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A máquina virtual da Ethereum (ETH) foi desenhada em 2015 para executar contratos inteligentes — não para produzir provas criptográficas. Já as provas de conhecimento zero nasceram para verificar computação de forma barata e privada, sem qualquer noção do que é um opcode.

Durante anos, os dois mundos pareceram estruturalmente incompatíveis.

Até que engenheiros descobriram como fundi-los — e o resultado é hoje uma das peças de infraestrutura mais complexas de todo o ecossistema cripto.

O ZkEVM — sigla para Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine — é a tentativa de executar contratos inteligentes compatíveis com Ethereum e, em seguida, provar que eles rodaram corretamente, usando provas ZK, sem exigir que desenvolvedores reescrevam uma única linha de código.

Na teoria, parece simples. Na prática, significou resolver problemas que travaram a indústria por mais de meia década.

Resumo rápido (TL;DR)

Um ZkEVM executa contratos inteligentes compatíveis com Ethereum e produz uma prova de conhecimento zero de que a execução foi correta, permitindo liquidação rápida e barata de transações de volta na rede principal da Ethereum.

Quanto mais difícil é construir um ZkEVM, maior tende a ser sua compatibilidade com as ferramentas atuais do ecossistema Ethereum; esse compromisso está no centro de todas as decisões de design do setor.

Usuários se beneficiam da segurança da Ethereum sem pagar o gás da mainnet, e desenvolvedores podem migrar contratos Solidity existentes com pouca ou nenhuma alteração.

O que as provas de conhecimento zero realmente fazem

Antes de entrar na parte EVM, é preciso clareza sobre o que é — e o que não é — uma prova de conhecimento zero. Uma prova ZK é um método criptográfico que permite a uma parte, o provador, convencer outra parte, o verificador, de que uma afirmação é verdadeira sem revelar os dados que a tornam verdadeira.

O exemplo clássico é provar que você conhece uma senha sem jamais transmiti-la. Em blockchain, a afirmação quase sempre é computacional: “Eu rodei este programa com esta entrada, obtive esta saída, e fiz tudo corretamente”.

O verificador — aqui, um contrato inteligente na Layer 1 da Ethereum — checa a prova em milissegundos, em vez de reexecutar cada transação.

Provas de conhecimento zero permitem que uma rede de Layer 2 agrupe milhares de transações, gere uma única prova compacta de que todas são válidas e envie apenas essa prova para a Ethereum, reduzindo drasticamente o custo por usuário.

Dois sistemas de prova dominam o cenário atual de ZkEVM. Os SNARKs (Succinct Non-interactive ARguments of Knowledge) produzem provas pequenas, com verificação rápida, mas exigem uma cerimônia de configuração confiável. Os STARKs (Scalable Transparent ARguments of Knowledge) dispensam setup confiável e são resistentes a ataques quânticos, porém geram provas maiores. A maioria das equipes de ZkEVM hoje privilegia SNARKs, porque o custo de verificação na mainnet da Ethereum é um limite rígido.

Por que é tão difícil “provar” a EVM

A Ethereum Virtual Machine é um ambiente de execução baseado em pilha, com mais de 140 opcodes, um sistema de contabilidade de gás, memória complexa e uma coleção de casos de borda acumulados em uma década de uso real. Cada opcode, desde um simples ADD até pré-compilações criptográficas como ECRECOVER, precisa ser traduzível em restrições aritméticas que um sistema de prova ZK consiga entender.

O problema é que sistemas de prova ZK falam uma linguagem matemática extremamente restrita. Eles operam nativamente sobre corpos finitos e equações polinomiais. A EVM foi criada sem nada disso em mente. Instruções como KECCAK256 (a função de hash da Ethereum) são quase “anti-ZK”: envolvem operações bit a bit que se convertem em conjuntos de restrições gigantes e caros para os circuitos.

Essa incompatibilidade deu origem ao chamado “problema de incompatibilidade da EVM”. Era possível construir um rollup ZK rápido e barato, mas que só rodava programas feitos sob medida para ambientes amigáveis a ZK. Ou tentar suportar a EVM completa, à custa de provas lentas e caríssimas, que anulavam o ganho. O desafio de engenharia do ZkEVM é justamente colapsar esse trade-off.

Gerar uma prova ZK para um único hash KECCAK256 pode exigir milhões de restrições aritméticas. Um bloco típico da Ethereum contém milhares de hashes, motivo pelo qual a geração de provas para ZkEVM levava horas nas primeiras implementações — e ainda hoje demanda hardware especializado.

Os quatro tipos de ZkEVM — e o que eles significam

Nem todo ZkEVM é igual. O pesquisador da Ethereum Vitalik Buterin propôs, em 2022, uma taxonomia hoje amplamente usada, que divide as implementações em quatro tipos, de acordo com o grau de compatibilidade com a pilha atual da Ethereum. Entender esses tipos é a forma mais rápida de avaliar qualquer projeto de ZkEVM.

