Duas soluções interessantes surgiram na vanguarda das tecnologias de escalabilidade de Camada 2 enquanto a rede Ethereum enfrenta problemas de escalabilidade: Rollups Otimistas e Rollups ZK. Ao processar transações fora da cadeia, esses desenvolvimentos buscam reduzir taxas e aumentar a capacidade, aliviando assim a congestão na rede principal do Ethereum. Seu impacto no espaço da Camada 2 é notável, visto que fornecem várias soluções para o mesmo problema e iniciam discussões entre investidores e desenvolvedores.

A capacidade da rede Ethereum tem enfrentado uma pressão sem precedentes à medida que as finanças distribuídas (DeFi) e tokens não fungíveis (NFTs) surgiram. Dados do Etherscan mostram que os preços médios do gás aumentaram em tempos de grande demanda, alcançando níveis que os usuários regulares considerariam inaceitáveis. Isso enfatiza a urgência de soluções de escalabilidade sensatas.

"Rollups estão atualmente posicionados como a única solução de escalabilidade sem confiança para o Ethereum a curto e médio prazo, e talvez até a longo prazo", sublinhou o cofundador do Ethereum, Vitalik Buterin, em um post de blog sobre soluções de Camada 2.

Os rollups estão à frente graças a esse endosso e agora são fundamentais no mapa de desenvolvimento do Ethereum.

Tanto os Rollups Otimistas quanto os ZK-Rollups enviam várias transações juntas em um único lote para a rede principal do Ethereum. No entanto, eles alcançam segurança e validação de maneiras bastante diferentes. As partes interessadas que constroem ou investem no ecossistema Ethereum devem primeiro entender essas diferenças.

Este artigo investiga a mecânica dos rollups, examina as características específicas dos Rollups Otimistas e ZK-Rollups, contrasta seus benefícios e desvantagens, e investiga suas aplicações presentes e futuras. Os leitores devem, assim, ter uma compreensão completa dessas tecnologias e como vão afetar o futuro do Ethereum.

O que são Rollups?

Fundamentalmente, os rollups são soluções de escalabilidade de Camada 2 destinadas a processar transações fora da cadeia e, em seguida, fornecer uma versão compactada dos dados de volta para a rede principal, aumentando assim a capacidade dos sistemas de blockchain como o Ethereum. Reduzir a carga de computação e armazenamento na blockchain principal é o principal objetivo; portanto, a escalabilidade é aumentada sem comprometer a segurança.

Os rollups combinam várias transações em um único lote, agregando – ou "enrolando" – muitos valores. Depois disso, este lote é executado fora da cadeia e o estado resultante é carregado de volta na rede principal. Assim, teoricamente, os rollups podem alcançar uma capacidade de transação com ordens de magnitude superiores ao que é viável na rede principal do Ethereum.

Após a Proposta de Melhoria do Ethereum (EIP) 4844, também conhecida como Proto-Danksharding, a ideia atraiu muito interesse, pois busca reduzir os custos de dados e, portanto, tornar os rollups mais eficazes. Esta proposta, entre outras, solidificou os rollups como um componente chave da estratégia de escalabilidade do Ethereum.

Rollups aproveitam a segurança da rede Ethereum. Postar dados de transação ou provas de volta na rede principal garante que os usuários possam confiar nas garantias de segurança inerentes do Ethereum, mesmo se a solução de Camada 2 for violada. Esta é uma característica crucial que diferencia os rollups de sidechains ou outras soluções de Camada 2 com talvez menos mecanismos de segurança.

Uma análise da ConsenSys indica que os rollups podem aumentar a capacidade de transação do Ethereum de aproximadamente 15 transações por segundo (TPS) para muitos milhares de TPS. Para usos incluindo trocas distribuídas (DEXs), plataformas de jogos e sistemas de negociação de alta frequência – ou seja, para aplicativos que precisam de grande escalabilidade – isso os torna uma solução interessante.

