O que são ZK Rollups?

Os ZK rollups constituem uma solução layer-2 inovadora para a escalabilidade da Ethereum, concebida para superar os desafios de capacidade da rede sem comprometer a segurança nem a descentralização. Desde 2015, com o lançamento da Ethereum, aumentou a procura de programadores e utilizadores que desejam implementar smart contracts e aplicações descentralizadas. No entanto, a congestão da rede e as taxas de gas elevadas levaram a comunidade cripto a procurar soluções layer-2 que permitam processar transações de forma mais eficiente sem abdicar do rigoroso modelo de segurança da Ethereum.

O que é um Crypto Rollup?

Um crypto rollup consiste num agrupamento de transações de criptomoeda processadas e validadas fora da blockchain principal. O termo deriva do conceito de “agrupar” várias transações num único pacote. Ao contrário das transações executadas diretamente em blockchains layer-1 como a Ethereum, os rollups utilizam software especializado fora da cadeia para validar e organizar os dados transacionais antes de os submeter à cadeia principal.

O funcionamento dos rollups baseia-se em protocolos layer-2 que enviam regularmente lotes de transações validadas para a blockchain layer-1 para confirmação definitiva. Para garantir a descentralização e a ausência de confiança cega, as soluções L2 recorrem a smart contracts como pontes de comunicação com as blockchains L1 associadas.

As vantagens da tecnologia rollup são múltiplas e relevantes. Ao processarem transações off-chain, os rollups reduzem significativamente a carga computacional e a congestão na blockchain principal. Além disso, os protocolos rollup utilizam técnicas de compressão avançadas que convertem grandes volumes de dados em pacotes compactos, maximizando a utilização do espaço disponível na rede layer-1. Em conjunto, estas características aumentam a eficiência da rede, proporcionando confirmações mais rápidas, maior capacidade de processamento de transações e custos substancialmente mais baixos. Ao canalizarem a atividade dos utilizadores para fora da cadeia principal, os rollups também reduzem o risco de bloqueios graves nas redes layer-1.

O que é um ZK Rollup?

Os ZK rollups, ou zero-knowledge proof rollups, aplicam um método de verificação próprio antes de submeterem os pacotes de transações à blockchain principal. Este processo exige que computadores especializados na rede ZK rollup realizem cálculos complexos fora da cadeia antes de transmitirem o histórico de pagamentos em cripto para a cadeia principal. Ao submeterem os seus rollups, os processadores ZK rollup juntam uma “prova de validade” — um certificado criptográfico que atesta a correta organização e validação do histórico transacional.

Neste sistema, os nós validadores da blockchain layer-1 operam sem “conhecimento” do conteúdo dos lotes de transações recebidos. Todavia, as provas de validade garantem, de forma criptográfica, que os processadores ZK rollup investiram recursos computacionais relevantes para validar essas transações. Tal como um selo régio autentica uma carta oficial, as blockchains layer-1 validam a prova de validade antes de registar os dados de pagamento no livro de registos distribuído.

Como funciona um ZK Rollup?

Os ZK rollups baseiam-se em princípios semelhantes ao mecanismo de consenso proof-of-work do Bitcoin. No modelo PoW, os mineradores utilizam computadores potentes para resolver puzzles algorítmicos complexos em intervalos regulares, criando uma barreira computacional que previne manipulações maliciosas do histórico da blockchain. De modo semelhante, os processadores das redes ZK rollup realizam operações criptográficas avançadas para gerar provas de validade dos seus lotes de transações.

A diferença essencial entre sistemas ZK rollup e blockchains PoW reside no local onde ocorre a computação. Os ZK rollups efetuam os seus processos de validação fora da blockchain principal, reduzindo substancialmente a carga computacional sobre esta. Além disso, os ZK rollups comprimem todos os dados das transações off-chain antes de os transferirem para a cadeia principal através de smart contracts. Apesar destas diferenças de arquitetura, ambos os modelos partilham o princípio de exigir prova computacional do trabalho realizado.

ZK Rollups vs. Optimistic Rollups

Os optimistic rollups são uma alternativa layer-2 para escalabilidade que também processa transações fora da cadeia antes de as submeter a blockchains layer-1. Contudo, a distinção central entre ZK rollups e optimistic rollups está na abordagem à verificação. Os optimistic rollups não incluem provas de validade nos seus dados transacionais; presumem que todos os registos submetidos são legítimos — daí o termo “optimistic”.

Daqui surge uma questão pertinente: se não há pré-validação, como estabelecem os validadores layer-1 a confiança? Ainda que os procedimentos variem, todos dependem de “provas de fraude” em vez de “provas de validade”. O pressuposto de inocência não elimina a supervisão — os nós monitorizam ativamente potenciais irregularidades. Se um nó identificar um problema, sinaliza a transação suspeita para análise interna. O histórico transacional só será inscrito na blockchain principal quando passar na rede sem qualquer acusação de fraude confirmada.

Os protocolos optimistic rollup promovem incentivos e penalizações económicas para desencorajar comportamentos maliciosos. Por exemplo, os nós costumam ter de colocar criptomoeda em garantia (“bond”) para submeter novas transações ou pedir provas de fraude. Se uma transação for considerada inválida pelo sistema layer-2, a garantia do agente infrator é transferida para quem assinalou o problema.

Os optimistic rollups processam transações mais lentamente do que os ZK rollups, pois os pacotes transacionais só podem ser registados após a conclusão da verificação de fraude. Nalgumas situações, os utilizadores poderão aguardar mais de uma semana até que as transações optimistic rollup sejam confirmadas na cadeia principal, mesmo sem qualquer erro. Ainda assim, os optimistic rollups oferecem maior adaptabilidade no ecossistema cripto do que os ZK rollups, devido a requisitos computacionais inferiores. Por presumirem a validade das transações, não necessitam de investir o mesmo tempo nem recursos na geração de provas de validade.

