Duas soluções interessantes surgiram na linha de frente das tecnologias de escalabilidade de Camada 2 enquanto a rede Ethereum luta com a escalabilidade: Rollups Otimistas e Rollups de Conhecimento Zero (ZK). Ao processar transações fora da cadeia, esses desenvolvimentos buscam reduzir taxas e aumentar a capacidade de processamento, aliviando, assim, a congestão na rede principal do Ethereum. Seu impacto no espaço da Camada 2 é notável, pois eles oferecem diversas soluções para o mesmo problema e iniciam discussões entre investidores e desenvolvedores igualmente.

A capacidade da rede do Ethereum tem estado sob pressão inédita com o surgimento das finanças distribuídas (DeFi) e dos tokens não fungíveis (NFTs). Dados do Etherscan mostram que os preços médios de gás dispararam em períodos de grande demanda, ocasionalmente atingindo níveis que os usuários comuns considerariam inaceitáveis. Isso enfatiza a urgência por soluções de escalabilidade sensatas.

"Rollups estão atualmente posicionados como a única solução de escalabilidade confiável para o Ethereum em curto a médio prazo, e talvez até no longo prazo", enfatizou Vitalik Buterin, co-fundador do Ethereum, em uma postagem no blog sobre soluções de Camada 2.

Os Rollups para o destaque foram impulsionados por esse endosso e agora são fundamentais no roteiro do Ethereum.

Tanto Rollups Otimistas quanto ZK-Rollups enviam várias transações juntas em um lote para a rede principal do Ethereum. No entanto, eles alcançam segurança e validação de maneiras bastante diferentes. As partes interessadas construindo ou investindo no ecossistema do Ethereum precisam entender essas variações primeiramente.

Este documento investiga a mecânica dos rollups, examina as características específicas dos Rollups Otimistas e ZK-Rollups, contrasta seus benefícios e desvantagens, e investiga suas aplicações atuais e futuras. Os leitores deverão, portanto, ter um entendimento completo dessas tecnologias e como elas afetarão o futuro do Ethereum, no final.

O que são Rollups?

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

Rollups combinam várias transações em um lote, agregando ou "enrolando" muitos valores. Depois, esse lote é executado fora da cadeia e o estado resultante é carregado de volta para a rede principal. Os rollups podem, assim, teoricamente, alcançar ordens de grandeza de capacidade de processamento de transações maiores do que o que é possível na rede principal do Ethereum sozinha.

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

Rollups utilizam a segurança fundamental da rede Ethereum. Postar dados ou provas de transações na rede principal garante que os usuários possam confiar nas garantias de segurança inerentes ao Ethereum, mesmo que a solução de Camada 2 seja hackeada. Esta é uma característica crucial que distingue os rollups de sidechains ou outras soluções de Camada 2, possivelmente com mecanismos de segurança menos robustos.

Uma análise da ConsenSys indica que os rollups poderiam elevar a capacidade de processamento de transações do Ethereum de cerca de 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 aplicações que exigem grande escalabilidade — isso os torna uma solução interessante.

Além disso, os rollups funcionam perfeitamente 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 várias aplicações depende dessa compatibilidade.

No entanto, os rollups não apresentam ausência de dificuldades. Eles podem envolver complicações com disponibilidade de dados e interoperabilidade com as ferramentas existentes do Ethereum, além de exigir que usuários e desenvolvedores adotem novas tecnologias. Outro problema persistente é garantir a descentralização e evitar pontos de falha centralizados nos sistemas de roll-up.

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 apenas realizam computação — mais especificamente, verificação — se uma prova de fraude for especificada dentro de um período de desafio designado. Como as transações não precisam ser verificadas individualmente a menos que se suspeite de fraude, essa suposição otimista permite maior escalabilidade.

O processo fundamental depende de um período de desafio, no qual qualquer um pode contestar a validade de uma transação, fornecendo prova de fraude. Se uma transação fraudulenta for descoberta, o sistema a reverte e o ator malicioso pode pagar multas. Esse sistema mantém a segurança ao depender de ideias teóricas de jogos e encorajar a integridade.

Construídos para serem compatíveis com a Máquina Virtual Ethereum (EVM), rollups otimistas podem executar contratos inteligentes Ethereum com poucas mudanças necessárias. Para desenvolvedores que desejam introduzir aplicativos atuais em soluções de Camada 2 sem grandes reescritas, essa compatibilidade facilita a transição.

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

Desenvolvido pela Offchain Labs, o Arbitrum é outra iniciativa bem conhecida, com grande interesse e aceitação devido às suas fortes características e ambiente amigável ao desenvolvedor.

No entanto, os rollups otimistas têm certas desvantagens. Ao devolver fundos para a rede principal do Ethereum, o período de desafio — que pode durar de várias horas a uma semana — introduz latência. Para aqueles que necessitam de liquidez instantânea, esse atraso pode ser problemático. Para resolver esse problema, soluções, incluindo sistemas de saída rápida ou provedores de liquidez, estão em desenvolvimento, mas adicionam camadas de complexidade.

Além disso, a segurança dos Rollups Otimistas depende da suposição 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 na ausência de participantes honestos, o sistema pode ser vulnerável.

