peer-to-peer e accordi istituzionali. La rete altamente decentralizzata di Ethereum, con oltre 500.000 validatori e una crescita continua, garantisce solide garanzie di finalità delle transazioni.
- Giochi-on chain: le applicazioni di on-chain gaming che gestiscono un volume significativo di transazioni traggono grande vantaggio dai vantaggi di scalabilità offerti da zkEVM. Oltre ai vantaggi menzionati in precedenza, i giocatori on-chain godono di costi ridotti per transazione. Ciò è dovuto alle capacità di compressione dei dati inerenti agli zkEVM.
- NFT: l’eccezionale combinazione di costi del gas estremamente bassi e transazioni elevate al secondo su una chain zkEVM la rende una piattaforma ideale per il conio e il commercio di NFT su larga scala. Inoltre, la perfetta esperienza utente del trasferimento di NFT a Ethereum L1 è assicurata dall’immediata finalizzazione dei prelievi una volta che il contratto di verifica on-chain accetta la prova presentata.
- Social media: un’altra area in cui gli zkEVM si stanno dimostrando utili sono i social media. Prendi una DApp come Lineaster, una piattaforma di social media decentralizzata creata da Lens Protocol e distribuita su Linea. Lineaster è in grado di sfruttare l’elevata produttività e le basse tariffe del gas consentite da Linea.
Gli zkEVM multi-prover sono il futuro
Nel complesso, è chiaro che il potenziale di zkEVM nella proliferazione e nell’adozione nel web3 non ha eguali. Ma in particolare, i multi-prover hanno un ruolo speciale da svolgere. Nel caso di un multi-prover zkEVM, ogni transazione registrata su un L2 è provata da più prover indipendenti. Cioè, un batch di transazioni potrebbe avere molte prove di validità che confermano l’integrità dei dati della transazione contenuti in quel batch.
Per renderlo possibile, abbiamo bisogno di più zkEVM equivalenti a EVM di tipo 2 che siano performanti e possano collaborare tra loro. Ci sono molti vantaggi in un zkEVM multi-prover. Uno fondamentale è che riduce il rischio di fallimento, poiché non esiste un singolo punto di attacco. Un altro vantaggio è che esso incoraggia l’innovazione nei sistemi di prover.
Vitalik Buterin si riferisce alla maggior parte delle soluzioni di rollup disponibili oggi come ” training wheels”, il che significa che un progetto si basa ancora su multi-sig per garantire un risultato particolare in caso di bug nel codice. Non si affidano ancora completamente alla tecnologia a Zk. Tuttavia, la soluzione multi-prover è la chiave per aiutare a rimuovere queste ” training wheels ” e consentire di realizzare veramente i vantaggi di questa tecnologia.