Vantagens e Desvantagens dos ZK Rollups

Os ZK rollups são um avanço tecnológico para a escalabilidade da blockchain, mas envolvem compromissos importantes que traders e programadores devem avaliar cuidadosamente ao ponderar a sua implementação.

Vantagens dos ZK Rollups

A principal vantagem dos ZK rollups é a sua segurança máxima. Ao contrário dos optimistic rollups, que dependem de incentivos económicos e teoria dos jogos, os ZK rollups dispensam tais mecanismos para validar transações. O rigor das provas de validade garante que apenas dados pré-validados e verificados criptograficamente chegam à blockchain layer-1.

Outra vantagem relevante são as taxas de rede mais reduzidas. A tecnologia ZK rollup permite comprimir milhares de transações em espaço mínimo nas blockchains layer-1, reduzindo significativamente o custo do processamento nas redes como a Ethereum.

O aumento do throughput possibilita às blockchains, como a Ethereum, processar volumes de transações bastante superiores em menos tempo através dos ZK rollups. Estes também transferem a validação computacional para fora da cadeia principal, minimizando o risco de congestionamento da rede.

Desvantagens dos ZK Rollups

Apesar das suas vantagens, os ZK rollups podem não ser tão económicos quanto algumas alternativas. São mais baratos do que operar diretamente em chains layer-1, mas requerem mais poder computacional do que soluções como os optimistic rollups. Por isso, as taxas nos ZK rollups tendem a ser ligeiramente superiores face a algumas ofertas layer-2 concorrentes.

A dificuldade de integração com programas avançados é outro desafio. Pela sua elevada complexidade técnica, os sistemas ZK rollup são menos flexíveis do que os optimistic rollups. É frequente ser mais simples para os programadores migrar as suas aplicações descentralizadas Ethereum para plataformas optimistic rollup do que reprogramá-las para os requisitos de ZK rollups.

Os requisitos de hardware elevados para processadores ZK rollup podem gerar riscos de centralização. Como o poder computacional e os recursos necessários são substanciais, menos participantes aderem a estas redes, o que pode levantar preocupações quanto à centralização.

Exemplos de Projetos ZK Rollup

Com a evolução da tecnologia ZK rollup, alguns projetos destacam-se como líderes de mercado. Ao avaliar implementações, traders e programadores tipicamente investigam tokens e plataformas associadas a soluções layer-2 reconhecidas que utilizam ZK rollups.

A Polygon, anteriormente conhecida como Matic Network, é uma solução layer-2 abrangente na Ethereum, oferecendo um conjunto alargado de ferramentas de desenvolvimento. Depois de se afirmar pela sua sidechain proof-of-stake, a Polygon disponibiliza uma solução zkEVM que leva as vantagens de segurança e velocidade dos ZK rollups a todo o ecossistema Ethereum.

A StarkWare Industries desenvolveu duas soluções para os programadores Ethereum: StarkEx e StarkNet. A StarkEx é uma plataforma permissionada de software como serviço que facilita a integração dos ZK rollups em projetos descentralizados. Já a StarkNet é uma solução permissionless que qualquer programador pode utilizar para implementar ZK rollups em aplicações dApp.

A Immutable X é uma solução de escalabilidade layer-2 para Ethereum, especialmente projetada para jogos em blockchain e negociação de tokens não fungíveis, recorrendo à tecnologia ZK rollup. Jogos populares como “Gods Unchained” e “Illuvium” utilizam a Immutable X para aliar a segurança da rede descentralizada da Ethereum a transações mais rápidas e taxas inferiores.

Conclusão

Os ZK rollups são um avanço de referência para a escalabilidade blockchain, oferecendo uma resposta robusta aos desafios da Ethereum sem comprometer a segurança nem a descentralização. Ao aliarem computação off-chain a provas criptográficas de validade, os ZK rollups proporcionam processamento mais rápido, maior capacidade de transação e taxas reduzidas face às operações layer-1. Embora as implementações ZK rollup apresentem trade-offs, como exigências computacionais superiores e maior complexidade de integração em comparação com os optimistic rollups, o seu modelo de segurança e ganhos de eficiência tornam-nos uma base promissora para o futuro da Web3. À medida que a tecnologia ZK rollup evolui e projetos como Polygon, StarkWare e Immutable X refinam as suas implementações, esta solução layer-2 está a consolidar-se como pilar central do ecossistema blockchain, podendo afirmar-se como principal solução de escalabilidade para a Ethereum e além.

FAQ

O que é um zk rollup?

Um zk rollup é uma solução layer-2 de escalabilidade que utiliza provas de zero conhecimento para processar transações fora da cadeia, herdando a segurança da blockchain principal, ao mesmo tempo que reduz custos e garante finalização imediata.

O que significa zk?

zk corresponde a Zero-Knowledge. É a abreviatura de zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge), uma tecnologia de provas criptográficas.

Quais são as vantagens dos ZK rollups?

Os ZK rollups oferecem processamento rápido, custos de gas reduzidos, elevada escalabilidade, segurança reforçada e melhor interoperabilidade entre redes blockchain.

Qual é a diferença entre optimistic rollups e ZK rollups?

Os optimistic rollups assumem, por defeito, a validade das transações até prova em contrário, enquanto os ZK rollups utilizam provas de zero conhecimento para verificar a validade das transações, reforçando a privacidade e a segurança.