Duas soluções interessantes surgiram na vanguarda 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 as taxas e aumentar o rendimento, aliviando assim a congestão na rede principal do Ethereum. Seu impacto no espaço de Camada 2 é notável, pois eles fornecem várias soluções para o mesmo problema e iniciam discussões entre investidores e desenvolvedores igualmente.

A capacidade de rede do Ethereum está sob uma pressão sem precedentes com o surgimento das finanças distribuídas (DeFi) e dos tokens não fungíveis (NFTs). 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 escala sensatas.

"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 o co-fundador do Ethereum, Vitalik Buterin, em um post no blog sobre soluções de Camada 2.

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

Tanto os Rollups Otimistas quanto os 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 que constroem ou investem no ecossistema do Ethereum devem primeiro entender essas diferenças.

Este artigo investiga a mecânica dos rollups, analisa as características particulares dos Rollups Otimistas e dos ZK-Rollups, contrasta seus benefícios e desvantagens e investiga suas aplicações atuais e futuras. Os leitores devem, portanto, ter uma compreensão completa dessas tecnologias e de 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 então fornecer uma versão compactada dos dados de volta à rede principal, aumentando assim o rendimento dos sistemas de blockchain como o Ethereum. Reduzir a carga computacional e de armazenamento na blockchain principal é o principal objetivo; portanto, a escalabilidade é aumentada sem comprometer a segurança.

Os rollups combinam várias transações em um lote, portanto, agregando—ou "enrolando"—muitos valores. Depois disso, esse lote é executado fora da cadeia e o estado resultante é carregado de volta para a rede principal. Assim, os rollups teoricamente podem alcançar ordens de magnitude de rendimento de transação maiores do que o que é viável apenas na rede principal do Ethereum.

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

Os roll-ups aproveitam a segurança da rede Ethereum. Ao postar dados de transação ou provas de volta na rede principal, garante-se que os usuários podem confiar nas garantias de segurança inerentes do Ethereum, mesmo que a solução de Camada 2 seja hackeada. Esta é uma característica crucial que diferencia os roll-ups de cadeias laterais ou outras soluções de Camada 2 com talvez menos mecanismos de segurança.

Uma análise da ConsenSys indica que os roll-ups poderiam aumentar o rendimento de transações do Ethereum de aproximadamente 15 transações por segundo (TPS) para muitos milhares de TPS. Para usos que incluem intercâmbios distribuídos (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, são integráveis com os recursos de contratos inteligentes do Ethereum. Contratos que interagem com soluções de Camada 2 permitem que desenvolvedores criem recursos sofisticados sem sobrecarregar a rede principal. A adoção de roll-ups em várias aplicações depende dessa compatibilidade.

No entanto, os roll-ups não estão isentos de desafios. Eles podem envolver complicações com disponibilidade de dados e interoperabilidade com ferramentas atuais do Ethereum e exigem que os usuários e desenvolvedores adotem novas tecnologias. Outra questão constante é garantir a descentralização e evitar pontos centrais de falha nos sistemas de roll-up.

O que são Rollups Otimistas?

Os Rollups Otimistas são um tipo de rollup que assume que as transações são válidas por padrão, daí o termo "otimista". Apenas realizam computação — mais especificamente, verificação — se uma prova de fraude for apresentada dentro de um período de desafio designado. Como não é necessário verificar cada transação individualmente, a menos que se suspeite 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 apresentando uma prova de fraude. Se uma transação fraudulenta for descoberta, o sistema a reverte e o ator mal-intencionado pode pagar multas. Este sistema mantém a segurança dependendo de ideias teóricas de jogos e da promoção da integridade.

Construídos para serem compatíveis com a Máquina Virtual Ethereum (EVM), os roll-ups otimizados podem executar contratos inteligentes do Ethereum com poucas mudanças necessárias. 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 alega que sua solução pode reduzir os custos de gás em até 10-100 vezes mais do que a rede principal do Ethereum.

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

No entanto, os rollups otimistas têm certas desvantagens. Quando os fundos são retirados 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 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 provas de fraude. Embora este modelo seja robusto, não é perfeito em todos os aspectos. Sob condições de conluio ou ausência de participantes honestos, o sistema pode ser vulnerável.

Os rollups otimistas tiveram uma aceitação relativamente grande, apesar desses obstáculos. Um dos maiores intercâmbios distribuídos, Uniswap, por exemplo, configurou-se no Optimism, citando taxas mais baixas e maior rendimento como principais vantagnes. Esta ação permitiu que os usuários do Uniswap negociassem com menos atritos, melhorando assim a acessibilidade da plataforma.

