ZK-Rollups: desvendando os problemas de escalabilidade do Ethereum

Os Zk-rollups há muito são apontados como a solução definitiva para os problemas do Ethereum. Como a adoção de blockchain e criptografia desfruta de um crescimento exponencial em todo o mundo, são necessárias soluções de dimensionamento para garantir que a plataforma de contrato inteligente líder mundial possa lidar com milhões de usuários.

As provas de conhecimento zero e a tecnologia de rollup visam aumentar o rendimento das transações no ecossistema Ethereum, mas ainda há muitas perguntas sobre como funcionam os zk-rollups.

Neste guia rápido, simplificaremos o jargão complexo em torno das soluções zk-rollup e garantiremos que você não tenha conhecimento zero sobre conhecimento zero.

Desde os primeiros dias do Ethereum, toda rede blockchain tem lutado para superar um único conceito: como resolver o Trilema Blockchain. Cunhado por Vitalik Buterin, o trilema Blockchain dita que o blockchain perfeito equilibra com sucesso descentralização, segurança e escalabilidade.

• Descentralização – No verdadeiro espírito do blockchain, a rede perfeita é totalmente distribuída. A rede é autossuficiente e governada por seus usuários, com mineradores e validadores pertencentes e operados de forma independente em todo o mundo. Bitcoin é um exemplo perfeito de descentralização em ação.
• AMPLIAR – O blockchain perfeito é rápido e acessível, tornando-o eficaz e eficiente para todos os usuários, independentemente do tamanho de sua carteira. Taxas baixas de gás e transações rápidas são a norma, e não um recurso exclusivo.
• Segurança – O blockchain perfeito é seguro. Ninguém pode invadir sua carteira à força, as transações são protegidas por criptografia complexa e a distribuição correta de tokens evita que hackers assumam o controle da rede com um ataque de 51%.

Mesmo com dezenas de blockchains de camada 1 competindo diariamente, o trilema do blockchain permanece sem solução. A ironia do trilema é que equilibrar as três opções é impossível porque os engenheiros sempre precisam sacrificar uma opção para alcançar as outras.

Tome Solana, por exemplo. Solana é frequentemente considerado o blockchain mais rápido e acessível disponível. A rede possui mais de 4,000 transações por segundo (TPS), custando uma única transação menos de um centavo. Solana também é seguro e tão seguro quanto qualquer outra rede líder.

Por outro lado, Solana sofre com o ponto final do trilema, a descentralização. A rede é frequentemente criticada por interrupções constantes devido a pontos de falha centralizados. A força e os recursos de Solana vieram de capitalistas de risco, que detêm uma alocação um tanto pesada de tokens SOL.

Apesar de ser a principal plataforma de blockchain e contrato inteligente de Camada 1 na indústria cripto, a Ethereum tem dificuldades para superar o trilema da blockchain.

Se você já usou a rede principal do Ethereum no pico do tráfego, saberá que a escalabilidade não é o ponto forte do Ethereum. Ao longo de 2021 e 2022, os custos de transação da Ethereum ficaram completamente fora de controle. Embora as transações básicas de envio e recebimento girassem em torno de US$ 20 a US$ 30 cada, swaps de token DeFi mais complexos ou mints NFT geralmente custavam mais de US$ 100 cada.

As taxas de transação e a taxa de transferência são, sem dúvida, os maiores problemas enfrentados pelo dimensionamento do Ethereum. Durante períodos de alto congestionamento, os dApps na rede Ethereum tornam-se quase inutilizáveis. Em muitos casos, a taxa de transação para comprar um NFT custa mais ETH do que o próprio NFT. Esses problemas de escalabilidade tornam a tecnologia blockchain e as finanças descentralizadas (DeFi) inacessíveis.

Até que esses problemas sejam resolvidos, a adoção de criptomoeda e blockchain terá dificuldade para integrar as massas. Felizmente, existem muitas maneiras diferentes de o Ethereum se tornar a potência global que sabemos que tem potencial para ser.

