O que são ZK Rollups?

Desde o lançamento em 2015, o Ethereum (ETH) tornou-se a blockchain de referência para programadores interessados em smart contracts e aplicações descentralizadas (dApps). Contudo, cada vez mais utilizadores estão a direcionar-se da cadeia principal do Ethereum para protocolos de segunda camada (L2) desenvolvidos sobre o Ethereum. As L2 adotam novas tecnologias blockchain para interagir com o protocolo base do Ethereum, sem impor aos utilizadores as elevadas taxas de gás. Os ZK rollups são uma destas tecnologias, impulsionando a rápida expansão das redes L2.

Embora os ZK rollups não sejam a única solução de escalabilidade para a blockchain Ethereum, estão a conquistar a preferência de muitos dos principais programadores do sector das criptomoedas. O próprio cofundador do Ethereum, Vitalik Buterin, identificou os ZK rollups como principal solução L2 de escalabilidade para a Web3. Neste artigo, analisamos o que são ZK rollups, como funcionam e o seu potencial para transformar o ecossistema das criptomoedas.

O que é um Crypto Rollup?

Um rollup consiste, na sua essência, num conjunto de transações de criptomoedas agrupadas para processamento. O conceito transmite a ideia de várias transferências “enroladas” num único envelope digital. Estas operações não são realizadas diretamente numa blockchain de primeira camada (L1), como o Ethereum. Pelo contrário, os rollups utilizam software fora da cadeia (off-chain) para validar e organizar dados de transferências cripto, de forma independente da blockchain principal.

As redes L2 baseadas em tecnologia rollup enviam lotes destas transações cripto para a blockchain L1 em intervalos definidos, para confirmação final. Para garantir que a transferência de dados rollup se mantém descentralizada e fiável, as L2 comunicam com as respetivas blockchains L1 através de smart contracts. Esta arquitetura assegura uma ponte segura entre o processamento off-chain e a cadeia principal.

Os benefícios dos rollups são amplos e relevantes. Primeiro, ao decorrerem fora da cadeia, reduzem o esforço computacional e a pressão sobre a blockchain principal. Depois, os protocolos rollup comprimem grandes volumes de dados em pequenas unidades, otimizando o espaço de cada bloco nas redes L1. Estas características aumentam significativamente a eficiência das redes cripto, proporcionando confirmações mais rápidas, maior capacidade de processamento de transações e taxas inferiores. Além disso, ao transferirem atividade para fora da cadeia principal, mitigam o risco de congestionamento extremo nas L1, criando uma solução de escalabilidade mais sustentável.

O que é um ZK Rollup?

O termo ZK rollup deriva de “zero-knowledge proofs”, o processo de verificação exclusivo utilizado antes de submeter conjuntos de transações cripto à cadeia principal. Os computadores numa rede ZK rollup realizam cálculos avançados fora da cadeia antes de enviarem o histórico de pagamentos à blockchain principal. Sempre que um processador ZK submete os seus rollups à cadeia principal, anexa uma “prova de validade”, um certificado que demonstra a correta organização e validação do histórico de transações.

Neste modelo, os nós validadores numa blockchain L1 (como o Ethereum) não têm acesso ao detalhe dos lotes de transações recebidos (“zero knowledge”). Ainda assim, as provas de validade comprovam que os processadores ZK off-chain investiram poder computacional significativo para confirmar a exatidão das transações. Por analogia, estas provas são como um selo real numa carta: antes de aceitar o conteúdo, os destinatários validam a autenticidade do selo. De igual modo, as blockchains L1 verificam a prova de validade antes de registarem os dados de pagamento no ledger distribuído.

Como funciona um ZK Rollup?

Os ZK rollups partilham semelhanças com o mecanismo de consenso proof-of-work (PoW) que sustenta a blockchain do Bitcoin (BTC). No sistema PoW, os mineradores recorrem a computadores potentes para resolver desafios algorítmicos complexos, impedindo fraudes e assegurando a integridade do histórico de transações. De modo semelhante, os processadores numa rede ZK rollup executam cálculos intensivos para publicar uma prova de validade sobre o seu lote de transações.

A principal diferença entre o sistema ZK rollup e uma blockchain PoW como o Bitcoin é o processamento ocorrer fora da rede principal. Além disso, os ZK rollups comprimem todos os dados das transações off-chain antes de os remeterem para a cadeia principal via smart contracts. Apesar destas diferenças, o processo de validação é essencialmente idêntico em ambos os sistemas: ambos exigem esforço computacional significativo para comprovar a validade das transações, garantindo segurança e evitando fraude.