O que são ZK-Rollups?

Os ZK-Rollups tomam uma abordagem diferente, usando provas criptográficas para validar transações. Eles especificamente criam breves, não interativas provas de conhecimento zero (SNARKs ou STARKs) confirmando 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.

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 verificando essa prova. Ao retirar fundos, essa abordagem permite quase imediata definitividade — uma grande vantagem sobre os roll-ups otimistas.

Uma das principais vantagens dos ZK-Rollups são suas grandes garantias de segurança. Cada lote de transações vem com uma prova de validade, portanto, incentivos teóricos de jogos ou participantes honestos não são necessários 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 Starkware's StarkEx. Escalabilidade e eficiência desses projetos mostraram progresso notável. Por exemplo, zkSync promete manter altos padrões de segurança enquanto reduz os custos de gás em até 100 vezes.

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

Outra limitação é a falta de compatibilidade total com a EVM. Os contratos inteligentes do Ethereum não são 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 em que velocidade e segurança são críticas. A maturidade da tecnologia deve permitir um espectro mais amplo de recursos.

Comparando Rollups Otimistas e ZK-Rollups

Embora ambos os Rollups Otimistas e ZK-Rollups busquem escalar o Ethereum processando transações fora da cadeia, seus mecanismos subjacentes resultam em diferentes trade-offs.

Validação e Segurança

Os Rollups Otimistas dependem de provas de fraude e de 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 reportar. Em contraste, os ZK-Rollups usam provas de validade que garantem criptograficamente a correção de cada lote de transações submetido à rede principal.

Segundo um relatório da Electric Capital, "ZK-Rollups oferecem garantias de segurança mais fortes porque não dependem de suposições teóricas de jogos."

Latência de Retirada

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

Conteúdo: saques porque as provas de validade garantem que o estado está correto.

### Compatibilidade com EVM

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

### Desempenho e Escalabilidade

Os ZK-Rollups podem oferecer uma maior taxa de transferência e taxas mais baixas, especialmente para transações simples, porque as provas de validade comprimem os dados das transações de forma mais eficiente. Os Rollups Otimistas 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 retardar o desenvolvimento e aumentar o potencial de bugs. Os Rollups Otimistas são relativamente mais simples de implementar, o que levou a uma implantação mais rápida de aplicações.

### Adoção no Ecossistema

Ambos os tipos de rollups têm visto uma adoção significativa. Os Rollups Otimistas atualmente têm mais aplicações DeFi devido à sua compatibilidade com EVM. Os ZK-Rollups estão alcançando à medida que 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 características de privacidade, o que pode ser uma espada de dois gumes em termos de conformidade regulatória. Os Rollups Otimistas são mais transparentes, o que pode estar mais alinhado com as expectativas regulatórias.

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

A compatibilidade com EVM dos Rollups Otimistas os torna ideais para uso em aplicações de contratos inteligentes complicados. Isso os torna ideais para plataformas DeFi, mercados NFT e outras aplicações que requerem uma lógica intricada. Por exemplo, a Synthetix, um sistema de liquidez de derivativos, juntou-se à Optimism para reduzir taxas e aumentar a escalabilidade. Os usuários dessa integração têm sido capazes de negociar ativos sintéticos mais rápido e com menos atrito.

Quando a velocidade de transação e a segurança são absolutamente cruciais, os ZK-Rollups brilham. A finalização instantânea e a grande taxa de transferência dos ZK-Rollups ajudarão 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 troca dispersa que oferece uma negociação rápida e barata. Os dados da Loopring indicam que os usuários podem negociar com taxas tão baixas quanto 0,1% dos custos de mainnet, tornando isso bastante acessível.

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

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

## Considerações Finais

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 possa gerenciar a crescente demanda.

Com sua compatibilidade EVM e implementação mais fácil, os roll-ups otimistas tornaram-se bastante populares no cenário DeFi. As garantias de segurança mais fortes e a finalização instantânea proporcionadas pelos ZK-Rollups estão estendendo os limites da invenção criptográfica.

Provavelmente, as duas escolhas coexistirão à medida que o ecossistema Ethereum se desenvolve, atendendo a necessidades e propósitos variados. Como seu desenvolvimento afetará muito a direção das aplicações distribuídas, desenvolvedores, investidores e consumidores devem manter-se informados sobre essas tecnologias.

"No curto prazo, 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."