Duas soluções interessantes surgiram na vanguarda das tecnologias de escalabilidade de Layer 2 à medida que a rede Ethereum luta com a escalabilidade: Rollups Otimistas e Zero-Knowledge (ZK) Rollups. 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 do Layer 2 é notável, uma vez que fornecem várias soluções para o mesmo problema e iniciam discussões entre investidores e desenvolvedores igualmente.

A capacidade da rede Ethereum esteve sob pressão inédita à medida que finanças distribuídas (DeFi) e tokens não fungíveis (NFTs) surgiram. Dados do Etherscan mostram que os preços médios do gás dispararam em momentos de grande demanda, ocasionalmente atingindo níveis que usuários regulares achariam inaceitáveis. Isso enfatiza como soluções de escalabilidade sensatas são urgentemente necessárias.

"Os 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 Vitalik Buterin, cofundador do Ethereum, em um post de blog sobre soluções de Layer 2.

Os rollups entraram na vanguarda impulsionados por este endosso e agora são fundamentais no roteiro 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 construindo ou investindo no ecossistema Ethereum devem primeiro entender essas variações.

Este artigo investiga a mecânica dos rollups, examina as características particulares dos Rollups Otimistas e ZK-Rollups, contrasta seus prós e contras, e investiga suas aplicações presentes e futuras. Assim, os leitores devem ter uma compreensão completa dessas tecnologias e como elas afetarão o futuro do Ethereum finalmente.

O Que São Rollups?

Fundamentalmente, os rollups são soluções de escalabilidade de Layer 2 destinadas a processar transações fora da cadeia e, em seguida, fornecer uma versão comprimida dos dados de volta à rede principal, aumentando assim a taxa de transferência dos sistemas de blockchain como o Ethereum. Reduzir a carga computacional e de armazenamento no blockchain principal é o objetivo principal; assim, a escalabilidade é aumentada sem comprometer a segurança.

Os rollups combinam várias transações em um único lote, agregando — ou "arrolando" — muitos valores. Após isso, este lote é executado fora da cadeia e o estado resultante é carregado de volta para a rede principal. Assim, os rollups podem teoricamente alcançar ordens de magnitude de taxa de transferência de transação mais do que o que é viável sozinho na rede principal do Ethereum.

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

Os roll-ups fazem uso da segurança subjacente da rede Ethereum. Postar dados de transação ou provas de volta à rede principal garante que os usuários possam contar com as garantias de segurança inerentes do Ethereum, mesmo que a solução de Layer 2 seja invadida. Esta é uma característica crucial que diferencia os rollups de sidechains ou outras soluções de Layer 2 com mecanismos de segurança possivelmente menos robustos.

Uma análise da ConsenSys indica que os rollups poderiam elevar a taxa de transferência de transações do Ethereum de aproximadamente 15 transações por segundo (TPS) para muitos milhares de TPS. Para usos, incluindo exchanges 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 se integram harmoniosamente com os recursos de contratos inteligentes do Ethereum. Contratos que interagem com soluções de Layer 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 rollovers não apresentam desafios. Eles podem envolver complicações com disponibilidade de dados e interoperabilidade com ferramentas Ethereum atuais, e exigir que usuários e desenvolvedores adotem novas tecnologias. Outro problema constante é garantir a descentralização e evitar pontos centrais de falha nos sistemas de roll-up.

O Que São Rollups Otimistas?

Rollups Otimistas são um tipo de rollup que assumem que as transações são válidas por padrão, daí o termo "otimista". Eles apenas realizam cálculos — mais especificamente, verificação — se uma prova de fraude for apresentada dentro de um período de desafio designado. Como as transações não precisam ser verificadas individualmente a menos que haja suspeita de fraude, essa suposição otimista permite maior escalabilidade.

O processo fundamental depende de um período de desafio em que qualquer um pode questionar a validade de uma transação fornecendo evidência de fraude. Caso uma transação fraudulenta seja descoberta, o sistema a reverte e o ator malintencionado poderá pagar multas. Este sistema mantém a segurança ao depender de ideias de teoria de jogos e encorajar a integridade.

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

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

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

No entanto, os rollups otimistas têm certas desvantagens. Ao retirar fundos de volta para a rede principal do Ethereum, o período de desafio — que pode durar de várias horas a uma semana — introduz uma latência. Para aqueles que precisam de liquidez imediata, esse atraso pode ser problemático. Para resolver este 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 evidência de fraude. Embora este modelo seja robusto, não é perfeito em todos os aspectos. Sob condições de colusão ou ausência de participantes honestos, o sistema pode estar vulnerável.