ZK Rollups vs Optimistic Rollups

Os optimistic rollups constituem outro protocolo L2 amplamente utilizado, processando transações cripto fora da cadeia e enviando-as para uma blockchain L1. Porém, a distinção fundamental entre ZK rollups e optimistic rollups está na abordagem de verificação. Ao contrário dos ZK rollups, os optimistic rollups não acompanham os dados de transferência com provas de validade; assumem, por defeito, que todas as transações enviadas para a cadeia principal são válidas (“optimistic”).

Surge uma questão central: se os optimistic rollups não validam previamente as transações, como podem os validadores L1 confiar nos dados? Embora cada protocolo tenha procedimentos próprios, todos recorrem a “fraud proofs” em vez de “validity proofs”. Mesmo assumindo a boa-fé dos emissores, os sistemas optimistic rollup mantêm a segurança através de monitorização ativa: se um nó detetar uma anomalia, sinaliza a transação para revisão. O histórico de transações apenas é registado na blockchain principal após a confirmação de inexistência de fraude.

Estes protocolos utilizam ainda incentivos e penalizações para prevenir comportamentos indevidos. Frequentemente, os nós devem depositar criptomoeda como caução (“bond”) para submeter novas transações ou solicitar provas de fraude. Se o sistema identificar uma transação inválida, a caução do infrator é atribuída a quem reportou o problema, criando um desincentivo económico à fraude.

Os optimistic rollups são menos rápidos do que os ZK rollups, dado que cada lote de transações só é registado após a fase de verificação de fraude. Por vezes, os utilizadores aguardam períodos prolongados para confirmação, mesmo sem anomalias nos seus dados. No entanto, os optimistic rollups tendem a ser mais versáteis no ecossistema cripto porque requerem menos recursos computacionais. Ao assumirem a validade das transações, dispensam a geração de provas de validade para cada operação, o que os torna mais acessíveis a programadores.

Vantagens e Desvantagens dos ZK Rollups

Os ZK rollups marcam um avanço tecnológico na blockchain, mas apresentam inevitáveis compromissos. Traders e developers devem avaliar as vantagens e limitações dos ZK rollups face a outras soluções L2 antes de tomarem decisões estratégicas.

Vantagens dos ZK Rollups:

Segurança máxima: Os ZK rollups dispensam estratégias de “teoria dos jogos” usadas nos optimistic rollups para validar cada lote de transações. O rigor das provas de validade garante que todos os dados submetidos à blockchain L1 já foram verificados. Esta validação criptográfica assegura um patamar de segurança superior relativamente aos sistemas baseados em provas de fraude, tornando a tecnologia ZK rollup das mais seguras para escalabilidade.

Taxas de rede reduzidas: Os ZK rollups permitem condensar milhares de transações num espaço mínimo na blockchain L1. A eficiência no uso do espaço em blockchains como o Ethereum resulta em custos de processamento significativamente inferiores face às transações diretas na cadeia principal. Esta capacidade de compressão representa um avanço na eficiência blockchain, tornando as soluções ZK rollup especialmente atrativas para utilizadores atentos ao custo.

Elevada capacidade de processamento: Os ZK rollups possibilitam que blockchains como o Ethereum processem grandes volumes de transações em menos tempo. Ao deslocarem os processos mais exigentes para fora da cadeia principal, reduzem o risco de congestionamento e otimizam o desempenho global da rede. Este aumento de throughput constitui uma vantagem central das soluções ZK rollup.

Desvantagens dos ZK Rollups:

Menor eficiência de custos face a outras soluções: Apesar de mais económicos do que operar diretamente em L1, os ZK rollups requerem mais recursos computacionais que alternativas como os optimistic rollups. Por isso, podem apresentar taxas ligeiramente superiores a algumas soluções L2 concorrentes, o que pode condicionar a adoção em aplicações sensíveis ao preço.

Integração desafiante com aplicações avançadas: Devido à elevada exigência técnica e complexidade, os ZK rollups são menos flexíveis do que alternativas como os optimistic rollups. Muitos programadores consideram mais simples migrar dApps Ethereum para plataformas optimistic rollup do que reprogramar as suas soluções para uma arquitetura ZK rollup, o que pode atrasar a adoção.

