A Diferença Entre Optimistic Rollups e Zero-Knowledge Rollups

Introdução

Com o aumento da procura por criptomoedas, a capacidade de algumas blockchains está a atingir o seu limite. Isto pode originar congestionamento na rede e taxas de transação elevadas. Por este motivo, estão a ser desenvolvidas e testadas soluções destinadas a aumentar o volume e a velocidade das transações. Estas soluções podem ser classificadas em duas categorias: soluções de escalabilidade Layer 1 e Layer 2.

As soluções de Layer 1, como o sharding, alteram diretamente a blockchain principal (também designada como blockchain base ou Layer 1). Já as soluções de Layer 2 funcionam por cima da blockchain de Layer 1. Entre as opções de Layer 2 incluem-se state channels, sidechains e os rollups blockchain.

Os rollups blockchain são protocolos desenvolvidos para aumentar o volume de transações e reduzir custos. Agregam transações e reduzem o tamanho dos dados, tornando o processamento e o armazenamento mais eficientes.

O que são Blockchain Rollups?

Um rollup é uma solução Layer 2 que agrega dados de transações e os transfere para fora da blockchain principal. As transações são executadas off-chain, enquanto os ativos permanecem salvaguardados na blockchain por um smart contract. Após a execução, os dados são devolvidos à blockchain principal.

Rollups que aumentam a eficiência das transações podem, em teoria, ser implementados por qualquer blockchain Layer 1. Com rollups, uma blockchain consegue processar e registar mais transações num determinado período.

Atualmente existem dois tipos de rollups: optimistic rollups e zero-knowledge (zk) rollups.

O que é um Optimistic Rollup?

Os optimistic rollups são protocolos que aumentam o volume de transações processando vários registos off-chain em lote. Posteriormente, os dados são registados na blockchain principal com técnicas de compressão, reduzindo custos e aumentando a rapidez. De acordo com a pesquisa da Ethereum, os optimistic rollups podem escalar a rede entre dez a cem vezes.

Como funcionam as verificações em Optimistic Rollups

As transações são consideradas válidas por defeito, o que maximiza a eficiência. Pode parecer que isto sacrifica a segurança em prol da velocidade, mas os optimistic rollups recorrem a provas de fraude e a um período de resolução de disputas. Durante este período, qualquer monitorizador do rollup pode contestar a verificação da transação através de uma prova de fraude.

Se forem detetados erros num lote, o protocolo reexecuta as transações incorretas e atualiza o bloco correspondente. As partes que validaram transações incorretas são penalizadas.

Limitações dos Optimistic Rollups

Como as transações não são verificadas previamente, os optimistic rollups exigem um período de resolução de disputas, ao contrário dos zk rollups, prolongando o tempo até à conclusão da operação.

A finalização das transações em blockchains com optimistic rollups é também mais lenta do que em blockchains com zk rollups. A finalização mede quanto tempo o utilizador deve aguardar para ter garantia de que as transações não serão revertidas ou alteradas. Os levantamentos em blockchains com optimistic rollups sofrem atrasos, pois o período de disputa tem de decorrer antes da libertação dos fundos. Já os levantamentos em blockchains com zk rollups são executados imediatamente após o smart contract do protocolo zk rollup validar a prova de validade.

Alguns consideram os optimistic rollups menos eficientes do que os zk rollups: nos optimistic rollups, todos os dados das transações têm de ser publicados na blockchain para garantir a finalização; nos zk rollups, basta publicar as provas de validade.

O que é um Zero-Knowledge (ZK) Rollup?

Os zero-knowledge rollups agrupam transações e executam-nas fora da blockchain principal. Após a execução, o operador do zk rollup envia um resumo das alterações necessárias por cada lote e cria uma prova de validade para demonstrar a correção das operações. Estas provas são muito mais pequenas do que os dados das transações, tornando a sua verificação mais rápida e económica.

No Ethereum, os zk rollups reduzem o volume de dados das transações, recorrendo a técnicas de compressão ao gravar as transações como calldata, o que diminui as taxas para os utilizadores.

Como funcionam as verificações em ZK Rollups

Os zk rollups utilizam provas de conhecimento zero para validar transações. O provador (prover) pretende convencer o verificador (verifier) de que possui o conhecimento necessário, sem revelar o conteúdo, validando a transação.

O processo decorre assim:

1. O provador apresenta uma prova matemática que só ele consegue gerar.

2. O verificador utiliza essa prova para confirmar a validade da transação.

3. A prova de validade pode ser obtida sem que o verificador tome conhecimento do seu conteúdo.

Vantagens dos ZK Rollups

Quando bem implementados, os zk rollups oferecem um elevado nível de segurança. As provas de validade de conhecimento zero garantem que a rede apenas opera em estado válido, impedindo os operadores de lesar utilizadores ou o sistema.

Outra vantagem é que os utilizadores não precisam de monitorizar a rede: os zk rollups armazenam todos os dados na blockchain e exigem provas de validade, impossibilitando fraudes por parte do operador. Além disso, permitem o levantamento de fundos para a mainnet sem contacto com operadores e provam a titularidade de tokens graças à disponibilidade de dados.

Os zk rollups, tal como os optimistic rollups, utilizam um mecanismo que executa transações fora da blockchain principal e acelera a sua conclusão.

Diferenças entre ZK Rollups e Optimistic Rollups

Optimistic rollups e zero-knowledge rollups são abordagens distintas para a escalabilidade Layer 2, cada uma com diferentes vantagens e compromissos:

Verificação de Transações: Os optimistic rollups assumem transações válidas por defeito e dependem de provas de fraude; os zk rollups recorrem a provas criptográficas de conhecimento zero para validação imediata.

