O que são os Rúmulos?

Introdução

Os Rollups representam uma das soluções de escala Ethereum mais populares e eficazes. Como uma solução de escala off-chain de Camada 2, a Rollup agrupa milhares de transações off-chain em lotes e envia-as para a blockchain principal para armazenamento e verificação. Melhora muito o volume de transações e a velocidade da transação enquanto herda a segurança da Ethereum Mainnet.

Introdução

Atualmente, todas as blockchains estão a debater-se com o problema do “triângulo impossível”: descentralização, escalabilidade e segurança. Qualquer blockchain pode ter, no máximo, duas delas. Por exemplo, quando a Ethereum consegue descentralização e segurança, sacrifica a escalabilidade. À medida que o número de utilizadores na rede aumenta, a Ethereum está sobrecarregada e não consegue suportar um tráfego tão grande. Como resultado, ocorrem questões como a velocidade lenta da transação e as altas taxas.

O principal objetivo da escalabilidade é aumentar a velocidade e o rendimento da transação (transações por segundo, TPS) sem sacrificar a segurança ou a descentralização.
Rollups, o termo mencionado com mais frequência recentemente, são soluções para escalar Ethereum. É a solução de escala mais viável para a Ethereum antes de completar o compartilhamento e o dimensionamento Mainnet.

Escalabilidade do Ethereum

Existem dois tipos de escala de blockchain: escala em cadeia e escala fora da cadeia.

Escalonamento em cadeia

O dimensionamento em cadeia envolve uma mudança no protocolo Ethereum para realmente melhorar a sua velocidade de transação e o rendimento da transação. Atualmente, o foco principal da escala em cadeia é o sharding. O dimensionamento em cadeia é mais difícil do que o dimensionamento fora da cadeia.

Sharding

A tecnologia de partilha não é um conceito novo. Há muito que é utilizado nas bases de dados comerciais tradicionais. Sharding é o processo de dividir horizontalmente uma base de dados em vários pedaços para aliviar a carga. Os dados fraseados serão atribuídos aleatoriamente a cada nó e processados de forma independente e simultaneamente em paralelo.
O compartilhamento vai melhorar efetivamente a velocidade da transação e o rendimento da transação da blockchain. Pode até ajudar a Ethereum a resolver o “triângulo impossível”.

Dimensionamento fora da cadeia

A escala fora da cadeia refere-se à melhoria da escalabilidade da Mainnet através de inovações fora da Mainnet, que não incorrerão em alterações no protocolo Ethereum. Além da Camada 2, outras soluções populares de escala off-chain atualmente são Sidechain e Plasma, etc.

Escala de Camada 2

A descentralização e a segurança nunca devem ser comprometidas para alcançar a escalabilidade. A Camada 2 é uma blockchain independente. Como herda a segurança e descentralização do Mainnet, a Camada 2 tem o potencial de alcançar maior escalabilidade. Atualmente existem dois tipos de escala de camada 2 - Rollups e canais estaduais.
Os rollups são atualmente a solução comum para escalar Ethereum. Desempenham papéis cruciais ao moldar o roteiro da Ethereum. Com base no modelo de segurança, os rollups podem ser divididos em duas categorias: acúmulos otimistas e acúmulos de conhecimento zero.
Os canais estatais permitem que os usuários façam transações com segurança, rapidez e baratos fora da cadeia e depois estabeleçam a finalidade com a Mainnet.

Cadeias laterais

As cadeias laterais são blockchains compatíveis com EVM que funcionam independentemente da Ethereum Mainnet. As cadeias laterais são compatíveis com a Ethereum Mainnet através de pontes cruzadas e correm sob os seus próprios algoritmos de consenso em paralelo com a Mainnet. Ao contrário da Ethereum, as cadeias laterais sacrificam alguma medida de descentralização ou segurança para alcançar um alto rendimento de transações e uma velocidade de transação mais rápida. As duas cadeias laterais mais populares são o Polígono e o Fantom.