Os rollups otimistas viram uma aceitação bastante ampla, apesar desses obstáculos. Uma das maiores exchanges distribuídas, Uniswap, por exemplo, se estabeleceu na Optimism citando taxas mais baixas e maior capacidade como principais vantagens. Esta 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 ao usar provas criptográficas para validar transações. Eles criam especificamente provas de conhecimento zero breves e não interativas (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 desafio.

As transações em um ZK-roll-through 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 ao verificar esta prova. Ao retirar dinheiro, essa abordagem permite quase instantaneamente uma finalização — uma grande vantagem sobre os roll-ups otimistas.

Uma das principais vantagens dos ZK-Rollups é sua grande segurança garantida. Cada lote de transações vem com uma prova de validade, portanto não são necessários incentivos de teoria de jogos ou participantes honestos para encontrar fraudes. Os ZK-Rollers 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. Escalabilidade e eficiência desses projetos mostraram progresso notável. Por exemplo, zkSync promete manter altos padrões de segurança enquanto reduz custos de gás em até 100 vezes.

No entanto, os ZK-Rollups devem enfrentar a complexidade computacional. Provas de conhecimento zero exigem recursos, portanto, oferecer suporte à 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 diretas como negociações e transferências agora.

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

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

Comparando Rollups Otimistas e ZK-Rollups

Enquanto ambos os Rollups Otimistas e ZK-Rollups visam 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 um período de desafio para garantir a validade da transação. Isso significa que transações inválidas podem ser revertidas, mas apenas se alguém as detectar e relatar. 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 suposições de teoria dos jogos."

Latência de Saque

Rollups Otimistas têm um atraso significativo de saque devido ao período de desafio, que pode durar até uma semana. Isso pode ser mitigado por meio de provedores de liquidez, mas adiciona complexidade. ZK-Rollups permitem retiradas imediatas. Content: retiradas porque as provas de validade garantem que o estado está correto.

EVM Compatibility

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

Performance and Scalability

Os ZK-Rollups podem oferecer maior capacidade de processamento e taxas mais baixas, especialmente para transações simples, porque as provas de validade comprimem os dados das transações de forma mais eficiente. Rollups Otimistas podem ter um custo adicional maior devido à necessidade de provas de fraude.

Complexity and Development Effort

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

Ecosystem Adoption

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

Regulatory Considerations

A natureza criptográfica dos ZK-Rollups pode oferecer melhores recursos de privacidade, o que poderia ser uma faca de dois gumes em termos de conformidade regulatória. Rollups Otimistas são mais transparentes, o que pode se alinhar melhor com expectativas regulatórias.

Use Cases for Optimistic Rollups and ZK-Rollups

A compatibilidade EVM dos Rollups Otimistas os torna ideais para uso em aplicações de contratos inteligentes complexos. Isso os torna ideais para plataformas DeFi, mercados de NFT e outras aplicações que exigem lógica intrincada. Por exemplo, Synthetix, um sistema de liquidez de derivativos, fez parceria com a Optimism para reduzir taxas e aumentar a escalabilidade. Usuários dessa integração puderam negociar ativos sintéticos mais rápido e com menos fricção.

Quando a velocidade de transação e a segurança são absolutamente cruciais, ZK-Rollups brilham. A finalidade instantânea e a grande capacidade de processamento dos ZK-Rollups serão úteis para apps de pagamento, trocas distribuídas para negociação spot, e plataformas de jogos. Usando ZK-Rollups, Loopring, um protocolo de camada 2, criou uma troca distribuída que oferece negociação rápida e barata. Dados do Loopring indicam que os usuários podem negociar com taxas tão baixas quanto 0,1% dos custos da rede principal, tornando-o bastante acessível.

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

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

Final Thoughts

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

Com sua adaptação à EVM e implementação mais fácil, os roll-ups otimistas se tornaram bastante populares na cena DeFi. Garantias de segurança mais fortes e finalidade instantânea fornecidas pelos ZK-Rollups estão estendendo os limites da invenção criptográfica.

É provável que as duas opções coexistam à medida que o ecossistema Ethereum se desenvolve, atendendo a várias necessidades e propósitos. Como seu desenvolvimento afetará grandemente a direção das aplicações distribuídas, 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 Rollups Otimistas e ZK-Rollups destacam essa visão: uma rede Ethereum mais escalável e eficiente é prometida.