TL;DR
A baixa escalabilidade da blockchain resulta em velocidades mais lentas, taxas de transação mais altas e experiências ruins para os usuários. Isso pode ser corrigido por soluções de layer-1 (por exemplo, sharding) e de layer-2 (por exemplo, rollups).
As soluções de layer-1 visam atualizar a própria blockchain, enquanto as soluções de layer-2 criam uma estrutura sobre uma blockchain existente.
Os rollups são uma solução popular de layer-2. Eles agrupam transações off-chain para uma computação mais rápida.
ZK-rollups são um tipo de implementação de rollup que usa uma técnica criptográfica chamada zero-knowledge proof ou ZKP (provas de conhecimento zero).
As zero-knowledge proofs permitem a verificação sem revelar dados subjacentes, garantindo privacidade e segurança nas transações.
A corrida pela escalabilidade da blockchain
À medida que a adoção das criptomoedas aumenta, torna-se essencial resolver os problemas de escalabilidade das redes blockchain. Uma blockchain congestionada resulta em velocidades mais lentas e taxas de transação mais altas. Para corrigir isso, temos duas estruturas principais: soluções de layer-1 e de layer-2.
Soluções de layer-1: essas soluções renovam diretamente a estrutura fundamental da blockchain para permitir que o sistema geral tenha taxas de transferência mais altas. O sharding é um excelente exemplo. Ao segmentar a blockchain em setores distintos, o sharding aumenta a capacidade do sistema e permite o processamento simultâneo de transações.
Soluções de layer-2: essas soluções operam sobre uma blockchain base. Na layer-2, as transações são processadas off-chain e comprometidas em massa à blockchain base. As principais técnicas incluem state channels, sidechains e rollups. Os ZK-rollups são uma forma de rollups que utilizam zero-knowledge proofs.
O que são ZK-rollups?
Para entender ZK-rollups, é importante entender rollups e zero-knowledge proofs (provas de conhecimento zero).
O que são rollups?
Os rollups permitem que as blockchains agrupem dados de transações e os processem fora da blockchain (off-chain). Após o processamento, o resultado final é devidamente associado à blockchain base. O processamento de tantas transações simultâneas elimina as chances de sobrecarga da blockchain e permite uma computação mais rápida e econômica. Os rollups podem ser classificados em duas categorias - optimistic rollups e ZK-rollups.
Optimistic rollups: optimistic rollups operam sob a hipótese de que todas as transações processadas são legítimas. Antes que essas transações sejam confirmadas na blockchain, elas passam por um período de espera. Durante esse período de espera, a rede levanta contestações para verificar transações duvidosas. Optimism, Arbitrum e opBNB são exemplos de optimistic rollups.
ZK-rollups: diferente de sua contraparte, os ZK-rollups validam todas as transações por meio de provas de validade alimentadas por conhecimento zero (zero-knowledge-powered validity proofs). Embora sejam mais complexos de implementar, os ZK-rollups são projetados para evitar o período de resolução de contestações dos optimistic rollups e, teoricamente, processar transações de forma mais ágil.
Agora, vamos analisar as zero-knowledge proofs.
O que são zero-knowledge proofs?
Zero-knowledge proof (ZKP) é uma ferramenta criptográfica que permite que uma parte (responsável pela prova) prove à outra (verificador) que uma determinada afirmação é verdadeira, sem revelar quaisquer detalhes associados à afirmação.
Uma ZKP deve ter três qualidades:
Integridade: se a afirmação for verdadeira e ambas as partes forem genuínas, a prova sempre confirmará sua veracidade.
Solidez: se o usuário responsável pela prova for desonesto, ele não deve conseguir convencer um verificador honesto da validade de uma afirmação falsa, exceto em circunstâncias extremamente raras.
Zero-Knowledge: a característica mais importante. Ao final do processo, o verificador só terá conhecimento da validade da afirmação, sem obter qualquer outra informação sobre o seu conteúdo.
Como funciona uma ZKP? A metodologia pode ser dividida em três etapas:
Testemunha: durante a primeira fase, o responsável pela prova fornece uma informação secreta, ou “testemunha” (witness), ao verificador. A ideia aqui é provar ao verificador que o provador pode acessar dados específicos sem mencioná-los explicitamente. A testemunha estabelece um conjunto de perguntas sobre as informações que só podem ser respondidas por um provador legítimo.