Plasma

As cadeias de plasma são blockchains separadas ancoradas ao Ethereum Mainnet que usa provas de fraude para arbitrar disputas. Ao contrário das cadeias laterais, as cadeias Plasma são construídas no topo da blockchain Ethereum e podem estender muitas cadeias “crianças”. Até certo ponto, as cadeias de Plasma beneficiam da segurança da Ethereum Mainnet. O plasma já foi visto como uma solução para a escala de Ethereum, mas foi então substituído pela Camada 2. Uma blockchain de plasma bem conhecida é a OMG Network.

Por que é que os Rollups importam?

Escalonamento de camada 2 fora da cadeia é a solução de escala mainstream

O dimensionamento em cadeia é difícil de implementar pois exige mudanças no protocolo Ethereum. Portanto, o dimensionamento fora da cadeia é atualmente o foco principal do upgrade de escala.
A escala fora da cadeia refere-se a melhorar a escalabilidade da Ethereum Mainnet através de inovações fora dela. Este método não precisa alterar o protocolo original da Ethereum. As soluções comuns de escala off-chain incluem Layer 2, Plasma, Sidechains, etc.
A Camada 2 é atualmente a solução de escala off-chain mais popular que beneficia das seguintes funcionalidades:

1. Usufrui de um alto rendimento de transações, melhora a experiência do utilizador e reduz o congestionamento da rede Ethereum.

2. Os rollups de camada 2 podem comprimir um grande número de transações e reduzir o custo de usar a rede.

3. Consegue descentralização e segurança enquanto procura a escalabilidade, o que a torna distinta de outras soluções de escala off-chain.

A tecnologia mais popular e amplamente utilizada da Camada 2 é o rollup, que apresenta alto rendimento de transações, baixas taxas de transação e acessibilidade aos ativos da Camada 1.

Roteiro Ethereum Centrado em Rollup-centric

Em 2020, Vitalik propôs um Roadmap Ethereum Centric Rollup-centric e o conceito de rollups múltiplos.
Vários Rúmulos, embora ainda na sua infância, podem criar mais possibilidades para a Ethereum no futuro. Dada a possibilidade dos rollups de alcançar um alto rendimento de transações, juntamente com escala em cadeia - partilha combinada para armazenamento de disponibilidade de dados (DA), Rollups as a Service (RaaS) pode ser proposto no futuro, permitindo que qualquer pessoa inicie os seus próprios rollups rapidamente.
O surgimento de múltiplos rollups também cria uma procura por tecnologia de ponte de rollups cruzados. Quando os Rollups se tornam o mainstream, é necessário criar tecnologias que consigam uma transferência de ativos conveniente e segura entre os rollups enquanto elimina as elevadas taxas de transação na Ethereum.

O que são os Rollups

Os rollups servem como a principal opção atualmente para implementar a Camada 2. Os próprios rollups são blockchains independentes, onde os utilizadores transacionam e enviam dados para a Ethereum para armazenamento. Desta forma, os Rollups podem beneficiar da segurança da rede principal. Além disso, ao agrupar centenas de dados de transações num único lote, os acumuladores ajudam a reduzir drasticamente as taxas de transação, já que as taxas são compartilhadas por todos.
Os Rollups visam melhorar a escalabilidade da Ethereum computando transações numa blockchain independente e dados de transações de embalagem e enviá-los na Ethereum para armazenamento.
Atualmente, existem dois tipos de acúmulos: acúmulos otimistas e acúmulos de conhecimento zero. São distintos uns dos outros nos seus diferentes modelos de segurança.

O que são os OP-Rollups

Os acúmulos otimistas são considerados “otimistas” porque assumem que todas as transações nos OP-Rollups são reais e válidas e tratam todas as transações de uma forma otimista.

Como é que a OP-Rollups verifica a correção de uma transação?