Além disso, os rollups são perfeitamente compatíveis com os recursos de contratos inteligentes do Ethereum. Contratos que interagem com soluções de Camada 2 permitem que os desenvolvedores criem funcionalidades sofisticadas sem sobrecarregar a rede principal. A adoção de rollups em vários aplicativos depende dessa compatibilidade.

No entanto, os rollups não apresentam apenas facilidades. Eles podem envolver complicações com a disponibilidade de dados e a interoperabilidade com as ferramentas atuais do Ethereum, além de exigir que os usuários e desenvolvedores adotem novas tecnologias. Outro problema contínuo é garantir a descentralização e evitar pontos centrais de falha nos sistemas de rollup.

O que são Rollups Otimistas?

Rollups Otimistas são um tipo de rollup que assume que as transações são válidas por padrão, daí o termo "otimista". Eles só fazem cálculos – mais especificamente, verificação – se uma prova de fraude for apresentada dentro de um período de contestação designado. Como as transações não precisam ser verificadas individualmente, a menos que se suspeite de fraude, essa suposição otimista permite uma escalabilidade maior.

O processo fundamental depende de um período de contestação onde qualquer um pode contestar a validade de uma transação, fornecendo provas de fraude. Se uma transação fraudulenta for descoberta, o sistema a reverte e o ator maléfico pode pagar multas. Esse sistema mantém a segurança ao depender de ideias de teoria de jogos e incentivar a integridade.

Construídos para serem compatíveis com a Máquina Virtual Ethereum (EVM), os rollups otimistas podem executar contratos inteligentes do Ethereum com pouca mudança necessária. Para desenvolvedores que desejam introduzir aplicativos atuais em soluções de Camada 2 sem grandes reescritas, essa compatibilidade simplifica a transição.

Uma das principais implementações de Rollups Otimistas é o Optimism. A equipe do Optimism afirma que sua solução pode reduzir taxas de gás em até 10-100 vezes mais que na rede principal do Ethereum.

Desenvolvido pela Offchain Labs, o Arbitrum é outra iniciativa conhecida com grande interesse e aceitação devido a suas características robustas e ambiente amigável para desenvolvedores.

Os rollups otimistas têm certas desvantagens, no entanto. Quando se retira fundos de volta para a rede principal do Ethereum, o período de contestação – que pode durar várias horas a uma semana – introduz latência. Para aqueles que precisam de liquidez imediata, esse atraso pode ser problemático. Para resolver esse problema, soluções incluindo sistemas de saída rápida ou provedores de liquidez estão em desenvolvimento, mas adicionam níveis de complexidade.

Além disso, a segurança dos Rollups Otimistas depende da presunção de que, se necessário, pelo menos um participante honesto fornecerá prova de fraude. Embora esse modelo seja robusto, não é perfeito em todos os aspectos. Em condições de conluio ou ausência de participantes honestos, o sistema pode ser vulnerável.

Os rollups otimistas têm visto uma aceitação bastante ampla, apesar desses obstáculos. Uma das maiores trocas distribuídas, a Uniswap, por exemplo, foi implantada no Optimism citando taxas mais baixas e maior capacidade como principais vantagens. Essa ação permitiu que os usuários da Uniswap negociassem com menos fricção, melhorando assim a acessibilidade da plataforma.

O que são ZK-Rollups?

ZK-Rollups, ou Rollups de Provas de Conhecimento Zero, adotam uma abordagem diferente ao usar provas criptográficas para validar transações. Eles criam especificamente provas breves, não interativas, de conhecimento zero (SNARKs ou STARKs) confirmando a correção da transação sem revelar nenhuma informação adicional. Este sistema garante que cada transação seja legítima e elimina a necessidade de um período de contestação.

