Como funcionam os optimistic rollups (o guia completo)

Considerada uma ideia marginal no passado, a Ethereum—a primeira plataforma de smart contracts do mundo—cresceu consideravelmente ao longo dos anos, e hoje hospeda quase 3.000 aplicações descentralizadas, mais de 4.000 smart contracts e mais de 90.000 transações diárias.

Mas o aumento da atividade na Ethereum trouxe um custo: escalabilidade.

Limites no tamanho dos blocos e no tempo entre blocos, embora necessários para a descentralização e a segurança, reduzem a capacidade da Ethereum de escalar e aceitar mais usuários. O resultado é um conjunto de problemas familiares à maioria dos usuários da Ethereum—taxas de gas altas e transações lentas.

Escalar a Ethereum com segurança exige aumentar sua capacidade de escalar throughput e latência da rede sem introduzir premissas de confiança. É isso que várias soluções de escalabilidade, como Rollups e sidechains de Layer 2, tentam fazer.

Este artigo explora os Optimistic Rollups (ORUs), uma classe de soluções de Rollup L2 projetadas para tornar o uso da Ethereum mais barato e rápido.

O que são optimistic rollups?

‍Optimistic rollups são uma construção de layer 2 (L2) que melhora o throughput e a latência na camada base da Ethereum ao mover computação e armazenamento de dados para fora da chain. Um optimistic rollup processa transações fora da Ethereum Mainnet, reduzindo o congestionamento na camada base e melhorando a escalabilidade.

O termo "optimistic" aponta para uma característica distintiva dos optimistic rollups: eles publicam pouca informação sobre transações on-chain e assumem automaticamente que todas as transações são válidas. São chamados de "rollups" porque agregam ("enrolam") milhares de transações em lotes antes de enviá-las para a Mainnet.

A arquitetura de um optimistic rollup

1. Entrando no optimistic rollup

Optimistic rollups usam smart contracts implantados na Ethereum para gerenciar a interação entre a chain L2 e a blockchain L1 (Ethereum). Usuários do rollup precisam depositar fundos em um desses smart contracts antes de terem um valor equivalente desbloqueado no rollup.

Um terceiro, conhecido como sequencer, credita o usuário com fundos no rollup após receber a prova do depósito deste último no contrato do rollup. O usuário fica então livre para transacionar no rollup até esgotar seu saldo.

2. Usando o optimistic rollup

No rollup, os usuários assinam transações e as enviam ao sequencer, responsável por ordenar e executar as transações. O sequencer verifica as transações, comprime os dados em um bloco e envia o lote para a Ethereum como uma única transação.

Essa é outra área em que o contrato do rollup entra em cena. O contrato on-chain armazena uma "state root", que é uma raiz de Merkle do estado do rollup. Vamos detalhar isso:

Estado

Estado é um conceito que se refere às informações disponíveis sobre uma rede em um momento específico. O "estado do rollup" descreve a condição atual da chain L2 e especifica detalhes, como contas existentes, saldos, smart contracts, e assim por diante.

Toda transação realizada no rollup causa uma mudança em seu estado—por exemplo, o saldo de Alice diminuirá depois que ela enviar 5 ETH para Bob. Assim, as transações são chamadas de transições de estado, já que o rollup passa de um estado antigo para um novo estado após executar uma transação.

Raiz de Merkle

Uma raiz de Merkle permite que os usuários codifiquem grandes quantidades de informação usando hashes criptográficos. Raízes de Merkle também facilitam a verificação de se um dado (por exemplo, uma transação) faz parte de um conjunto de dados maior (por exemplo, um lote de transações).

Portanto, a "state root" armazenada no contrato do rollup é um compromisso criptográfico que verifica o status do rollup em diferentes momentos. Quando um sequencer envia um lote de transações para o contrato do rollup, ele deve incluir uma pre-state root e uma post-state root.

1. Pre-state root: A state root antiga, que descreve a condição do rollup antes da execução das transações enviadas.

2. Post-state root: A nova state root, que descreve a condição do rollup após a execução das transações enviadas.

Assim que o sequencer envia o lote, o contrato verifica se a pre-state root corresponde à state root existente. Se as duas coincidirem, o contrato descarta a state root antiga e armazena a nova state root proposta pelo sequencer.

Isso significa que as transações referenciadas na post-state root se tornam finais e não podem ser revertidas. Observe que o sequencer não precisa enviar prova da validade das transações agrupadas.

