O que são Zero Knowledge Rollups e como funcionam?

O que é um ZK rollup?

Um ZK rollup, ou Zero Knowledge rollup, é uma solução destinada a melhorar a escalabilidade das blockchains, especialmente de redes como a Ethereum. É uma solução de segunda camada (Layer 2) que funciona sobre uma blockchain de primeira camada existente. Os ZK rollups permitem processar mais transações por segundo e reduzir os custos. Dependendo do design, também podem melhorar a privacidade, pois nem toda a informação precisa ser tornada pública. E tudo isto sem comprometer a segurança da rede.

O acrónimo “ZK” refere-se a “Zero Knowledge”, uma técnica criptográfica que permite provar que uma informação é verdadeira sem revelar os seus detalhes. Isto significa que as transações podem ser verificadas sem expor todos os dados. Desta forma, os ZK rollups aumentam tanto a privacidade como a eficiência.

Em vez de processar cada transação diretamente na blockchain, os ZK rollups agrupam várias transações num só conjunto. Apenas a prova, chamada de Zero Knowledge proof, é publicada na blockchain.

Pontos principais

• Os ZK rollups permitem que blockchains como a Ethereum escalem melhor, agrupando muitas transações num só lote.

• Processam as transações off-chain e publicam uma prova Zero Knowledge na blockchain principal para confirmar a validade.

• Exemplos conhecidos de ZK rollups incluem zkSync, Starknet e Polygon zkEVM.

Como funcionam os ZK rollups?

Os ZK rollups movem o processamento das transações para fora da blockchain principal, a fim de reduzir a carga. O funcionamento baseia-se em três etapas principais:

1. Agrupamento: os utilizadores efetuam transações e enviam-nas para o rollup de segunda camada.

2. Processamento off-chain: as transações são tratadas fora da cadeia principal e agrupadas num único lote.

3. Prova Zero Knowledge: é gerada uma prova criptográfica que demonstra a validade do lote. Esta prova é então verificada por um smart contract na blockchain de primeira camada.

Deste modo, milhares de transações podem ser agregadas e registadas como uma única entrada na cadeia, o que melhora significativamente a escalabilidade. O rollup não guarda cada transação individualmente, mas apenas um resumo sob a forma de uma prova ZK.

Imagine que mil utilizadores querem realizar uma transação em simultâneo na Ethereum. Em vez de executar mil transações individuais, o ZK rollup agrupa-as, gera uma prova criptográfica e publica apenas essa prova na Ethereum. Isto poupa recursos e reduz significativamente as taxas de gas.

Porque são importantes os ZK rollups?

Os ZK rollups abordam um dos maiores desafios das blockchains: a escalabilidade. Quando uma rede como a Ethereum está muito utilizada, pode tornar-se congestionada. Isso provoca atrasos e aumento dos custos de transação.

Os ZK rollups permitem processar um número muito superior de transações por segundo. Enquanto a Ethereum consegue lidar com cerca de 15 transações por segundo, os ZK rollups podem processar milhares. Além disso, como nem todos os dados são registados on-chain, as taxas de gas são substancialmente mais baixas.

Graças às provas Zero Knowledge, os detalhes das transações podem permanecer privados, mesmo sendo verificados. Não é necessária uma terceira parte, pois a criptografia garante a validade das transações. Apesar do processamento ser feito off-chain, a segurança continua garantida pela camada 1.

Qual é a diferença entre ZK rollups e Optimistic rollups?

Tanto os ZK rollups como os Optimistic rollups são soluções de segunda camada, mas funcionam de forma distinta. Tal como os ZK rollups, os Optimistic rollups agrupam e processam transações fora da cadeia principal. No entanto, não utilizam provas criptográficas. Em vez disso, presumem que todas as transações são válidas, a menos que alguém conteste durante um determinado período de tempo.

Tabela comparativa:

Característica	ZK Rollups	Optimistic Rollups
Validação	Prova criptográfica (Zero Knowledge)	Presunção de validade, com possibilidade de disputa
Velocidade	Finalização rápida, validação imediata	Mais lenta, devido ao período de contestação
Privacidade	Elevada, detalhes mantêm-se privados	Menor, dados visíveis
Custos	Baixos, graças à prova ZK	Mais elevados, devido a verificações adicionais
Complexidade	Mais difícil de implementar	Mais simples de implementar

Exemplos populares de projetos com ZK rollups

Vários projetos já integram os ZK rollups no ecossistema da Ethereum. Eis alguns dos mais conhecidos:

zkSync

O zkSync é uma das plataformas ZK rollup mais conhecidas. Desenvolvido pela Matter Labs, suporta smart contracts e facilita o uso da segunda camada para pagamentos, DeFi e NFTs.

Starknet

O Starknet foi concebido para aplicações descentralizadas escaláveis e suporta smart contracts complexos. Baseia-se em provas STARK, uma forma específica de Zero Knowledge. A equipa por trás do Starknet, a StarkWare, também desenvolveu o StarkEx, usado por dYdX e ImmutableX.

Polygon zkEVM

O Polygon zkEVM é um ZK rollup compatível com a Ethereum Virtual Machine. Isso permite que aplicações descentralizadas existentes na Ethereum migrem facilmente para o Polygon zkEVM sem alterar os seus smart contracts nem ferramentas.

Considerações finais

Os ZK rollups oferecem uma solução eficaz para os problemas de escalabilidade das blockchains. Ao agrupar transações e processá-las off-chain, combinam eficiência, privacidade e segurança. Embora a tecnologia ainda esteja a ser desenvolvida, os ZK rollups já desempenham um papel fundamental no ecossistema Ethereum e é provável que a sua importância continue a crescer.