Transações em um ZK-roll através são tratadas fora da cadeia e enviadas para a rede principal do Ethereum junto com uma prova de validade. O contrato inteligente na rede principal garante transições de estado válidas ao verificar essa prova. Ao retirar dinheiro, essa abordagem permite uma finalização quase instantânea – uma grande vantagem sobre os rollups otimistas.

Uma das principais vantagens dos ZK-Rollups são suas fortes garantias de segurança. Cada lote de transações vem com uma prova de validade, portanto, incentivos de teoria de jogos ou participantes honestos não são necessários para encontrar fraudes. ZK-Rollups são bastante seguros graças a essa garantia criptográfica.

Implementações líderes de ZK-Rollups são projetos como ZKSync criado pela Matter Labs e StarkEx da StarkWare. A escalabilidade e a eficiência desses projetos têm mostrado progresso notável. Por exemplo, zkSync promete manter altos padrões de segurança, reduzindo custos de gás em até 100 vezes.

No entanto, ZK-Rollups devem lidar com a complexidade computacional. Provas de conhecimento zero exigem recursos, portanto, suportar lógica de contratos inteligentes arbitrários pode ser desafiador. ZK-Rollups estão se tornando mais eficazes para suportar operações mais complexas, embora sejam mais eficientes para transações simples como negociações e transferências agora.

Outra limitação é a falta de compatibilidade total com EVM. Os contratos inteligentes do Ethereum não foram naturalmente projetados para interagir com provas de conhecimento zero, portanto, os desenvolvedores podem ser obrigados a reescrever contratos ou usar linguagens de programação especializadas. Trabalhando para resolver isso estão projetos como zkEVM, um esforço para produzir um ZK-Rollup compatível com EVM.

Apesar dessas dificuldades, a finalidade instantânea e a força criptográfica dos ZK-Rollups os tornam atraentes para usos onde velocidade e segurança são críticas. A maturidade da tecnologia deve possibilitar um espectro mais amplo de recursos.

Comparando Rollups Otimistas e ZK-Rollups

Embora ambos Rollups Otimistas e ZK-Rollups tenham como objetivo escalar o Ethereum processando transações fora da cadeia, seus mecanismos subjacentes resultam em diferentes compromissos.

Validação e Segurança

Rollups Otimistas dependem de provas de fraude e de um período de contestação para garantir a validade da transação. Isso significa que transações inválidas podem ser revertidas, mas apenas se alguém detectá-las e denunciá-las. Em contraste, ZK-Rollups usam provas de validade que garantem criptograficamente a correção de cada lote de transações submetido à rede principal.

De acordo com um relatório da Electric Capital, "ZK-Rollups oferecem garantias de segurança mais fortes porque não dependem de pressupostos de teoria dos jogos."

Latência na Retirada

Rollups Otimistas têm um atraso significativo em retiradas devido ao período de contestação, que pode durar até uma semana. Isso pode ser mitigado através de provedores de liquidez, mas adiciona complexidade. ZK-Rollups permitem uma_finalidade imediata.

                      retiradas porque as provas de validade garantem que o estado está correto.

### Compatibilidade com EVM

Os Optimistic Rollups são geralmente mais compatíveis com EVM, permitindo que os desenvolvedores implantem contratos inteligentes existentes do Ethereum com mudanças mínimas. Os ZK-Rollups historicamente tiveram dificuldades com a compatibilidade com EVM devido à intensidade computacional de gerar provas para operações complexas. No entanto, avanços como o zkEVM estão buscando fechar essa lacuna.

### Desempenho e Escalabilidade

Os ZK-Rollups podem oferecer maior rendimento e taxas mais baixas, especialmente para transações simples, pois as provas de validade comprimem os dados das transações de forma mais eficiente. Os Optimistic Rollups podem ter maior sobrecarga devido à necessidade de provas de fraude.