Ainda assim, os Rollups Otimistas têm visto aceitação bastante ampla, apesar desses obstáculos. Um dos maiores intercâmbios distribuídos, o Uniswap, por exemplo, foi estabelecido no Optimism, citando taxas mais baixas e maior capacidade de processamento como principais vantagens. Essa ação permitiu que os usuários do Uniswap negociassem com menos atrito, melhorando assim a acessibilidade da plataforma.

O que são Zero-Knowledge Rollups?

Zero-Knowledge Rollups, ou ZK-Rollups, adotam uma abordagem diferente, utilizando provas criptográficas para validar transações. Eles criam, especificamente, provas curtas, não interativas de conhecimento zero (SNARKs ou STARKs) que confirmam a correção da transação sem revelar qualquer informação adicional. Este sistema garante que cada transação seja legítima e elimina a necessidade de um período de desafio.

As transações em um ZK-rollup são tratadas fora da cadeia e enviadas para a rede principal do Ethereum, juntamente com uma prova de validade. O contrato inteligente da rede principal garante transições de estado válidas, verificando essa prova. Esse método possibilita quase a imediata finalização ao retirar dinheiro, uma grande vantagem sobre os rollups otimistas.

Uma das principais vantagens dos ZK-Rollups é suas grandes garantias de segurança. Cada lote de transações vem com uma prova de validade, o que significa que incentivos teóricos de jogos ou participantes honestos não são necessários para detectar fraudes. Essa garantia criptográfica torna os ZK-Rollups bastante seguros.

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

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

Outra limitação é a falta de total compatibilidade com a EVM. Os contratos inteligentes do Ethereum não são naturalmente destinados a interagir com provas de conhecimento zero, então 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 a EVM.

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

Comparação entre Rollups Otimistas e ZK-Rollups

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

Validação e Segurança

Rollups Otimistas dependem de provas de fraude e de um período de desafio para garantir a validade das transações. Isso significa que transações inválidas podem ser revertidas, mas apenas se alguém as detectar e relatar. Em contraste, ZK-Rollups utilizam provas de validade que garantem criptograficamente a correção de cada lote de transações enviado para a rede principal.

De acordo com um relatório da Electric Capital, “ZK-Rollups oferecem garantias de segurança mais fortes porque não dependem de suposições teóricas de jogos.”

Latência de Retirada

Rollups Otimistas têm um atraso significativo na retirada devido ao período de desafio, que pode durar até uma semana. Isso pode ser mitigado através de provedores de liquidez, mas adiciona complexidade. ZK-Rollups permitem דר análise de tráfego...

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Compatibilidade com EVM

Optimistic Rollups são geralmente mais compatíveis com EVM, permitindo que os desenvolvedores implantem contratos inteligentes existentes do Ethereum com alterações mínimas. ZK-Rollups historicamente enfrentaram 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

ZK-Rollups podem oferecer maior rendimento e tarifas mais baixas, especialmente para transações simples, porque as provas de validade comprimem os dados das transações de forma mais eficiente. Optimistic Rollups podem ter custos gerais mais altos 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 desacelerar o desenvolvimento e aumentar o potencial de bugs. Optimistic Rollups são relativamente mais simples de implementar, o que levou a uma implantação mais rápida de aplicativos.

Adoção no Ecossistema

Ambos os tipos de rollups têm visto uma adoção significativa. Optimistic Rollups atualmente possuem mais aplicativos DeFi devido à sua compatibilidade com EVM. ZK-Rollups estão alcançando à medida que as soluções para compatibilidade com EVM amadurecem. De acordo com Dune Analytics, o valor total bloqueado (TVL) em ambas as soluções está crescendo, 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. Optimistic Rollups são mais transparentes, o que pode se alinhar melhor com as expectativas regulatórias.

Casos de Uso para Optimistic Rollups e ZK-Rollups

A compatibilidade com EVM dos Optimistic Rollups os torna ideais para uso em aplicativos de contratos inteligentes complicados. Isso os torna ideais para plataformas DeFi, mercados de NFT e outros aplicativos que exigem lógica intrincada. Por exemplo, Synthetix, um sistema de liquidez de derivativos, fez parceria com Optimism para reduzir tarifas e aumentar a escalabilidade. Os usuários dessa integração puderam negociar ativos sintéticos mais rapidamente e com menos atritos.

Quando velocidade de transação e segurança são absolutamente cruciais, ZK-Rollups brilham. A finalização instantânea e o grande rendimento dos ZK-Rollups ajudarão aplicativos de pagamento, exchanges distribuídas para negociação à vista e plataformas de jogos. Usando ZK-Rollups, o Loopring, um protocolo de camada 2, criou uma exchange descentralizada que oferece negociação rápida e barata. Os dados do Loopring indicam que os usuários podem negociar com tarifas de apenas 0,1% dos custos da rede principal, tornando a negociação bastante acessível.

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

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

Considerações Finais

A competição entre Optimistic Rollups e ZK-Rollups representa um avanço saudável na busca do Ethereum por escalabilidade. Ambas as tecnologias possuem benefícios especiais e são essenciais para a rede ser capaz de gerenciar a demanda crescente.

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

As duas opções provavelmente coexistirão à medida que o ecossistema Ethereum se desenvolve, atendendo a diversas necessidades e propósitos. Como seu desenvolvimento afetará grandemente a direção dos aplicativos distribuídos, desenvolvedores, investidores e consumidores devem se manter informados sobre essas tecnologias.

"No curto prazo, os rollups são a única solução de escalonamento sem confiança, e no longo prazo, eles 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.