Algumas das soluções de dimensionamento Ethereum mais revolucionárias são rollups de conhecimento zero e otimistas.

Rollups ajudam a reduzir o congestionamento da rede na cadeia principal Ethereum. Eles pegam dados de transação de processo off-chain de computação e armazenamento de estado em outros blockchains e, em seguida, os enviam de volta para a cadeia principal. Essencialmente, os rollups permitem que a rede 'enrole' um lote de transações em uma transação de custo-benefício. Isso significa que os usuários podem aproveitar a segurança da camada Ethereum enquanto se beneficiam das taxas de gás mais baratas e da taxa de transferência mais rápida das redes Layer-2, como Polygon ou Arbitrum.

Rollups não são as únicas soluções de dimensionamento de Ethereum por aí. Métodos alternativos incluem sharding, sidechains e canais de estado. Embora todas essas sejam soluções viáveis, o próprio Buterin é mais otimista em rolllups e acredita que eles serão parte integrante do futuro do Ethereum.

Os rollups normalmente são divididos em dois grupos, rollups otimistas e rollups zk. A principal diferença entre os dois é como eles verificam as transações. Rollups otimistas dependem de provas de fraude para validar os dados da transação, enquanto zk-rollups usam provas de conhecimento zero (ZKP).

Como o nome sugere, rollups otimistas são, bem, otimistas. Adotando uma abordagem 'inocente até que se prove o culpado', rollups otimistas assumem que cada transação em um rollup é válida. A rede usa todos os usuários por um período definido, geralmente em torno de uma semana, para resolver disputas em torno de transações fraudulentas.

Ao assumir com otimismo que todas as transações são válidas, a rede não precisa dedicar muito tempo e computação para confirmar que as transações são precisas. Algumas das soluções Layer-2 mais populares, como Arbitrum e Optimism, usam essa tecnologia para liquidar transações fora da cadeia antes de enviá-las de volta à cadeia principal da Ethereum.

Zk-rollups usam criptografia complexa chamada zkproof para garantir que todas as transações de rollup sejam válidas sem compartilhar informações confidenciais sobre as próprias transações. Eles contam com provas criptográficas e enviam provas de validade para contratos inteligentes no Ethereum, em vez de assumir que todas as transações são válidas.

Isso significa que todas as transações zk-rollup podem ser processadas fora da cadeia, além de reduzir a quantidade de dados de transação compartilhados, tornando-os focados na privacidade. Além disso, como eles não precisam esperar uma semana para que as transações fraudulentas sejam contestadas, os zk-rollups são considerados uma tecnologia muito mais rápida e superior aos rollups otimistas.

As provas zk mais comuns que vemos na criptografia são zk-snarks e zk-starks. Simplificando, esses sistemas permitem que os usuários provem que conhecem informações vitais ou confidenciais, como dados de transações, sem revelar publicamente os dados.

Exemplos de alguns projetos zk-rollup incluem Starknet e Immutable X.

Os Zk-rollups fizeram um progresso significativo na resolução dos problemas de escalabilidade do Ethereum. Eles introduziram transações mais rápidas e acessíveis protegidas na cadeia principal e tornaram o DeFi mais acessível do que nunca. Dito isto, eles estão longe de ser uma solução perfeita.

Se você já pulou entre as redes blockchain mais populares como Ethereum, Binance Smart Chain ou Avalanche, você provavelmente notou que muitos dApps e carteiras têm interface e experiência de usuário semelhantes. Isso se deve a uma tecnologia conveniente chamada Ethereum Virtual Machine, ou EVM.

Em sua forma mais pura, a Ethereum Virtual Machine é um banco de dados e um estado de máquina para interagir com contas e contratos Ethereum. Os desenvolvedores usam o EVM para criar e implantar dApps na rede Ethereum, bem como por usuários que interagem com esses aplicativos usando suas carteiras criptográficas.

O que há de especial nos EVMs é que eles não são exclusivos do Ethereum. Muitos outros blockchains executam seu próprio EVM, o que possibilita que dApps e ferramentas baseados em Ethereum sejam facilmente transferidos e implantados em outras redes.