Tipo 1 é totalmente equivalente à Ethereum. Prova exatamente a transição de estado da rede, a estrutura de blocos, funções de hash — tudo, sem modificações. Clientes Ethereum existentes conseguem sincronizar esse sistema nativamente, e todas as ferramentas funcionam imediatamente. O custo é um tempo de prova extremamente alto e caro. Nenhum ZkEVM em produção hoje opera em Tipo 1, embora algumas equipes persigam esse objetivo.

Tipo 2 é equivalente à EVM. Faz mudanças internas, como trocar o KECCAK por um hash mais amigável a ZK na árvore de estado, mas preserva compatibilidade total com o bytecode da EVM. Os contratos se comportam de maneira idêntica. O desenvolvedor não percebe diferença. As provas saem mais rápidas que no Tipo 1, mas ainda pesadas. Scroll e as primeiras versões do Polygon zkEVM se enquadram nessa faixa.

Tipo 3 introduz ajustes adicionais que quebram um pequeno conjunto de recursos de borda, como certas pré-compilações. Quase todos os contratos atuais continuam a funcionar. A geração de provas fica significativamente mais barata. A maioria dos ZkEVMs comerciais lançados entre 2023 e 2024 operou entre os Tipos 2 e 3 em suas fases iniciais.

Tipo 4 compila código-fonte em Solidity ou Vyper para uma máquina virtual própria, desenhada para ZK, em vez de provar diretamente o bytecode da EVM. É a opção mais rápida e barata, mas pode introduzir diferenças sutis de comportamento; alguns truques de baixo nível da EVM simplesmente não funcionam. O zkSync Era segue esse caminho com seu compilador baseado em LLVM.

Essa taxonomia importa para quem constrói. Um projeto que migra um protocolo DeFi maduro da mainnet da Ethereum tende a preferir Tipo 2 ou 3, para preservar paridade de comportamento. Já quem começa do zero pode aceitar um Tipo 4 em troca de custos de prova menores e mais rapidez na finalização.

Como um ZkEVM processa uma transação na prática

Acompanhar uma única transação, de ponta a ponta, ajuda a visualizar a arquitetura. Quando um usuário envia uma transação a uma rede ZkEVM, a sequência, em linhas gerais, é a seguinte.

Primeiro, a transação chega ao sequencer, o nó responsável por ordenar e agrupar operações em lotes. O sequencer executa as transações, atualiza o estado da Layer 2 e fornece ao usuário uma “confirmação suave” quase imediata. Nesse ponto, a carteira já mostra o saldo alterado, mas a transação ainda não foi finalizada criptograficamente na Ethereum.

Depois, o lote de transações é enviado a um prover, um software (ou hardware) especializado que roda o algoritmo de prova ZK. O prover pega o estado pré-execução, todas as transações e o estado pós-execução, e gera uma prova de validade de que a transição de estado foi computada corretamente. Essa etapa é intensiva em recursos e pode levar de alguns segundos a vários minutos, a depender do sistema.

Em seguida, a prova e uma pequena fração de dados comprimidos das transações são enviados a um contrato inteligente na Ethereum, o verifier contract.

Esse contrato valida a prova em uma única chamada on-chain, a um custo de gás praticamente fixo, independente do tamanho do lote. Uma vez verificado, o novo root de estado da Layer 2 é finalizado na Ethereum e passa a gozar do mesmo nível de segurança de qualquer transação na camada principal.

ZkEVM modular e interoperabilidade entre cadeias

O desenho original de ZkEVM assumia uma única camada de liquidação: a Ethereum. Tudo era provado e liquidado na mainnet. Um modelo mais recente, o ZkEVM modular, separa camada de execução, camada de prova e camada de liquidação, permitindo combiná-las de forma independente.

É aqui que entram projetos como o Prom.

O Prom se apresenta como uma Layer 2 ZkEVM modular que habilita interoperabilidade entre cadeias EVM e não-EVM. Em vez de provar a execução e liquidar apenas na Ethereum, submete provas simultaneamente a múltiplas redes, criando uma ponte matemática entre ecossistemas que antes não tinham conexão trustless.

A abordagem modular é relevante porque abandona a premissa de que apenas a Ethereum pode ser camada de liquidação.

Uma prova ZkEVM, no fim, é só matemática. Se a Cadeia A e a Cadeia B tiverem um contrato verificador capaz de checar essa matemática, uma única prova pode finalizar a mesma transição de estado em ambas, ao mesmo tempo. É assim que provas ZK deixam de ser apenas uma técnica de escalabilidade e passam a servir como primitivo de interoperabilidade universal.

Arquiteturas ZkEVM modulares desacoplam execução de liquidação, permitindo que a mesma prova de validade seja verificada na Ethereum, em uma cadeia não-EVM ou em ambas, criando uma base criptográfica comum para ecossistemas que, até então, eram incompatíveis entre si.

ZkEVM versus Optimistic Rollups, lado a lado

A comparação entre ZkEVM e optimistic rollups aparece o tempo todo – e com razão: ambas as soluções atacam o mesmo problema com filosofias opostas.

