O que são ZK-rollups? A técnica de escalabilidade de layer-2
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O que são ZK-rollups? A técnica de escalabilidade de layer-2

O que são ZK-rollups? A técnica de escalabilidade de layer-2

Intermedi√°rio
Publicado em Oct 31, 2023Atualizado em Jan 17, 2024
7m

TL;DR

  • A baixa escalabilidade da blockchain resulta em velocidades mais lentas, taxas de transa√ß√£o mais altas e experi√™ncias ruins para os usu√°rios. Isso pode ser corrigido por solu√ß√Ķes de layer-1 (por exemplo, sharding) e de layer-2 (por exemplo, rollups).

  • As solu√ß√Ķes de layer-1 visam atualizar a pr√≥pria blockchain, enquanto as solu√ß√Ķes de layer-2 criam uma estrutura sobre uma blockchain existente.

  • Os rollups s√£o uma solu√ß√£o popular de layer-2. Eles agrupam transa√ß√Ķes off-chain para uma computa√ß√£o mais r√°pida.¬†

  • ZK-rollups s√£o um tipo de implementa√ß√£o de rollup que usa uma t√©cnica criptogr√°fica chamada zero-knowledge proof ou ZKP (provas de conhecimento zero).

  • As zero-knowledge proofs permitem a verifica√ß√£o sem revelar dados subjacentes, garantindo privacidade e seguran√ßa nas transa√ß√Ķes.

A corrida pela escalabilidade da blockchain

√Ä medida que a ado√ß√£o 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 transa√ß√£o mais altas. Para corrigir isso, temos duas estruturas principais: solu√ß√Ķes de layer-1 e de layer-2.

  • Solu√ß√Ķes de layer-1: essas solu√ß√Ķes renovam diretamente a estrutura fundamental da blockchain para permitir que o sistema geral tenha taxas de transfer√™ncia mais altas. O sharding √© um excelente exemplo. Ao segmentar a blockchain em setores distintos, o sharding aumenta a capacidade do sistema e permite o processamento simult√Ęneo de transa√ß√Ķes.

  • Solu√ß√Ķes de layer-2: essas solu√ß√Ķes operam sobre uma blockchain base. Na layer-2, as transa√ß√Ķes s√£o processadas off-chain e comprometidas em massa √† blockchain base. As principais t√©cnicas incluem state channels, sidechains e rollups. Os ZK-rollups s√£o uma forma de rollups que utilizam zero-knowledge proofs.

O que s√£o ZK-rollups?

Para entender ZK-rollups, é importante entender rollups e zero-knowledge proofs (provas de conhecimento zero). 

O que s√£o rollups?

Os rollups permitem que as blockchains agrupem dados de transa√ß√Ķes e os processem fora da blockchain (off-chain). Ap√≥s o processamento, o resultado final √© devidamente associado √† blockchain base. O processamento de tantas transa√ß√Ķes simult√Ęneas elimina as chances de sobrecarga da blockchain e permite uma computa√ß√£o mais r√°pida e econ√īmica. Os rollups podem ser classificados em duas categorias - optimistic rollups e ZK-rollups.

  • Optimistic rollups: optimistic rollups operam sob a hip√≥tese de que todas as transa√ß√Ķes processadas s√£o leg√≠timas. Antes que essas transa√ß√Ķes sejam confirmadas na blockchain, elas passam por um per√≠odo de espera. Durante esse per√≠odo de espera, a rede levanta contesta√ß√Ķes para verificar transa√ß√Ķes duvidosas. Optimism, Arbitrum e opBNB s√£o exemplos de optimistic rollups.

  • ZK-rollups: diferente de sua contraparte, os ZK-rollups validam todas as transa√ß√Ķes por meio de provas de validade alimentadas por conhecimento zero (zero-knowledge-powered validity proofs). Embora sejam mais complexos de implementar, os ZK-rollups s√£o projetados para evitar o per√≠odo de resolu√ß√£o de contesta√ß√Ķes dos optimistic rollups e, teoricamente, processar transa√ß√Ķes de forma mais √°gil.

Agora, vamos analisar as zero-knowledge proofs.

O que s√£o 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:

  1. Integridade: se a afirmação for verdadeira e ambas as partes forem genuínas, a prova sempre confirmará sua veracidade.

  2. Solidez: se o usu√°rio respons√°vel pela prova for desonesto, ele n√£o deve conseguir convencer um verificador honesto da validade de uma afirma√ß√£o falsa, exceto em circunst√Ęncias extremamente raras.

  3. Zero-Knowledge: a caracter√≠stica mais importante. Ao final do processo, o verificador s√≥ ter√° conhecimento da validade da afirma√ß√£o, sem obter qualquer outra informa√ß√£o sobre o seu conte√ļdo.

Como funciona uma ZKP? A metodologia pode ser dividida em três etapas:

  • Testemunha: durante a primeira fase, o respons√°vel pela prova fornece uma informa√ß√£o secreta, ou ‚Äútestemunha‚ÄĚ (witness), ao verificador. A ideia aqui √© provar ao verificador que o provador pode acessar dados espec√≠ficos sem mencion√°-los explicitamente. A testemunha estabelece um conjunto de perguntas sobre as informa√ß√Ķes que s√≥ podem ser respondidas por um provador leg√≠timo.