O único momento em que uma prova é exigida é se um verificador reportar uma transação fraudulenta do rollup usando uma fraud proof. Explicaremos a mecânica de uma fraud proof em uma seção posterior deste artigo.

3. Saindo do optimistic rollup

Digamos que Alice (a usuária) já teve o suficiente desse negócio de rollup e quer sacar seus fundos do contrato do rollup na Ethereum Mainnet. Para isso, ela precisa de uma prova de Merkle que—sim, você adivinhou—comprove que sua transação está incluída na state root do rollup.

Construir a prova de Merkle exige acesso aos dados iniciais da transação, que se espera que o sequencer forneça. Se tudo correr bem, Alice recebe os dados, cria a prova de Merkle e a envia ao contrato do rollup.

Mas depender do sequencer para fornecer os dados da transação introduz premissas de confiança. Um sequencer poderia agir de má-fé, executar uma transação transferindo o token de Alice para sua própria carteira e negar a ela os dados de que precisa para provar a propriedade dos fundos. Até algo menos malicioso, como um sequencer ficar offline, ainda pode ameaçar a descentralização e a segurança dos optimistic rollups.

Os optimistic rollups resolvem esse problema exigindo que os sequencers publiquem os dados completos das transações na camada de execução principal da Ethereum. Essa informação é publicada na Ethereum Mainnet como "calldata", o que é mais barato do que armazená-la na memória ou no storage da Ethereum Virtual Machine (reduzindo ainda mais as taxas do rollup).

Isso alcança dois objetivos:

1. Se um sequencer ficar offline, outro sequencer pode usar os dados da transação para reconstruir o estado do rollup e continuar produzindo blocos.

2. Alice (a usuária) pode baixar os dados ela mesma e usá-los para criar uma prova de Merkle.

O uso de disponibilidade de dados on-chain é o que torna os optimistic rollups consideravelmente mais seguros do que outras soluções de escalabilidade. Com os dados de transação armazenados na Ethereum, os fundos dos usuários estão sempre seguros—desde que a Ethereum continue operacional.

Então, de um jeito ou de outro, Alice consegue criar uma prova de Merkle para comprovar a propriedade dos fundos. No entanto, ela precisa esperar o período de disputa transcorrer antes de sacar seus fundos. Nos optimistic rollups, o período de disputa é um intervalo de 1 a 2 semanas entre o envio de uma solicitação de saque e o recebimento dos fundos solicitados.

Durante esse período, qualquer pessoa pode publicar uma fraud proof alegando que uma determinada transação, ou lote de transações, é inválida. Se a fraud proof for bem-sucedida, o bond do sequencer (fornecido como garantia de comportamento honesto) é cortado (slashed), os "fundos" de Alice são revertidos, e o "denunciante" (chamado de verificador) é recompensado por seus esforços.

Se ninguém contestar a solicitação de saque de Alice, ela poderá obter seus fundos do contrato do rollup após 1 a 2 semanas.

O que é uma fraud proof?

Uma fraud proof é uma alegação de que uma transição de estado (ou seja, uma transação) é inválida e que o lote inteiro deve, como resultado, ser revertido. Embora complexas, as fraud proofs dependem fortemente das state roots (mencionadas anteriormente) para funcionar.

O processo começa quando uma parte (verificador) detecta uma incompatibilidade entre o estado do rollup referenciado na state root na chain L1 e o estado real da chain do rollup.

Um exemplo seria o sequencer enviar uma post-state root que reduz o saldo de Alice em 5 ETH e aumenta o saldo de Bob no mesmo valor, mesmo que Alice nunca tenha realizado essa transferência.

O verificador pode "contestar" essa transição de estado e provar sua invalidade. Isso é possível porque o verificador baixa os dados de cada transação, os aplica à sua própria cópia do estado do rollup e calcula a post-state root.

Se a post-state root do sequencer corresponder à do verificador, nada acontece. Se, no entanto, a post-state root do sequencer for diferente—provavelmente porque inclui uma transação falsa, como a descrita no caso de Alice—então o verificador pode acionar o cálculo de uma fraud proof.

Como funcionam as fraud proofs?

Aqui está uma descrição de alto nível do processo de fraud proof:

1. O verificador inicia uma contestação e fornece as seguintes informações:

   a. Transição de estado contestada

   b. A pre-state root

   c. Dados do estado do rollup

   d. Sua versão da post-state root.

   2. A transação é reexecutada em um ambiente isolado (sandbox) na chain L1, usando, entre outras coisas, as informações fornecidas pelo contestador.