Os OP-Rollups adotam incentivos criptoeconómicos para garantir que os validadores ajam honestamente. Qualquer pessoa na cadeia de blocos pode tornar-se um validador mas deve pagar alguns depósitos, o que é semelhante a Proof-Stake. Se o validador propõe uma transação inválida ou estiver a tentar forquilar maliciosamente, os seus depósitos serão cortados.
Os OP-Rollups usam provas de fraude para detetar a autenticidade das transações. Depois das transações na OP-Rollups serem agrupadas em lotes e enviadas no Ethereum Mainnet, existe uma janela temporal chamada o Período do Desafio, durante o qual qualquer pessoa pode verificar os lotes calculando uma prova de fraude.

Entrar nos OP-Rollups

Para entrar nos OP-Rollups, os usuários precisam depositar ETH, ERC-20 tokens ou outros ativos aceitos de criptomoeda na ponte cruzada. O contrato ponte vai retransmitir a transação para a Camada 2 (ou OP-Rollups), onde uma quantidade equivalente de ativos é cunhada e enviada para o endereço escolhido do usuário no OP-Rollup.

Sair dos OP-Rollups

Sair de rollups é mais complicado. Se um utilizador quiser sair da OP-Rollups, só pode retirar os seus fundos percorridos na Ethereum Mainnet depois do período de desafio, durante o qual qualquer pessoa pode contestar os resultados da transação. Embora o processo seja bastante simples para os utilizadores, é moroso, pois normalmente demora 1-2 semanas.

Compatibilidade EVM

A vantagem da OP-Rollups é a sua compatibilidade com o EVM, que permite que as equipas de desenvolvimento migrem contratos inteligentes existentes na Ethereum para OP-Rollups sem alterações nos códigos. Não só economiza tempo como traz conveniência ao aproveitar a infraestrutura da Ethereum, como linguagens de programação, ferramentas de teste, etc.
Para saber mais sobre a EVM (Ethereum Virtual Machine), visite O que é o EVM on Gate Learn.

Árbitro

O árbitro é a blockchain de camada 2 líder que adota OP-Rollups, responsável por quase metade do limite de mercado total da Camada 2.

Além de alguns projetos bem-sucedidos que já foram executados no Arbitro, como Uniswap, Yearn e Sushiswap, existem outros projetos nativos únicos, incluindo o GMX, um protocolo de derivados e o TreasureDao que pretende construir um enorme ecossistema NFT, etc.
Apesar de a Arbitro ainda não ter um token nativo, é a maior cadeia de Layer 2 da TVL, o que faz os seus investidores estarem atentos ao seu desenvolvimento. A Arbitro lançou o evento Árbitro Odyssey em abril de 2022, com o objetivo de levar aos utilizadores uma jornada completa do ecossistema Árbitro. O evento foi cooperado com o Project Galaxy e criado para durar 8 semanas. Os utilizadores podem receber airdrops NFT completando as tarefas semanais. Depois de recolher 13 NFT ou mais, os utilizadores podem ser recompensados com NFT exclusivas que marcam o fim da jornada do Árbitro.
Mas apenas uma semana depois do início do evento, um grande número de utilizadores intercedeu, o que resultou numa explosão de volume de transações e congestionamento da rede, além de uma taxa de rede disparar. Perante esta situação, Arbitum decidiu suspender a Odisseia e retomá-la depois da libertação do Nitro.

Arbitro Daily Transaction Volume
(Fonte da imagem: Arbiscan)

Endereços únicos de Árbitro
(Fonte da imagem: Arbiscan)

OTIMISMO

OPTIMISMO, conhecido como OP, também é uma corrente de Camada 2 potencializada pela OP-Rollups. É a segunda maior cadeia de Camada 2 por market cap. Ao contrário do Arbitum, o PO anunciou o seu primeiro airdrop no dia 1 de junho de 2022, seguido de um programa de incentivos ao ecossistema. Incentivados pelas altas recompensas, os investidores foram para o PO, o que levou a um aumento significativo da sua TVL.