### Complexidade e Esforço de Desenvolvimento

Implementar ZK-Rollups é mais complexo devido à criptografia avançada envolvida. Isso pode retardar o desenvolvimento e aumentar o potencial de bugs. Os Optimistic Rollups são relativamente mais simples de implementar, o que levou a uma implantação mais rápida de aplicações.

### Adoção no Ecossistema

Ambos os tipos de rollups viram uma adoção significativa. Os Optimistic Rollups atualmente têm mais aplicações DeFi devido à sua compatibilidade com EVM. Os ZK-Rollups estão alcançando à medida que as soluções para compatibilidade com EVM amadurecem. De acordo com a Dune Analytics, o valor total bloqueado (TVL) em ambas as soluções está aumentando, refletindo a crescente confiança e adoção.

### Considerações Regulatórias

A natureza criptográfica dos ZK-Rollups pode oferecer melhores recursos de privacidade, o que pode ser uma faca de dois gumes em termos de conformidade regulatória. Os Optimistic Rollups são mais transparentes, o que pode estar mais alinhado com as expectativas regulatórias.

## Casos de Uso para Optimistic Rollups e ZK-Rollups

A compatibilidade EVM dos Optimistic Rollups os torna ideais para uso em aplicações de contratos inteligentes complicadas. Isso os torna ideais para plataformas DeFi, marketplaces de NFT e outras aplicações que exigem lógica intrincada. Por exemplo, a Synthetix, um sistema de liquidez de derivativos, fez parceria com a Optimism para reduzir taxas e aumentar a escalabilidade. Os usuários desta integração puderam negociar ativos sintéticos mais rapidamente e com menos atrito.

Quando a velocidade e segurança das transações são absolutamente cruciais, os ZK-Rollups brilham. A finalização instantânea e o grande rendimento dos ZK-Rollups ajudarão aplicativos de pagamento, bolsas distribuídas para negociação à vista e plataformas de jogos. Usando ZK-Rollups, a Loopring, um protocolo de Layer 2, criou uma bolsa distribuída que oferece negociação rápida e barata. Os dados da Loopring indicam que os usuários podem negociar com taxas tão baixas quanto 0,1% dos custos da mainnet, tornando-a bastante acessível.

Além disso, os ZK-Rollups estão se tornando populares em aplicativos que prezam pela privacidade e validação de identidade. Para conformidade e privacidade do usuário, as provas de conhecimento zero permitem que usuários comprovem características sem divulgar informações privadas—uma capacidade muito apreciada.

Projetos como o zkSync visam habilitar contratos inteligentes em ZK-Rollups, assim abrindo casos de uso até então limitados baseados nos Optimistic Rollups. À medida que essas tecnologias se desenvolvem, suas linhas de capacidade podem se confundir e proporcionar mais liberdade para desenvolvedores.

## Considerações Finais

A competição entre Optimistic Rollups e ZK-Rollups representa um avanço saudável na busca da escalabilidade pelo Ethereum. Ambas as tecnologias têm benefícios especiais e são essenciais para que a rede possa gerenciar a crescente demanda.

Com sua adequação ao EVM e implementação mais fácil, os Optimistic Rollups se tornaram bastante populares na cena DeFi. Garantias de segurança mais fortes e finalização instantânea proporcionadas pelos ZK-Rollups estão expandindo os limites da invenção criptográfica.

Provavelmente, as duas opções coexistirão à medida que o ecossistema Ethereum se desenvolve, atendendo a várias necessidades e propósitos. Como seu desenvolvimento afetará bastante a direção dos aplicativos distribuídos, os desenvolvedores, investidores e consumidores devem se manter informados sobre essas tecnologias.

"No curto prazo, os rollups são a única solução de escalabilidade sem confiança e, no longo prazo, são uma parte importante do ecossistema Ethereum," disse Vitalik Buterin, resumindo bem as circunstâncias.

Os desenvolvimentos em Optimistic e ZK-Rollups destacam essa visão: uma rede Ethereum mais escalável e eficiente é prometida.