O que são ZK Rollups?

Os zero knowledge rollups representam um progresso crucial na tecnologia de escalabilidade blockchain, sobretudo para a rede Ethereum. À medida que o ecossistema de criptomoedas evolui, as soluções de camada 2 tornaram-se infraestruturas essenciais para responder aos desafios persistentes das elevadas taxas de gás e da congestão na cadeia principal da Ethereum. Entre estas opções, os zero knowledge rollups destacam-se como uma das tecnologias mais promissoras para alcançar escalabilidade sem sacrificar segurança ou descentralização.

O que é um Crypto Rollup?

Um rollup é, na essência, um conjunto de transações de criptomoeda processadas fora da rede principal de blockchain. O nome deriva da ideia de múltiplas transferências de cripto “enroladas” num único pacote digital. Ao contrário das transações realizadas diretamente em blockchains de camada 1 como a Ethereum, os rollups recorrem a software especializado fora da cadeia para verificar e organizar os dados de transferência de cripto antes de serem submetidos à cadeia principal.

O funcionamento dos rollups implica que protocolos de camada 2 enviem lotes de transações de criptomoeda para a blockchain de camada 1 em intervalos definidos, para confirmação final. Para salvaguardar os princípios de descentralização inerentes à tecnologia blockchain, as soluções L2 utilizam smart contracts como ponte de comunicação com a respetiva blockchain L1.

Os rollups trazem duas vantagens fundamentais às redes blockchain. Em primeiro lugar, ao executar transações fora da cadeia, reduzem significativamente a carga computacional e a congestão na blockchain principal. Esta transferência permite que a rede principal se mantenha estável mesmo em períodos de atividade intensa. Em segundo, os protocolos rollup usam técnicas de compressão avançadas que condensam grandes volumes de dados em pacotes eficientes, maximizando o espaço disponível nos blocos das redes L1. Estas caraterísticas aumentam de forma significativa a eficiência das redes de criptomoedas, proporcionando confirmações mais rápidas, maior capacidade de processamento e taxas bastante inferiores para os utilizadores. A canalização da atividade dos utilizadores para fora da cadeia principal reduz ainda o risco de estrangulamentos graves nas redes de camada 1.

O que é um ZK Rollup?

Os zero knowledge rollups têm o nome derivado dos “zero-knowledge proofs”, a metodologia de verificação exclusiva que estes sistemas usam antes de enviar lotes de transações à blockchain. A arquitetura zero knowledge rollup exige que os computadores na rede realizem cálculos avançados fora da cadeia antes de transmitirem o histórico de pagamentos em criptomoeda à blockchain principal. Quando um processador ZK envia rollups para a cadeia principal, adiciona uma “validity proof” — um certificado criptográfico que atesta que o processador organizou e verificou corretamente o histórico de transações.

O termo “zero knowledge” ilustra a posição particular dos nós validadores na blockchain de camada 1, como a Ethereum. Estes validadores não têm conhecimento direto sobre os lotes de transações recebidos; contudo, as validity proofs servem como prova inequívoca de que os processadores ZK fora da cadeia aplicaram recursos computacionais consideráveis para validar as transações. Uma analogia pertinente seria o selo real numa carta: os destinatários no reino verificam o selo antes de aceitarem o conteúdo como genuíno. De modo semelhante, as blockchains de camada 1 validam a proof antes de aceitar e registar os dados de pagamento no ledger distribuído.

Como funciona um ZK Rollup?

A lógica operacional dos zero knowledge rollups é semelhante ao mecanismo de consenso proof-of-work que suporta a blockchain Bitcoin. No modelo PoW, os mineradores recorrem a equipamentos computacionais de alto desempenho para resolver enigmas algorítmicos complexos em intervalos regulares, criando uma barreira que impede manipulações maliciosas ou invalidação do histórico de transações. Os zero knowledge rollups seguem um princípio semelhante, exigindo cálculos intensivos dos processadores para gerar validity proofs para os lotes de transações.

A diferença fundamental entre sistemas zero knowledge rollup e blockchains PoW como o Bitcoin reside no ambiente de execução. Os zero knowledge rollups operam totalmente fora da rede principal, processando as transações numa camada computacional independente. Adicionalmente, comprimem todos os dados de transação fora da cadeia antes de os transmitirem à cadeia principal por meio de smart contracts. Apesar destas diferenças, a filosofia de verificação em ambos é idêntica: ambos requerem esforço computacional relevante para provar a validade das transações.