Resolução de Disputas: Os optimistic rollups requerem um período de disputa (normalmente 7 dias) antes da finalização, enquanto os zk rollups obtêm finalização imediata após a verificação da prova.

Requisitos de Dados: Nos optimistic rollups, todos os dados das transações têm de ser publicados on-chain; nos zk rollups, apenas provas compactas são necessárias, reduzindo custos.

Velocidade de Levantamento: Nos optimistic rollups, os levantamentos são adiados até ao fim do período de disputa; nos zk rollups, são processados imediatamente.

Complexidade Computacional: A geração de provas de conhecimento zero é exigente em termos computacionais, tornando os zk rollups mais complexos; os optimistic rollups são mais simples, mas têm finalização mais lenta.

Modelo de Segurança: Ambos são seguros do ponto de vista criptográfico, mas por mecanismos distintos — provas de fraude versus provas matemáticas.

Qual o futuro dos Zero-Knowledge e Optimistic Rollups?

O futuro dos zero-knowledge e optimistic rollups é promissor. À medida que a adoção de criptomoedas e blockchain cresce, estas soluções deverão ter um papel crescente na eficiência do setor. As blockchains vão continuar a testar soluções como sharding, rollups e Layer 0. É provável que surjam novas soluções, paralelamente ou como alternativa aos rollups.

Conclusão

Com a procura por criptomoedas a aumentar e os limites atuais das blockchains a serem testados, muitos programadores propõem diversas soluções de escalabilidade. Neste artigo, analisámos as diferenças entre optimistic rollups e zk rollups. Com o desenvolvimento e aperfeiçoamento contínuo destas tecnologias, poderão surgir variantes ainda mais eficazes que permitam alcançar a escalabilidade necessária para a adoção generalizada das criptomoedas.

FAQ

Qual a diferença fundamental entre Optimistic Rollups e Zero-Knowledge Rollups?

Os Optimistic Rollups assumem transações válidas por defeito, enquanto os Zero-Knowledge Rollups apenas consideram válidas as transações comprovadas por provas criptográficas. Os Optimistic Rollups são mais rápidos; os ZK-Rollups oferecem maior privacidade e segurança.

Qual é mais rápido e económico: Optimistic Rollups ou Zero-Knowledge Rollups?

Os Optimistic Rollups são mais rápidos e baratos, com custos de transação reduzidos, mas a finalização é mais demorada. Os Zero-Knowledge Rollups permitem finalização mais rápida, mas são mais exigentes em recursos computacionais, tornando-se inicialmente mais lentos e caros.

Como se compara a segurança dos Zero-Knowledge Rollups com a dos Optimistic Rollups?

Os Zero-Knowledge Rollups garantem segurança superior recorrendo a provas criptográficas que validam matematicamente as transações, enquanto os Optimistic Rollups dependem de um período de contestação e provas de fraude. Os ZK Rollups são, por isso, mais seguros por natureza.

O que é o Período de Contestação nos Optimistic Rollups?

O Período de Contestação corresponde a uma janela de 7 dias durante a qual os validadores podem contestar transações em Optimistic Rollups. O sistema assume todas as transações como válidas, mas permite apresentar disputas para prevenir fraudes.

Que projetos ou aplicações recorrem a Optimistic Rollups e quais usam ZK Rollups?

Optimism e Arbitrum utilizam Optimistic Rollups para escalabilidade generalista; zkSync, StarkNet e Polygon zkEVM aplicam ZK Rollups. Ambas as soluções viabilizam transações mais rápidas e baratas em DeFi, gaming e outras áreas.

Como funcionam as provas de conhecimento zero nos Zero-Knowledge Rollups?

As provas de conhecimento zero permitem que um provador demonstre a validade de uma transação sem revelar detalhes. As transações são agrupadas off-chain, resumidas numa prova criptográfica, e só essa prova é submetida on-chain para verificação, garantindo privacidade sem comprometer segurança e escalabilidade.

Porque é que os Optimistic Rollups necessitam de um mecanismo de prova de fraude?

Os Optimistic Rollups assumem a validade das transações por defeito e só as verificam se forem contestadas. As provas de fraude permitem que qualquer agente demonstre a existência de transações inválidas, incentivando a honestidade dos validadores e protegendo a rede contra agentes maliciosos através de incentivos económicos.

Quais as principais vantagens e desvantagens dos Zero-Knowledge Rollups?

Vantagens: maior rapidez das transações, custos mais baixos, levantamentos mais rápidos para Layer 1. Desvantagens: maior complexidade técnica, exigência computacional elevada, menor volume de transações processáveis.

Quais as vantagens dos Layer 2 Rollups face a outras soluções de escalabilidade como as sidechains?

Os Layer 2 Rollups oferecem custos de transação inferiores e finalização mais célere, aproveitando a segurança da Layer 1, ao contrário das sidechains, que dispõem de segurança própria. Assim, garantem melhor escalabilidade e segurança no registo na cadeia principal.

Qual o futuro desenvolvimento dos Optimistic Rollups e ZK Rollups?

Optimistic Rollups e ZK Rollups vão coexistir e complementar-se: os primeiros focam-se em transações rápidas e implementação simples, enquanto os segundos priorizam segurança e privacidade. Ambas as soluções evoluirão para responder a diferentes requisitos de escalabilidade no ecossistema blockchain.