A OP também tem apoio de alguns projetos bem estabelecidos, como Uniswap e Aave. Além disso, Velodrome, a camada de base de liquidez do ecossistema PO, é uma bolsa descentralizada que adota um modelo ve (3,3) e obteve um sucesso considerável. Até tinha superado a Uniswap, a principal bolsa descentralizada, pela TVL.

O que são ZK-Rollups

Ligeiramente diferente dos OP-Rollups, o ZK-Rollups agrupa um grande número de transações em lotes que são executados fora da cadeia e atualiza o estado do contrato inteligente enviando provas de validade à Mainnet. Os ZK-Rollups só precisam publicar os dados de resumo mínimos na Mainnet para validação.

Como a ZK-Rollups verifica a correção das transações

O estado da ZK-Rollups é mantido por contratos inteligentes implementados na Ethereum Mainnet. Através da prova de validade, o estado do ZK-Rollups será atualizado depois de verificado pela Mainnet. Os dados resumidos enviados à Mainnet contêm as alterações contratuais Ethereum smart e a prova criptográfica de que essas alterações estão corretas

A ZK-Rollups também usa a prova de aposta para selecionar operadores. As operadoras devem depositar criptomoeda no contrato como apostas antecipadamente. O tamanho de cada aposta vai influenciar as hipóteses do apostador de ser selecionado. Se o operador agir de forma maliciosa, a sua participação pode ser cortada.
Se um utilizador decidir sair de um ZK-Rollup, também deve agrupar as transações e verificar e atualizar o estado do contrato inteligente através da prova de validade. Ao contrário dos OP-Rollups, os ZK-Rollups não têm período de desafio.

Compatibilidade EVM

Não é fácil para a ZK-Rollups ser compatível com o EVM. Executar contratos inteligentes complexos é muito mais difícil do que realizar cálculos simples, e é por isso que o desenvolvimento da ZK-Rollups é muito mais lento que o dos OP-Rollups. Mas com a melhoria da tecnologia à prova de conhecimento zero nos últimos anos, já não é difícil implementar o ZKEVM.

Provas de Validade

O ZK-Rollups agrupa as transações em cadeia em lotes, que são provas de validade. A prova de validade permite às partes provar a exatidão de uma declaração sem revelar a própria afirmação. Portanto, eles também são chamados provas de conhecimento zero.
Atualmente, existem dois tipos de provas de validade como se segue:

1. ZK-SNARK (Argumento Não Interativo do Conhecimento Zero-Knowledge) Os
   ZK-SNARK são populares para as suas pequenas provas e uma velocidade e rendimento de transação drasticamente aumentados. Se a informação usada para criar parâmetros públicos cair na posse de atores mal-intencionados, pode ser gerada uma prova de falsa validade. Então o ZK-SNARK enfrenta problemas de segurança e confiança.

2. ZK-STARK (Zero-Knowledge Transparent Argumento of
   Knowledge) O ZK-STARK é considerado uma melhoria do ZK-SNARK devido à sua transparência. Baseia na aleatoriedade publicamente verificável para configurar parâmetros para gerar e verificar provas. Além disso, o ZK-STARK é escalável e requer menos tempo para validar conjuntos de dados grandes.
   No entanto, como o ZK-STARK produz provas maiores, é mais caro verificar na Mainnet.

X imutável

X imutável, fundada em 2018, é uma das blockchain mais conhecidas que usa ZK-Rollup. Caracteriza-se por fornecer um ambiente de transação NFT sólido. Estão planeados muitos jogos grandes de blockchain no Immutable X, incluindo Illuvium, Ember World, etc.
Gods Unchained, um jogo de cartas lançado numa fase anterior, também é muito popular. Em Gods Unchained, os jogadores vão comprar, construir e recolher cartões que podem ser usados para construir decks e batalha contra outros jogadores.

Polígono ZKEVM (Hermez)

Recentemente, a Polygon continuou a expandir os seus negócios na ZK-Rollups. No seguimento dos esforços para adquirir o Protocolo Mir e a Rede Hermez, a Polygon lançou a Polygon Hermez em julho de 2022. Este é o primeiro projeto ZKEVM equivalente ao EVM de código aberto. Beneficiando da marca forte da Polygon, Hermez tinha ganho grande atenção assim que foi lançada. Depois que o testnet entrar em funcionamento, os desenvolvedores podem implantar facilmente qualquer contrato Ethereum smart contract na Polygon Hermez.