ZK Rollups versus Optimistic Rollups

Os optimistic rollups constituem uma alternativa para escalabilidade de camada 2, processando também transações de criptomoeda fora da cadeia antes de as submeterem à blockchain de camada 1. A diferença principal entre zero knowledge rollups e optimistic rollups está na abordagem de verificação. Enquanto os zero knowledge rollups apresentam validity proofs com cada lote de transações, os optimistic rollups presumem que todos os registos são válidos à partida — daí o termo “optimistic”.

Surgem, assim, questões relevantes: se os optimistic rollups não verificam previamente as transações, como asseguram os validadores da camada 1 a integridade dos registos? Embora os procedimentos variem conforme a implementação, todos dependem de um mecanismo de “fraud proof” em vez das validity proofs. O pressuposto otimista não elimina o escrutínio; os nós monitorizam ativamente potenciais problemas. Ao detetar atividade suspeita, o nó sinaliza a transação para revisão interna. O histórico do rollup permanece pendente e só é publicado na cadeia principal após aprovação sem fraude comprovada.

Protocolos optimistic rollup incorporam incentivos económicos e penalizações para desencorajar comportamentos maliciosos. Geralmente, os nós têm de colocar criptomoeda como garantia num bond para submeter novas transações ou solicitar fraud proofs. Se o sistema de camada 2 concluir que uma transação é inválida, confisca a garantia do nó infrator e atribui-a a quem reportou a fraude.

O trade-off dos optimistic rollups é o tempo de finalização das transações. Estes sistemas não são tão céleres como os zero knowledge rollups, pois os lotes só podem ser publicados após a etapa de verificação de fraude. Por vezes, os utilizadores esperam mais de uma semana pela finalização na cadeia principal, mesmo sem problemas identificados. Ainda assim, os optimistic rollups revelam maior adaptabilidade no ecossistema de criptomoedas em comparação com zero knowledge rollups, devido aos requisitos computacionais inferiores. Por presumirem validade à partida, dispensam o tempo e energia para gerar validity proofs em cada transação.

Vantagens e Desvantagens dos ZK Rollups

Os zero knowledge rollups são uma inovação determinante na tecnologia blockchain, mas, tal como qualquer solução de escalabilidade, implicam compromissos. Traders e developers devem ponderar cuidadosamente os benefícios e limitações dos zero knowledge rollups face a outras opções de camada 2 antes de decidir implementar.

Vantagens dos ZK Rollups

Os zero knowledge rollups oferecem o máximo de segurança face a alternativas de escalabilidade. Ao contrário dos optimistic rollups, que dependem de mecanismos de jogo e períodos de contestação, os zero knowledge rollups dispensam essas táticas para verificar transações. O rigor das validity proofs garante que os participantes submetem sempre dados verificados à blockchain L1, eliminando transações inválidas na cadeia principal.

A tecnologia permite ainda taxas de rede muito inferiores. Os zero knowledge rollups comprimem milhares de transações em espaço mínimo numa blockchain de camada 1. Esta eficiência na utilização do armazenamento reduz substancialmente os custos de processamento, tornando o acesso à blockchain mais económico para um público mais vasto.

Os zero knowledge rollups também aumentam o volume e a velocidade de transações processadas em blockchains como a Ethereum, ao transferirem validações complexas para fora da cadeia principal, reduzindo o risco de congestão e melhorando o desempenho global.

Desvantagens dos ZK Rollups

Apesar das vantagens, os zero knowledge rollups podem ser menos eficientes em custos do que algumas alternativas. Embora sejam mais económicos do que transações diretas na camada 1, exigem mais capacidade computacional do que tecnologias como os optimistic rollups. Por isso, as taxas nas redes zero knowledge rollup tendem a ser ligeiramente superiores às de outras soluções de camada 2.

Os desafios de integração são também obstáculos para developers. Devido à exigência técnica e à complexidade criptográfica, os zero knowledge rollups são menos flexíveis do que alternativas como optimistic rollups. Os developers enfrentam dificuldades acrescidas ao migrar aplicações Ethereum para plataformas zero knowledge rollup, exigindo frequentemente alterações substanciais ao código para cumprir os requisitos técnicos.