Contestação: durante essa fase, o verificador desafia o provador escolhendo perguntas aleatórias do conjunto.
Resposta: o provador responde com sucesso às perguntas do verificador para provar a sua credibilidade.
Agora sabemos o que são rollups e ZKPs. Vamos reunir as informações e entender como funcionam os ZK-rollups.
Como funcionam os ZK-rollups?
Os ZK-rollups têm dois componentes principais:
Contratos on-chain: os contratos inteligentes definem as regras de operação do protocolo ZK-rollup. Eles consistem nos contratos principal e verificador. O contrato principal armazena blocos de rollup, rastreia depósitos e faz atualizações importantes. O contrato verificador valida as ZKPs geradas.
Máquinas virtuais off-chain: essas máquinas lidam com a execução de transações fora da blockchain de base da Ethereum, na L2. As máquinas virtuais off-chain operam independentemente da blockchain da Ethereum.
Os ZK-rollups estão intrinsecamente entrelaçados com a blockchain Ethereum, embora em uma camada única. Eles não inundam a Ethereum com cada detalhe minucioso das transações. Em vez disso, eles fornecem resumos agrupados de maneira inteligente, garantindo que a camada base permaneça organizada e eficiente.
Prós e contras do uso de ZK-rollups
Quais são os benefícios dos ZK-rollups? Vamos conferir.
Vantagens dos ZK-rollups
Aumento da taxa de transferência: ZK-rollups descarregam as execuções de transações da camada base para um ambiente computacional mais eficiente. Como as transações não são processadas individualmente na blockchain, isso aumenta a taxa de transferência e o rendimento geral.
Redução do congestionamento: ao reduzir a sobrecarga da blockchain, os ZK-rollups contribuem com as operações eficientes de layer-1. Além disso, os full nodes precisam armazenar apenas provas de conhecimento zero (ZKPs), em vez de todos os dados.
Redução de taxas: devido à redução do congestionamento, os ZK-rollups também ajudam a reduzir as taxas gerais.
Medidas de segurança: ZK-rollups incorporam medidas de segurança que permitem aos usuários sacar fundos mesmo se houver problemas com a rede do rollup, uma vantagem distinta em relação às sidechains que podem comprometer fundos durante falhas na rede.
Período de contestação de transação mais curto: com ZK-rollups, apenas as provas de validade dentro dos rollups precisam de verificação, o que encurta o período de contestação das transações.
Desvantagens dos ZK-rollups
Complexidade: a maior desvantagem dos ZK-rollups é sua complexidade inerente. Eles são muito mais complicados de executar do que optimistic rollups.
Restringidos pela camada de base: apesar de suas eficiências, os ZK-rollups ainda estão vinculados às restrições da camada (layer) de base subjacente.
Fragmentação da liquidez: qualquer layer-2 gera dispersão de liquidez no ecossistema. A liquidez superficial nos protocolos da camada de base pode causar problemas.
Optimistic rollups vs. ZK-rollups
Vejamos a comparação entre optimistic rollups e ZK-rollups.
Considerações finais
A escalabilidade é frequentemente considerada o “santo graal” das tecnologias blockchain. Não faz sentido usar um sistema se ele não funcionar de maneira ideal. Tanto optimistic rollups quanto ZK-rollups oferecem soluções elegantes para esse problema de longa data. Os ZK-rollups, com a sua abordagem única, prometem velocidades mais rápidas, menos tráfego e uma segurança robusta. Sim, eles têm as suas complexidades, mas seu potencial é enorme. Para qualquer pessoa interessada no futuro das moedas digitais, compreender os ZK-rollups é fundamental. À medida que buscamos um melhor desempenho da tecnologia blockchain, agora é a hora de nos familiarizarmos com ZK-rollups e sua promessa para o futuro.
Leituras adicionais
Optimistic Rollups vs. Zero-Knowledge Rollups: quais são as diferenças?
O que é a ZkEVM e como ela pode melhorar o ecossistema da Ethereum?
Soluções de Escalabilidade de Blockchains de Layer-1 vs. Layer-2
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