Esse "ambiente isolado" é um smart contract em execução na Ethereum, que também funciona como uma máquina virtual (VM).

3. Se o cálculo resultar em uma post-state root que corresponda à do contestador, então sabemos que o sequencer de fato publicou um lote com uma transição de estado inválida.

O lote inválido (e outros) publicados posteriormente serão revertidos, restaurando o rollup ao seu estado anterior.

Vale notar que o mecanismo de fraud proof é mais complicado do que descrito aqui.

Este artigo sobre fraud proofs em rollups pode fornecer mais contexto.

Qual é a diferença entre fraud proofs e validity proofs?

Uma fraud proof é diferente de uma validity proof principalmente porque é calculada on-chain. Validity proofs (também chamadas de zero-knowledge proofs) são calculadas off-chain (ou seja, no rollup) e verificadas na Ethereum.

Como explicado em nosso artigo comparando diferentes tipos de zero-knowledge proofs, uma validity proof, como um SNARK ou STARK, é usada para provar a validade de transações realizadas off-chain. Essa é a base de um zero-knowledge rollup.

Em um ZK-rollup, uma validity proof é produzida para cada lote usando os dados da transação como entradas. Essa validity proof é enviada junto com o lote para a Ethereum Mainnet e verificada por um contrato on-chain. Isso significa que as transações podem ser declaradas válidas imediatamente, sem esperar por uma contestação (como acontece com os optimistic rollups).

Outra diferença entre fraud proofs e ZK proofs é que estas últimas são um pouco mais fáceis de verificar on-chain. Tudo o que o smart contract precisa fazer é executar a validity proof para determinar a validade das transações do lote. Com uma fraud proof, toda a transição de estado precisa ser reexecutada antes de concluir o cálculo da fraud proof.

Quais são as diferenças entre optimistic rollups e zk rollups?

A principal diferença entre optimistic rollups e ZK rollups vem do suporte dos primeiros a smart contracts, dos saques com atraso, da dependência de incentivos cripto-econômicos e das propriedades de segurança.

Aqui está uma comparação detalhada entre optimistic rollups e ZK rollups:

Quais são as principais blockchains de optimistic rollup?

As principais blockchains de optimistic rollup são Arbitrum, Optimism, Metis Andromeda e Boba Network em termos de Total Value Locked (TVL). Abaixo está uma visão geral dos diferentes optimistic rollups (ORUs):

1. Arbitrum

O Arbitrum é um projeto de optimistic rollup projetado para melhorar os custos e a velocidade das transações dos usuários da Ethereum, movendo computação e armazenamento de dados para fora da chain. A Arbitrum Virtual Machine (AVM) oferece suporte a smart contracts compatíveis com a EVM, permitindo que os usuários usem seus aplicativos favoritos por uma fração dos custos da Ethereum.

2. Optimism

O Optimism é uma chain de optimistic rollup compatível com a EVM, que aproveita as garantias de segurança da Ethereum. O Optimism usa uma construção de optimistic rollup (OR) para agrupar milhares de transações off-chain e economizar taxas de gas para os usuários.

3. Metis andromeda

Metis Andromeda é um protocolo L2 escalável, de baixo custo e funcional, baseado em optimistic rollups. A stack exclusiva da Metis Andromeda pode ser aplicada a diferentes casos de uso, incluindo aplicativos, DAOs e DeFi.

4. Boba network

Boba Network é um L2 da Ethereum que escala throughput com designs de optimistic rollup. A Boba Network oferece um serviço de Liquidity Provider (LP) que permite aos usuários sacar fundos imediatamente sem esperar o período de contestação de sete dias transcorrer.

Quais blockchains ou projetos optimistic têm tokens?

Os seguintes projetos de optimistic rollup têm tokens:

• Optimism (OP)
• Boba Network (BOBA)
• Metis Andromeda (METIS)

Ferramentas de optimistic rollup

Optimistic rollups são soluções úteis para escalar aplicações e interagir com smart contracts de forma mais econômica e eficiente. Mas, primeiro, você vai precisar de várias ferramentas para usar optimistic rollups de forma fácil e segura.