Além disso, para ser processador ZK é necessária infraestrutura de hardware avançada. Estes requisitos criam barreiras à entrada mais elevadas, originando um número inferior de participantes nas redes ZK face aos optimistic rollups. Tal concentração pode suscitar preocupações sobre centralização e comprometer um dos princípios basilares da tecnologia blockchain.

Exemplos de Projetos ZK Rollup

Apesar de a tecnologia zero knowledge rollup estar em evolução, vários projetos já se destacam como líderes. Ao explorar o potencial dos zero knowledge rollups, traders e developers investigam tokens ligados a soluções de camada 2, entre elas estas referências do setor.

A Polygon, anteriormente Matic Network, é uma solução abrangente de escalabilidade de camada 2 para Ethereum, com uma ampla gama de ferramentas de desenvolvimento. Após notoriedade inicial pela sidechain proof-of-stake, a plataforma oferece hoje uma zkEVM que conjuga garantias de segurança e velocidade dos zero knowledge rollups em todo o ecossistema Ethereum.

A StarkWare Industries desenvolveu duas soluções zero knowledge rollup para developers Ethereum: StarkEx e StarkNet. A StarkEx funciona como uma plataforma permissionada de software-as-a-service, permitindo a integração de tecnologia ZK em projetos descentralizados. Por sua vez, a StarkNet é uma camada permissionless que qualquer developer pode usar para incorporar capacidades zero knowledge rollup em aplicações, assegurando acessibilidade e flexibilidade.

A Immutable X é uma solução de escalabilidade de camada 2 para Ethereum, especializada na aplicação de zero knowledge rollups em jogos blockchain e negociação de non-fungible tokens. Jogos populares como “Gods Unchained” e “Illuvium” recorrem à infraestrutura Immutable X para garantir a segurança da rede descentralizada da Ethereum, oferecendo ao mesmo tempo maior rapidez e taxas inferiores aos utilizadores.

Conclusão

Os zero knowledge rollups são um avanço transformador na escalabilidade blockchain, respondendo de forma eficaz aos desafios das redes de camada 1 como a Ethereum. Ao conjugar validação criptográfica rigorosa com proofs de validade e processamento eficiente fora da cadeia, os zero knowledge rollups oferecem mais segurança, custos reduzidos e maior capacidade de processamento. Embora tenham limitações, como requisitos computacionais mais exigentes e integração complexa face a alternativas como optimistic rollups, a sua arquitetura posiciona-os como candidatos líderes para o futuro da escalabilidade blockchain. O crescimento de projetos como Polygon, StarkWare e Immutable X demonstra que esta tecnologia está a amadurecer e a consolidar-se no universo das criptomoedas. O reconhecimento por figuras como Vitalik Buterin, cofundador da Ethereum, reforça o potencial dos zero knowledge rollups para se tornarem solução dominante de camada 2 em aplicações Web3. Com a evolução tecnológica e maior disponibilidade de ferramentas de desenvolvimento, os zero knowledge rollups vão assumir um papel central na escalabilidade das redes blockchain para adoção generalizada, preservando os princípios de segurança e descentralização do ecossistema cripto.

FAQ

O que é um zero-knowledge rollup?

Solução de escalabilidade de camada 2 que processa transações fora da cadeia, recorrendo a proofs criptográficos para garantir segurança e redução de custos. Herda a segurança da blockchain principal e oferece finalização instantânea.

Qual é um exemplo de ZK rollup?

Um dos exemplos mais conhecidos de ZK rollup é o zkSync, que utiliza IPFS para garantir a disponibilidade de dados. Entre outras referências destacam-se StarkWare e ZkPorter.

Qual a diferença entre rollup e ZK?

Os rollups são soluções Layer 2 para escalabilidade. Os ZK-rollups usam proofs de zero conhecimento para validação de transações, enquanto os optimistic rollups presumem validade. Os ZK-rollups são mais rápidos e eficientes nos levantamentos.

Qual a diferença entre zero-knowledge rollups e optimistic rollups?

Os zero-knowledge rollups utilizam proofs criptográficos para verificar transações antes de serem submetidas, garantindo finalização imediata. Os optimistic rollups presumem validade das transações, exceto se contestadas, recorrendo a fraud proofs para assegurar a segurança.