(Fonte imagem: Polygon ZKEVM)

OP-Rollups vs ZK-Rollups

Modelo de segurança

A ZK-Rollups depende do mecanismo criptográfico sem confiança para garantir a segurança, enquanto a OP-Rollups depende dos incentivos criptoeconómicos para manter a confiança.
Os OP-Rollups agrupam várias transações em lotes e enviam-nas para a Mainnet para verificação. Não verificam a autenticidade dessas transações antecipadamente mas assumem otimisticamente que todas as transações estão corretas. Os OP-Rollups têm um período desafiador de cerca de 1-2 semanas, permitindo que qualquer pessoa desafie a autenticidade da transação computando provas de fraude, protegendo assim o estado da blockchain. Se o utilizador quiser sair, deve esperar até depois do período de desafio para determinar a correção da transação.
O ZK-Rollups produzirá provas de validade para transações em pacote antecipadamente e enviá-las para contratos inteligentes na Mainnet para provar a correção da alteração de estado. Como as provas de validade podem ser propostas para atualizar o estado da blockchain, os utilizadores podem sair do ZK-Rollups a qualquer momento.

Utilização do espaço de blocos

Os OP-Rollups empacotam um grande número de transações em lotes e enviam-nas para a Mainnet para verificação. Em contrapartida, o ZK-Rollups envia dados resumidos de pequeno tamanho à Mainnet. Como o custo do envio de dados para a Mainnet é o principal custo incorrido nos Rollups, os ZK-Rollups são superiores pois só precisam enviar provas de validade mínima.

Compatibilidade EVM e crescimento futuro

Devido à sua maior compatibilidade com o EVM, os OP-Rollups ocupam a maioria da tampa de mercado da Camada 2. Mas finalizar a correção das transações está sujeita a um atraso devido a provas de fraude.
A ZK-Rollups tem as vantagens de baixo custo, impotência e uma confirmação mais rápida das transações. A parte negativa é que é difícil ser compatível com o EVM, juntamente com muitos problemas existentes para serem resolvidos, tais como o código de fonte não totalmente aberta e diferentes métodos de desenvolvimento.
De uma perspetiva abrangente, os OP-Rollups são mais código aberto que os ZK-Rollups, tornando o seu processo de desenvolvimento mais fácil. É por isso que o mercado atual da Camada 2 é dominado pelos OP-Rollups. No entanto, devido às provas de fraude, os OP-Rollups são inerentemente inferiores aos ZK-Rollups em termos de segurança; enquanto as ZK-Rollups são limitadas por problemas de elevadas barreiras técnicas e desenvolvimento imaturo, etc.
Quanto ao futuro dos rollups, os Rollups são mais favorecidos pelo público como uma solução ideal a curto prazo, que pode efetivamente aliviar a carga sobre Ethereum. E a ZK-Rollups é vista como uma solução muito mais promissora para alcançar maior segurança e escalabilidade a médio e longo prazo.

Desafios dos Rúmulos

Não totalmente descentralizado

Os Rollups atuais podem ser vistos de dois aspetos. Os blocos são gerados por operadores específicos de uma forma centralizada, mas são verificados pelo Ethereum, que é sem confiança e altamente descentralizado.

Operadores específicos podem enviar provas de dados para a Camada 1, mas isso pode causar um único ponto de falhas. Na verdade, o Arbiturm esteve presente várias vezes por essa razão.

Dificuldade de segurança e desenvolvimento

Com base em como os dados serão submetidos à Ethereum, os Rollups são divididos em dois tipos: acúmulos otimistas e acumulos de conhecimento zero.

