O que são ZK Rollups?

ZK rollups são uma solução revolucionária de escalabilidade de camada 2 para redes blockchain, com destaque para Ethereum. Com o avanço do ecossistema de criptomoedas, essas tecnologias tornaram-se essenciais para superar o tripé da blockchain: escalabilidade, segurança e descentralização. Este artigo apresenta os principais conceitos, mecanismos e impactos da tecnologia ZK rollups no universo Web3.

O que é um Crypto Rollup?

Crypto rollup é um mecanismo que agrupa transações blockchain fora da cadeia principal. O termo vem da imagem de diversas transferências de criptomoedas sendo “enroladas” em um único pacote digital. Ao contrário das transações executadas diretamente em blockchains de camada 1, como Ethereum, os rollups utilizam uma infraestrutura de software fora da cadeia para verificar e organizar dados antes de enviá-los para a blockchain principal.

No funcionamento dos rollups, protocolos de camada 2 processam transações externamente e enviam periodicamente lotes de dados à blockchain de camada 1 para confirmação final. Para manter a descentralização, essas soluções L2 usam smart contracts como ponte para as blockchains L1. Essa arquitetura oferece dois benefícios centrais: primeiro, ao processar fora da cadeia, os rollups aliviam o processamento e a congestão na blockchain principal; segundo, aplicam algoritmos de compressão avançados para otimizar o espaço dos blocos nas redes L1. Com isso, proporcionam maior eficiência à rede, com confirmações rápidas, maior capacidade de transações, taxas menores e menos riscos de congestionamento na blockchain principal.

O que é um ZK Rollup?

ZK rollups, ou rollups com prova de conhecimento zero, são caracterizados por seu método exclusivo de verificação. Antes de enviar lotes de transações para a blockchain principal, computadores da rede ZK rollup realizam cálculos criptográficos avançados. Sempre que um processador ZK transmite dados de rollup à cadeia principal, ele anexa uma “prova de validade”, um certificado criptográfico que comprova a correta organização e validação do histórico das transações.

O conceito de “conhecimento zero” refere-se ao modelo de validação: os nós validadores da blockchain L1 não têm acesso ao conteúdo dos lotes de transações recebidos. No entanto, as provas de validade garantem matematicamente que processadores ZK off-chain investiram recursos computacionais relevantes para verificar a legitimidade das transações. Esse mecanismo é semelhante a um selo oficial em documentos — tal como se verifica a autenticidade do selo antes de aceitar o conteúdo, blockchains L1 validam as provas de validade antes de registrar os dados das transações no livro-razão distribuído.

Como funciona um ZK Rollup?

A operação dos ZK rollups tem similaridade conceitual com o consenso de prova de trabalho do Bitcoin. Em sistemas PoW, mineradores usam alto poder computacional para resolver enigmas algorítmicos, criando uma barreira contra ações maliciosas que ameacem a integridade do sistema. Analogamente, processadores em redes ZK rollup realizam cálculos criptográficos intensos para gerar provas de validade de seus lotes de transações.

A principal diferença entre ZK rollups e blockchains PoW está no local de validação: ZK rollups validam totalmente fora da rede principal. Além disso, comprimem os dados das transações off-chain antes de enviá-los à cadeia principal por meio de smart contracts. Apesar das diferenças de arquitetura, os fundamentos de verificação em ZK rollups e redes PoW são equivalentes, baseando-se na exigência computacional para garantir segurança.

ZK Rollups versus Optimistic Rollups

Optimistic rollups são uma alternativa de escalabilidade L2, também processando transações off-chain antes de submetê-las à blockchain L1. O diferencial está no modelo de verificação: não utilizam provas de validade, mas partem do princípio de honestidade, presumindo que todas as transações enviadas são válidas até que se prove o contrário.

Essa abordagem suscita dúvidas sobre segurança. Optimistic rollups lidam com isso por meio das “provas de fraude”, em vez das provas de validade. Mesmo presumindo validade inicial, as redes monitoram continuamente as transações; quando identificam suspeitas, bloqueiam a finalização até que todas as alegações de fraude sejam verificadas. Para incentivar o comportamento honesto, protocolos de optimistic rollup exigem colaterais em criptomoedas como garantia ao submeter transações ou solicitar provas de fraude. Transações inválidas resultam na perda do colateral, com recompensas para quem reporta fraudes.

Essas abordagens apresentam trade-offs relevantes. Optimistic rollups têm finalização mais lenta, podendo levar mais de uma semana para liberar transações, devido ao período obrigatório de provas de fraude. Por outro lado, são mais flexíveis e exigem menos recursos computacionais, facilitando a adoção em diversos aplicativos. ZK rollups, por sua vez, oferecem finalização imediata e segurança superior graças às provas criptográficas de validade, mas exigem mais recursos computacionais e apresentam maior complexidade de implementação.