  • Contesta√ß√£o: durante essa fase, o verificador desafia o provador escolhendo perguntas aleat√≥rias do conjunto.

  • Resposta: o provador responde com sucesso √†s perguntas do verificador para provar a sua credibilidade.¬†

Agora sabemos o que s√£o rollups e ZKPs. Vamos reunir as informa√ß√Ķes 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 opera√ß√£o do protocolo ZK-rollup. Eles consistem nos contratos principal e verificador. O contrato principal armazena blocos de rollup, rastreia dep√≥sitos e faz atualiza√ß√Ķes importantes. O contrato verificador valida as ZKPs geradas.

  • M√°quinas virtuais off-chain: essas m√°quinas lidam com a execu√ß√£o de transa√ß√Ķes fora da blockchain de base da Ethereum, na L2. As m√°quinas virtuais off-chain operam independentemente da blockchain da Ethereum.

Os ZK-rollups est√£o intrinsecamente entrela√ßados com a blockchain Ethereum, embora em uma camada √ļnica. Eles n√£o inundam a Ethereum com cada detalhe minucioso das transa√ß√Ķes. Em vez disso, eles fornecem resumos agrupados de maneira inteligente, garantindo que a camada base permane√ßa 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 transfer√™ncia: ZK-rollups descarregam as execu√ß√Ķes de transa√ß√Ķes da camada base para um ambiente computacional mais eficiente. Como as transa√ß√Ķes n√£o s√£o processadas individualmente na blockchain, isso aumenta a taxa de transfer√™ncia e o rendimento geral.

  • Redu√ß√£o do congestionamento: ao reduzir a sobrecarga da blockchain, os ZK-rollups contribuem com as opera√ß√Ķes eficientes de layer-1. Al√©m disso, os full nodes precisam armazenar apenas provas de conhecimento zero (ZKPs), em vez de todos os dados.

  • Redu√ß√£o de taxas: devido √† redu√ß√£o do congestionamento, os ZK-rollups tamb√©m ajudam a reduzir as taxas gerais.

  • Medidas de seguran√ßa: ZK-rollups incorporam medidas de seguran√ßa que permitem aos usu√°rios sacar fundos mesmo se houver problemas com a rede do rollup, uma vantagem distinta em rela√ß√£o √†s sidechains que podem comprometer fundos durante falhas na rede.

  • Per√≠odo de contesta√ß√£o de transa√ß√£o mais curto: com ZK-rollups, apenas as provas de validade dentro dos rollups precisam de verifica√ß√£o, o que encurta o per√≠odo de contesta√ß√£o das transa√ß√Ķes.

Desvantagens dos ZK-rollups

  • Complexidade: a maior desvantagem dos ZK-rollups √© sua complexidade inerente. Eles s√£o muito mais complicados de executar do que optimistic rollups.

  • Restringidos pela camada de base: apesar de suas efici√™ncias, os ZK-rollups ainda est√£o vinculados √†s restri√ß√Ķes da camada (layer) de base subjacente.

  • Fragmenta√ß√£o da liquidez: qualquer layer-2 gera dispers√£o 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.


Optimistic rollups

ZK-rollups

Suposi√ß√£o sobre as transa√ß√Ķes

Transa√ß√Ķes consideradas v√°lidas.

Todas as transa√ß√Ķes s√£o verificadas por zero-knowledge proofs (ZKP).

Sistema de contestação

Existe um per√≠odo de contesta√ß√£o para a rede contestar transa√ß√Ķes potencialmente fraudulentas.

Não há período de contestação

Mecanismo de prova

Fraud Proofs

Provas de validade

Complexidade

Comparativamente mais simples de implementar

Complexo devido à utilização de zero-knowledge proofs

Adoção

Amplamente adotado devido à menor complexidade.

Relativamente menos adotado.

Exemplos

Optimism, Arbitrum e opBNB.

zkSync e Starknet.

Considera√ß√Ķes finais

A escalabilidade √© frequentemente considerada o ‚Äúsanto graal‚ÄĚ das tecnologias blockchain. N√£o faz sentido usar um sistema se ele n√£o funcionar de maneira ideal. Tanto optimistic rollups quanto ZK-rollups oferecem solu√ß√Ķes elegantes para esse problema de longa data. Os ZK-rollups, com a sua abordagem √ļnica, prometem velocidades mais r√°pidas, menos tr√°fego e uma seguran√ßa robusta. Sim, eles t√™m as suas complexidades, mas seu potencial √© enorme. Para qualquer pessoa interessada no futuro das moedas digitais, compreender os ZK-rollups √© fundamental. √Ä medida que buscamos um melhor desempenho da tecnologia blockchain, agora √© a hora de nos familiarizarmos com ZK-rollups e sua promessa para o futuro.¬†

Leituras adicionais


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