Duas soluções interessantes surgiram na vanguarda das tecnologias de escalonamento da Camada 2 enquanto a rede do 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 taxa de transferência, aliviando assim a congestão no mainnet do Ethereum. Seu impacto no espaço da Camada 2 é notável, uma vez que oferecem várias soluções para o mesmo problema e iniciam discussões entre investidores e desenvolvedores igualmente.

A capacidade da rede Ethereum esteve sob uma pressão nunca antes vista com o surgimento das finanças distribuídas (DeFi) e dos tokens não fungíveis (NFTs). Dados do Etherscan mostram que os preços médios do gás dispararam em tempos de grande demanda, ocasionalmente atingindo níveis que usuários regulares considerariam inaceitáveis. Isso enfatiza a urgência de soluções de escalonamento sensatas.

"Rollups estão atualmente posicionados como a única solução de escalonamento sem confiança para o Ethereum no curto a médio prazo, e talvez até no longo prazo", sublinhou o cofundador do Ethereum Vitalik Buterin em uma postagem de blog sobre soluções de Camada 2.

Rollups entraram em destaque devido a este endosso e agora são fundamentais no roteiro do Ethereum.

Tanto Rollups Otimistas quanto ZK-Rollups enviam várias transações juntas em um único lote para o mainnet do Ethereum. No entanto, eles alcançam segurança e validação de maneiras bastante diferentes. Participantes que constroem ou investem no ecossistema Ethereum devem primeiro entender essas variações.

Este documento investiga a mecânica dos rollups, examina as características particulares dos Rollups Otimistas e ZK-Rollups, contrasta seus benefícios e desvantagens e investiga suas aplicações presentes e futuras. Portanto, os leitores devem ter uma compreensão completa dessas tecnologias e de como elas afetarão o futuro do Ethereum no final.

O que são Rollups?

Fundamentalmente, rollups são soluções de escalonamento de Camada 2 destinadas a processar transações fora da cadeia e depois fornecer uma versão compactada dos dados de volta ao mainnet, aumentando assim a taxa de transferência dos sistemas de blockchain como o Ethereum. Reduzir a carga de computação e armazenamento na blockchain principal é o objetivo principal; portanto, a escalabilidade é aumentada sem comprometer a segurança.

Rollups combinam várias transações em um único lote, assim agregando—ou "enrolando"—muitos valores. Depois disso, este lote é executado fora da cadeia e o estado resultante é carregado de volta para o mainnet. Assim, teoricamente, os rollups podem atingir ordens de magnitude de mais transações do que é viável no mainnet do Ethereum sozinho.

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

Roll-ups utilizam a segurança da rede Ethereum como base. Postar dados de transação ou provas de volta ao mainnet garante que os usuários possam confiar nas garantias de segurança inerentes ao Ethereum, mesmo que a solução de Camada 2 seja hackeada. Essa 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 roll-ups poderiam aumentar 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 aplicações que necessitam de grande escalabilidade—isso os torna uma solução interessante.

Além disso, os roll-ups são perfeitamente integrados com os recursos de contratos inteligentes do Ethereum. Contratos que interagem com soluções de Camada 2 permitem que os desenvolvedores criem recursos sofisticados sem sobrecarregar o mainnet. A adoção de roll-ups em várias aplicações depende dessa compatibilidade.

No entanto, os rollovers não apresentam dificuldades. Eles podem envolver complicações com disponibilidade de dados e interoperabilidade com as ferramentas atuais do Ethereum e exigir que usuários e desenvolvedores adotem novas tecnologias. Outra questão contínua 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 assumem que as transações são válidas por padrão, daí o termo "otimista". Eles só fazem computação—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 pessoa pode contestar a validade de uma transação fornecendo uma prova de fraude. Caso uma transação fraudulenta seja descoberta, o sistema a reverte e o ator malicioso pode ter que pagar multas. Este sistema mantém a segurança ao depender de ideias de teoria dos jogos e encorajar a integridade.

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

Uma das implementações líderes de Rollups Otimistas é o Optimism. A equipe do Optimism afirma que sua solução pode reduzir os custos de gás em até 10 a 100 vezes mais do que o mainnet do Ethereum.

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

No entanto, os roll-ups otimistas têm certas desvantagens. Ao retirar fundos de volta para o mainnet do Ethereum, o período de desafio—which pode durar de várias horas a uma semana—introduz latência. Para aqueles que precisam de liquidez instantânea, esse atraso pode ser problemático. Para resolver esse problema, soluções como 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 apresentará uma prova de fraude. Embora este modelo seja forte, não é perfeito de forma universal. Sob condições de conluio ou ausência de participantes honestos, o sistema pode ser vulnerável.