Por exemplo, muitas trocas descentralizadas como PancakeSwap na Binance Smart Chain ou Quickswap no Polygon foram criadas usando contratos inteligentes Ethereum. Veja as semelhanças entre a interface do usuário do UniSwap e do PancakeSwap?

O EVM de cada rede respectiva torna possível escrever códigos e aplicativos baseados em Ethereum e replicá-los em outras redes. Isso torna o desenvolvimento de blockchain entre cadeias compatíveis com EVM muito mais interoperável e oferece aos desenvolvedores e usuários maior flexibilidade.

Como o nome sugere, um zkEVM usa tecnologia de conhecimento zero e prova dentro de uma máquina virtual Ethereum. Mais importante ainda, eles suportam o desenvolvimento de contratos inteligentes em zk-rollups, dando a essas poderosas soluções de dimensionamento maior utilidade. Sem um zkEVM, os zk-rollups seriam limitados a transações simples, como funções básicas de envio e recebimento.

Essencialmente, um zkEVM totalmente funcional trará a experiência Ethereum completa, incluindo DeFi e NFTs, para o ambiente escalável e seguro de uma rede zk-rollup.

Um zkEVM eficaz pode processar com segurança milhares de transações por segundo. Esta é uma melhoria significativa da cadeia principal Ethereum, que luta para limpar mais de 20 TPS.

A competição dentro do campo zkEVM é tensa, com alguns dos maiores nomes no espaço criptográfico, como a Polygon, lutando para estar entre os primeiros a implantar um zkEVM funcional. A equipe da Polygon está de olho em um zkEVM há algum tempo depois de comprar a Hermez Network por US $ 250 milhões em 2021.

Desde então, a Polygon lançou uma solução zk-rollup chamada Polygon Hermez em meados de 2022. Embora isso represente um marco importante no setor de rollup zk, o Polygon Hermez está limitado a transações simples de token, como enviar e receber pagamentos.

A Polígono zkEVM está previsto para ser lançado em 2023 e trará maior utilidade e suporte de contrato inteligente para sua solução de escalabilidade zk-rollup.

Outros projetos como o zkSync da Matter Lab são os principais concorrentes para lançar o primeiro zkEVM do mundo, ao lado de concorrentes notáveis ​​como Starknet e Scroll.

Embora os zk-rollups sejam indiscutivelmente mais escaláveis ​​e seguros, os rollups otimistas, como o Arbitrum, atraem mais usuários e processam mais transações do que outras soluções de dimensionamento de camada 2. No entanto, isso pode mudar com o lançamento do primeiro zkEVM, que trará maior utilidade para zk-rollups.

A rede Ethereum está mal preparada para acomodar a crescente adoção e um influxo de novos usuários. As soluções de dimensionamento Zk-rollup e zkEVMs tornarão a tecnologia blockchain e a criptomoeda muito mais acessíveis do que antes e impulsionarão a adoção em massa em todo o mundo.

O mundo dos zk-rollups é competitivo, com muitas equipes de ponta trabalhando em soluções de escalonamento de conhecimento zero, incluindo Polygon, Starknet e zkSync.

Zk-Rollups são indiscutivelmente melhores do que rollups otimistas porque usam zk-proofs para validar transações, tornando a rede mais rápida e segura.

Polygon (MATIC) é a mais conhecida solução de escalonamento de criptografia e Ethereum Layer-2 (L2). Dito isso, L2s rivais como Arbitrum e Optimism estão ganhando força para competir com a Polygon pelo primeiro lugar.

Embora seja uma poderosa solução de escalonamento de Camada 2, a rede Arbitrum não é um zk-rollup. A Arbitrum usa a estrutura de rollup Optimistic, que assume que todas as transações são válidas, em vez de verificar as transações usando um sistema à prova de zk.

A rede Polygon abriga vários produtos e serviços, incluindo zk-rollups como Polygon Zero e Polygon Hermez.