Exigência de hardware elevado para processadores ZK: Uma vez que os requisitos de hardware para atuar como processador ZK são substanciais, menos participantes aderem às redes ZK rollup quando comparado com optimistic rollups. Esta menor distribuição pode levantar preocupações quanto à centralização, tornando a rede dependente de um número restrito de participantes com recursos robustos.

Exemplos de Projetos ZK Rollup

A tecnologia ZK rollup está em constante evolução, com vários projetos a liderar o setor. Ao investigar a adoção de ZK rollups, traders e programadores analisam tokens e plataformas associadas a soluções L2 como:

Polygon: Inicialmente designada Matic Network, a Polygon é uma solução de escalabilidade L2 do Ethereum que disponibiliza um conjunto abrangente de ferramentas para programadores. Embora seja reconhecida pelo seu sidechain proof-of-stake, oferece uma solução zkEVM que disponibiliza segurança e rapidez da tecnologia ZK rollup em todo o ecossistema Ethereum, acessível a quem já domina a Ethereum Virtual Machine.

StarkWare: A StarkWare Industries é responsável por duas soluções ZK rollup para programadores Ethereum: StarkEx e StarkNet. A StarkEx é um software como serviço (SaaS) permissionado que possibilita o uso de ZK rollups em dApps específicas, enquanto a StarkNet é permissionless, permitindo a qualquer programador integrar ZK rollups nos seus projetos, oferecendo flexibilidade para diferentes necessidades.

Immutable X: Immutable X é uma solução de escalabilidade L2 para Ethereum que implementa ZK rollups em gaming blockchain e negociação de non-fungible tokens (NFT). Títulos como “Gods Unchained” e “Illuvium” utilizam a Immutable X para garantir a segurança da rede Ethereum com maior velocidade e taxas reduzidas, ilustrando a aplicação prática dos ZK rollups em produtos de consumo.

Conclusão

Os ZK rollups representam um avanço significativo na escalabilidade blockchain, constituindo uma solução robusta para o desafio de escala do Ethereum. Ao aliarem processamento de transações fora da cadeia a provas criptográficas de validade, as soluções ZK rollup asseguram máxima segurança, taxas inferiores e maior capacidade de processamento face ao modelo tradicional. Embora enfrentem desafios como exigência computacional acrescida e complexidade de integração, as garantias de segurança e eficiência tornam-nos cada vez mais relevantes para developers e utilizadores.

Exemplos como Polygon, StarkWare e Immutable X demonstram que a tecnologia ZK rollup está a evoluir de conceito teórico para uma aplicação prática em áreas como DeFi, gaming e negociação de NFT. Com o apoio de líderes de referência, como Vitalik Buterin, e o desenvolvimento contínuo, os ZK rollups assumem-se como peça-chave no futuro da Web3 e da escalabilidade blockchain. À medida que a tecnologia amadurece e se democratiza, é expectável uma adoção e inovação crescentes, reforçando o contributo dos ZK rollups para um ecossistema blockchain mais eficiente e orientado para o utilizador. A evolução contínua destas soluções evidencia o seu potencial como fundação para a próxima geração de aplicações blockchain.

FAQ

O que é um zk rollup?

Um zk rollup é uma solução de escalabilidade de segunda camada que processa transações fora da cadeia, recorrendo a zero-knowledge proofs para garantir a segurança e reduzir custos. Herdando a segurança da blockchain principal, oferece transações mais rápidas e económicas.

O que é um zk rollup L2?

Um zk rollup L2 é uma solução de escalabilidade que agrupa transações fora da cadeia e utiliza zero-knowledge proofs para as validar, publicando apenas a prova criptográfica na mainnet. Esta abordagem melhora a escalabilidade e reduz a congestão da rede, mantendo a segurança.

Quais são os benefícios do ZK rollup?

Os ZK rollups permitem elevada escalabilidade ao processar milhares de transações por segundo fora da cadeia, mantendo a segurança on-chain. Reduzem os custos de transação graças ao processamento eficiente em lote e oferecem proteção da privacidade por via das zero-knowledge proofs.

O que significa zk?

ZK significa Zero-Knowledge, uma tecnologia criptográfica que possibilita a uma parte provar a outra que detém determinada informação sem a revelar. Nos zk rollups, esta tecnologia permite validar e liquidar transações on-chain com provas matemáticas, assegurando privacidade e eficiência.