Prós e Contras dos ZK Rollups

Entender ZK rollups implica analisar cuidadosamente suas vantagens e limitações em relação a outras soluções de escalabilidade.

Entre os principais benefícios dos ZK rollups estão a máxima segurança por meio das provas criptográficas de validade, eliminando a dependência de modelos de segurança baseados em incentivos. Essa verificação rigorosa garante que todos os dados enviados à blockchain L1 sejam minuciosamente validados. ZK rollups também reduzem taxas de rede ao comprimir milhares de transações em pouco espaço, otimizando o armazenamento. Além disso, aumentam o throughput ao retirar a validação intensiva da cadeia principal, minimizando riscos de congestionamento.

Por outro lado, ZK rollups apresentam desafios. Embora mais econômicos que transações L1, exigem mais poder computacional que alternativas como optimistic rollups, resultando em taxas um pouco maiores. A complexidade técnica dificulta a integração, especialmente em aplicações sofisticadas, tornando o port de dApps do Ethereum para sistemas ZK rollup mais trabalhoso que para optimistic rollups. Além disso, os requisitos de hardware dos processadores ZK podem restringir a diversidade de participantes, levantando preocupações sobre centralização em relação a soluções mais acessíveis.

Exemplos de Projetos ZK Rollup

Projetos de destaque lideram a adoção dos ZK rollups, ilustrando aplicações reais e o potencial da tecnologia.

Polygon, anteriormente Matic Network, é uma solução completa de escalabilidade L2 que oferece diversas ferramentas aos desenvolvedores Ethereum. Famosa por sua sidechain de proof-of-stake, a Polygon zkEVM traz os benefícios de segurança e velocidade dos ZK rollups ao ecossistema Ethereum, permitindo aos desenvolvedores utilizar tecnologia de conhecimento zero sem perder compatibilidade.

A StarkWare Industries desenvolve duas soluções ZK rollup: StarkEx e StarkNet. StarkEx é uma plataforma permissionada de software como serviço para integrar tecnologia ZK em dApps, enquanto StarkNet é uma estrutura aberta (permissionless) acessível a qualquer desenvolvedor para incorporar ZK rollups em seus projetos, democratizando o acesso à escalabilidade avançada.

Immutable X foca em games blockchain e negociação de NFTs com integração de ZK rollups. Jogos como “Gods Unchained” e “Illuvium” utilizam o sistema da Immutable X para unir a segurança descentralizada do Ethereum à velocidade elevada e taxas reduzidas, mostrando o valor prático dos ZK rollups em aplicações de alto volume.

Conclusão

ZK rollups são um avanço decisivo na escalabilidade blockchain, oferecendo solução robusta para os limites de desempenho do Ethereum, sem abrir mão da segurança. Com provas criptográficas de validade e compressão eficiente de dados, essas soluções L2 aumentam o throughput, reduzem taxas e aliviam congestionamentos de rede. Apesar de desafios como complexidade técnica, necessidade de mais recursos computacionais em relação aos optimistic rollups e possíveis riscos de centralização, ZK rollups seguem ganhando destaque entre desenvolvedores e pesquisadores. Projetos como Polygon, StarkWare e Immutable X já comprovam aplicações concretas, e com o apoio de Vitalik Buterin, cofundador do Ethereum, ZK rollups estão prontos para se tornar peça-chave na infraestrutura Web3. A capacidade de equilibrar escalabilidade e segurança faz desses recursos um elemento cada vez mais indispensável no ecossistema de criptomoedas, abrindo novas possibilidades para dApps e adoção ampla da tecnologia blockchain.

FAQ

O que é um zk rollup?

Um zk rollup é uma solução de escalabilidade de camada 2 que processa transações fora da cadeia, utilizando provas de conhecimento zero para garantir segurança e finalização na blockchain. Ele aumenta a velocidade e reduz custos, mantendo a segurança da cadeia principal.

Qual a diferença entre ZK e optimistic rollup?

ZK-Rollups validam transações com Zero-Knowledge Proofs, garantindo maior privacidade e segurança. Optimistic Rollups presumem validade das transações, exceto se contestadas, o que pode permitir processamento mais ágil.

O que significa zk?

zk é a sigla para ‘zero knowledge’, método criptográfico que possibilita comprovar posse de informação sem revelá-la.

Polygon é um zk rollup?

Polygon está desenvolvendo soluções ZK rollup, como o Polygon Zero, mas não é exatamente um ZK rollup. Trata-se de uma rede que oferece múltiplas soluções de escalabilidade para Ethereum.