Os optimistic rollups partem do princípio de que as transações são válidas por padrão e só as verificam se alguém apresentar uma “fraud proof” dentro de uma janela de disputa (tipicamente sete dias). Isso torna a operação mais barata e a implementação mais simples, mas significa que retiradas para a mainnet do Ethereum levam cerca de uma semana, a menos que o utilizador recorra a uma ponte de liquidez. Arbitrum e Optimism são hoje as principais redes baseadas em optimistic rollups.

Já os ZkEVM rollups não presumem nada. Cada lote de transações é tratado como inválido até que a prova criptográfica diga o contrário. O custo computacional do lado de quem gera as provas é maior, mas as retiradas podem ser finalizadas na Ethereum em horas e não em dias, sem depender de “watchers” honestos para detetar fraude.

Na prática, para o utilizador final, as diferenças resumem-se a:

Velocidade de retirada: clara vantagem para ZkEVM; a finalização via prova leva horas, contra sete dias nas retiradas nativas de optimistic rollups.
Custo de transação: hoje, os optimistic rollups tendem a ser mais baratos em muitos cenários, porque a geração de provas ainda encarece os ZkEVM. A diferença está a diminuir à medida que hardware e algoritmos de prova evoluem.
Modelo de segurança: ZkEVM oferece garantias de validade criptográfica. Os optimistic rollups oferecem segurança económica via fraud proofs – robusta, mas não matematicamente equivalente.
Compatibilidade com a EVM: ZkEVMs modernos (Tipos 2/3) fecharam o fosso e já suportam praticamente todo o ecossistema de ferramentas Ethereum, eliminando o que antes era uma vantagem estrutural dos optimistic rollups.
Risco de liveness: sistemas ZkEVM podem parar se o provador falhar. Optimistic rollups continuam a processar blocos enquanto o sequencer estiver operacional.

Nenhuma abordagem é universalmente superior. Aplicações de alto volume, muito sensíveis a custo e que toleram o atraso nas retiradas tendem a preferir optimistic rollups. Projetos que exigem finalização rápida, liquidação entre cadeias ou provas matemáticas de correção inclinam-se para ZkEVM.

Quem de facto ganha com ZkEVM hoje

ZkEVM já não é tecnologia de futuro distante. Várias redes estão em produção, com valor travado significativo e utilizadores a pagar taxas reais. Ainda assim, vale a pena perceber quem, em cada camada da pilha, está a capturar mais valor.

Protocolos DeFi que migram da Ethereum mainnet beneficiam de semântica de execução praticamente idêntica (Tipos 2/3) e de uma queda acentuada nos custos de gas. Um protocolo que afastava o retalho com taxas de US$ 30 por swap na mainnet pode oferecer transações a frações de cêntimo num ZkEVM, sem reescrever os seus smart contracts.

Bridges e aplicações cross-chain beneficiam de arquiteturas ZkEVM modulares que submetem provas a múltiplas cadeias. Em vez de confiar num bridge controlado por multisig – historicamente a categoria mais atacada em cripto – o utilizador passa a apoiar-se numa prova matemática verificada on-chain.

Empresas e instituições que constroem aplicações permissionadas ou semi-permissionadas ganham um ambiente de execução maduro, com auditabilidade criptográfica. Cada transição de estado é provadamente correta, algo crítico para conformidade regulatória e reporte contabilístico.

Programadores que iniciam projetos hoje precisam de entender bem o compromisso entre Tipo 4 e Tipo 2 antes de escolher a rede. Se vai escrever Solidity do zero e quer máxima velocidade de prova e taxas mínimas, uma rede Tipo 4 pode ser a melhor opção. Se está a migrar um protocolo existente e não pode correr o risco de diferenças subtis de comportamento, um ZkEVM Tipo 2 ou Tipo 3 é a escolha mais segura.

Para o utilizador comum, ZkEVM aparece sobretudo como uma chain barata, rápida e compatível com Ethereum, onde a carteira que já usa funciona sem ajustes e os tokens podem ser bridgados com facilidade. Toda a sofisticação criptográfica que está por baixo permanece invisível – exatamente como boa infraestrutura deve ser.

Conclusão

ZkEVM é, hoje, um dos problemas de convergência mais complexos da criptografia aplicada: pegar numa máquina virtual desenhada sem estrutura matemática e obrigá-la a falar a linguagem das provas de conhecimento zero.

As equipas que chegaram lá passaram anos a lidar com incompatibilidades de funções de hash, explosão de constraints e hardware de prova que simplesmente não existia quando os artigos académicos de base foram escritos.

O setor continua em rápida evolução. Os tempos de geração de prova estão a cair. Redes descentralizadas de provers começam a ganhar tração. A equivalência total com a Ethereum (Tipo 1) permanece como objetivo, com várias equipas a aproximarem-se de forma agressiva dessa meta.

Para quem constrói sobre o ecossistema Ethereum – ou investe nele – compreender como ZkEVM funciona de facto, para lá dos slogans de marketing, é a base de todas as decisões estratégicas que virão a seguir.

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Porque o ZkEVM executa código da Ethereum mas o comprova com prova de conhecimento zero