Os rollups de OP têm códigos abertos maduros e estão a desenvolver-se rapidamente porque são mais fáceis de implementar. No entanto, como a OP-Rollups pressupõe que todas as transações estão corretas, são necessárias provas de fraude e incentivos de token para estimular os validadores fora da Mainnet a verificarem a correção das transações durante o período do desafio. Se os utilizadores quiserem retirar-se, devem esperar até que o período de desafio termine. Então os OP-Rollups são inferiores em termos de segurança.

Tendo em conta isso, devem ser propostas soluções para os problemas de segurança dos OP-Rolllus. Caso contrário, serão finalmente substituídos por ZK-Rollups que são mais seguros.

A ZK-Rollups precisa produzir provas de validade para as transações compactadas. Precisam de enviar os dados da transação para a Ethereum para armazenamento e provar a correção da mudança de estado da blockchain. Os utilizadores podem retirar-se de um ZK-Rollup a qualquer momento porque as transações de saída são executadas assim que o contrato ZK-Rollup verificar a prova de validade.

Embora a ZK-Rollups goze de uma segurança mais elevada, ainda existem muitos problemas, incluindo os códigos não totalmente open-source, os diferentes métodos de desenvolvimento de equipas diferentes, a velocidade limitada da transação devido ao cálculo da prova de conhecimento zero (ZKP) e as dificuldades de ser compatível com EVM. Todos esses fatores estão a restringir a implementação do ZK-Rollups a curto prazo.

A ponte de rolagem cruzada é necessária para realizar múltiplos acúmulos. Visto que as pontes transversais são menos seguras e suscetíveis a roubo de ativos, deveremos evitar adotar o projeto de pontes transversais mas concentrar-nos na sua segurança e interoperabilidade. Como a tecnologia subjacente é bastante complexa e ainda na infância, não mergulharemos mais nela neste artigo.
A visão dos múltiplos rollups é realmente atraente, mas atualmente os rollups ainda estão numa fase inicial. À medida que cada vez mais equipas profissionais entram em Rollups, podem ser resolvidos muitos desafios que existem há muito tempo, e a educação generalizada deste campo e o número de candidaturas também crescerão de forma correspondente. No futuro, vamos definitivamente inaugurar um ecossistema completo de múltiplos rollups.

Conclusão

Visto que a tecnologia Rollup ainda está na infância, é necessário mais tempo para realizar investigação e desenvolvimento aprofundados. Atualmente, os Rollups têm elevadas barreiras técnicas e dificuldades para alcançar a compatibilidade com o EVM. Portanto, os OP-Rollups são vistos como uma solução ideal a curto prazo enquanto as ZK-Rollups a médio e longo prazo.
Os Rollups visam reduzir a carga no Ethereum. Atualmente, o volume diário de transações da Arbitum e Otimismo, duas cadeias de Camada 2 líderes, rondam as 100 000, que são números relativamente baixos. Em contrapartida, o volume diário de transações da Ethereum Mainnet chega a 1 milhão. É óbvio que é necessário mais tempo para a camada 2 atrair mais utilizadores e projetos da Mainnet.
O conceito de multi-rollups mais escala em cadeia - partilha combinada para armazenamento de disponibilidade de dados pode ser uma solução para o problema do “triângulo impossível” da blockchain, cujo desenvolvimento dará início a um capítulo totalmente novo.

(Fonte da imagem: Etherscan)

O objetivo da Ethereum Scaling é melhorar a sua escalabilidade sem sacrificar a descentralização ou a segurança, com vista a resolver o “triângulo impossível”. O Rollup é apenas uma das muitas maneiras possíveis de atingir o grande objetivo de escala. Os rolos, juntamente com a tecnologia de afiação para atingir o dimensionamento em cadeia, podem realmente melhorar o rendimento da Ethereum. Antes disso, tudo o que podemos fazer é atualizar-nos com as mais recentes tecnologias e notícias relacionadas continuamente, receber pontos de vista diferentes e construir a nossa própria estrutura de conhecimento sobre o desenvolvimento futuro deste setor, criando assim potenciais oportunidades próprias.