Apesar desses obstáculos, os roll-ups otimistas têm visto aceitação bastante ampla. Um dos maiores exchanges distribuídas, o Uniswap, por exemplo, foi configurado no Optimism citando taxas mais baixas e mais taxa de transferência como principais vantagens. Esta ação permitiu que os usuários do Uniswap negociassem com menos atritos, melhorando assim a acessibilidade da plataforma.

O que são Rollups de Conhecimento-Zero?

Rollups de Conhecimento-Zero, ou ZK-Rollups, 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 desafio.

Transações em um ZK-roll são conduzidas fora da cadeia e enviadas para o mainnet do Ethereum junto com uma prova de validade. O contrato inteligente do mainnet garante transições de estado válidas ao verificar esta prova. Ao retirar dinheiro, essa abordagem permite uma finalização quase instantânea—uma grande vantagem sobre os roll-ups otimistas.

Uma das principais vantagens dos ZK-Rollups é suas fortes garantias de segurança. Cada lote de transações vem com uma prova de validade, portanto não são necessários incentivos de teoria dos jogos ou participantes honestos para encontrar fraudes. Os ZK-Rollers são bastante seguros graças a esta 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 mostraram progresso notável. 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 requerem recursos, portanto, suportar a lógica arbitrária de contratos inteligentes pode ser desafiador. Os ZK-Rollups estão se tornando mais eficazes para suportar operações mais complexas, mesmo que eles sejam mais eficientes para transações diretas como negociações e transferências no momento.

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

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

Comparando Rollups Otimistas e ZK-Rollups

Embora ambos os Rollups Otimistas e 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 confiam em provas de fraude e em 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 enviado para o mainnet.

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 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 retirada imediata. Retiradas porque as provas de validade garantem que o estado está correto.

Compatibilidade com EVM

Os Optimistic Rollups são geralmente mais compatíveis com a EVM, permitindo que os desenvolvedores implementem contratos inteligentes Ethereum existentes com alterações 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 zkEVM estão buscando fechar essa lacuna.

Desempenho e Escalabilidade

Os ZK-Rollups podem oferecer maior rendimento e taxas mais baixas, especialmente para transações simples, porque as provas de validade comprimem os dados da transação de forma mais eficiente. Os Optimistic Rollups podem ter um overhead maior 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 atrasar o desenvolvimento e aumentar o potencial para bugs. Os Optimistic Rollups são relativamente mais simples de implementar, o que levou a um desenvolvimento mais rápido de aplicações.

Adoção no Ecossistema

Ambos os tipos de rollups tiveram uma adoção significativa. Os Optimistic Rollups atualmente têm mais aplicações DeFi devido à sua compatibilidade EVM. Os ZK-Rollups estão se aproximando à medida que as soluções para compatibilidade 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 espada de dois gumes em termos de conformidade regulatória. Os 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 EVM dos Optimistic Rollups os torna ideais para uso em aplicações complexas de contratos inteligentes. Isso os torna ideais para plataformas DeFi, marketplaces de NFT, e outras aplicações que exigem lógica complexa. Por exemplo, a Synthetix, um sistema de liquidez de derivativos, colabora com a Optimism para reduzir taxas e aumentar a escalabilidade. Usuários dessa integração puderam negociar ativos sintéticos mais rapidamente e com menos fricção.

Quando a velocidade e a segurança da transação são absolutamente cruciais, os ZK-Rollups se destacam. A finalização instantânea e o grande rendimento dos ZK-Rollups ajudam aplicativos de pagamento, trocas distribuídas para negociação à vista e plataformas de jogos. Usando ZK-Rollups, a Loopring, um protocolo de Camada 2, criou uma bolsa descentralizada que oferece negociações rápidas e baratas. Os dados da Loopring indicam que os usuários podem negociar com taxas tão baixas quanto 0,1% dos custos do mainnet, tornando-as bastante acessíveis.

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

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

Considerações Finais

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

Com sua adequação à EVM e implementação mais fácil, os optimistic rollups tornaram-se bastante populares na cena DeFi. As garantias de segurança mais fortes e a finalização instantânea proporcionadas pelos ZK-Rollups estão estendendo os limites da invenção criptográfica.

As duas opções provavelmente coexistirão à medida que o ecossistema Ethereum se desenvolve, servindo a várias necessidades e propósitos. Como seu desenvolvimento afetará significativamente a direção dos aplicativos distribuídos, desenvolvedores, investidores e consumidores devem permanecer 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 está prometida.