Aqui estão várias ferramentas de optimistic rollup para desenvolvedores e usuários finais:

Cross-chain bridges para blockchains optimistic de layer 2

Embora os optimistic rollups sejam construídos sobre a camada base da Ethereum, os ativos em ambas as chains não são nativamente compatíveis. No entanto, você pode transferir fundos de uma chain L1, como a Ethereum, para um optimistic rollup usando cross-chain bridges:

Aqui estão exemplos de bridges que conectam chains L1 a diferentes rollups L2:

Bridges de e para o Arbitrum

• Arbitrum Token Bridge
• cBridge
• Hop Protocol
• Synapse Protocol
• Anyway Bridge
• DeGate Bridge

Bridges de e para o Optimism

• Connext
• Celer Bridge
• Li.Fi
• Optimism Bridge
• Poly Network
• Via Protocol
• Synapse Protocol
• Across

Bridges de e para metis andromeda

• Metis Bridge
• cBridge
• AnySwap
• Synapse Protocol

Bridges de e para boba network

• Across
• Boba Standard Token Bridge/Fast Token Bridge
• cBridge
• Synapse Protocol

Testnets de optimistic rollup

Uma testnet é uma rede blockchain pública que simula o comportamento de uma rede principal associada (Mainnet). Testnets não usam fundos reais, ao contrário de uma blockchain real, permitindo que desenvolvedores implantem e testem smart contracts com risco mínimo.

Alguns optimistic rollups têm versões de testnets da Ethereum, como a Rinkeby, que você pode usar para testar sua dApp:

1. Optimism Ethereum Kovan Testnet

A Optimistic Ethereum Kovan Testnet é uma chain de optimistic rollup compatível com a EVM, projetada para fins de teste. Assim como o Optimism na Ethereum Mainnet, a Optimistic Ethereum Kovan Testnet é projetada para transações mais rápidas e baratas do que as obtidas em L1s.

2. Arbitrum Rinkeby Testnet

A Offchain Labs, equipe por trás do Arbitrum, lançou uma chain de rollup equivalente à EVM na rede Rinkeby. A testnet Arbitrum Rinkeby permite que desenvolvedores implantem smart contracts em Solidity no rollup Arbitrum sem baixar nenhum software. Ela também vem com um blockchain explorer e uma bridge para movimentar tokens ERC-20/ERC-721.

3. Boba network Rinkeby Testnet

A Boba Network é outro projeto com uma chain de rollup compatível com a EVM na testnet Rinkeby. Você pode solicitar ETH de testnet com o Rinkeby faucet da Alchemy para criar ou testar seus smart contracts.

Conclusão

Optimistic rollups são uma parte importante dos esforços para escalar a Ethereum usando arquitetura de layer 2. Optimistic rollups se apoiam na segurança e na descentralização da Ethereum, ao mesmo tempo em que oferecem taxas mais baratas e transações mais rápidas.

A Alchemy oferece suporte a dois projetos líderes baseados em optimistic rollups, Arbitrum e Optimism. Cadastre-se gratuitamente hoje e veja como você pode escalar sua dApp com optimistic rollups baseados em Ethereum.

Perguntas frequentes

O que são optimistic rollups?

Optimistic rollups são soluções de escalabilidade de layer 2 que melhoram o throughput e a latência da Ethereum ao mover computação e armazenamento de dados para fora da chain, assumindo que todas as transações são válidas, a menos que sejam contestadas.

Como você deposita fundos em um optimistic rollup?

Os usuários depositam fundos em smart contracts implantados na Ethereum, e um sequencer os credita com valores equivalentes no rollup após receber a prova do depósito.

O que é o período de contestação nos optimistic rollups?

O período de contestação é um intervalo de 1 a 2 semanas após o envio de uma solicitação de saque, durante o qual qualquer pessoa pode publicar uma fraud proof para contestar transações inválidas antes que os fundos possam ser sacados.

Qual é o papel do sequencer?

O sequencer ordena e executa transações, comprime os dados das transações em blocos, envia os lotes para a Ethereum como transações únicas e credita os usuários com fundos após os depósitos.

Qual é a diferença entre optimistic rollups e ZK rollups?

Optimistic rollups assumem que as transações são válidas e usam fraud proofs apenas quando contestadas, enquanto ZK rollups usam validity proofs para cada lote e permitem saques imediatos sem períodos de espera.

O que é uma fraud proof?

Uma fraud proof é uma alegação de que uma transição de estado é inválida, acionada quando um verificador detecta uma incompatibilidade entre o estado do rollup e envia evidências para reverter o lote fraudulento.

Por que os optimistic rollups têm atrasos nos saques?

O atraso de 1 a 2 semanas no saque dá tempo para que os verificadores detectem e contestem quaisquer transações fraudulentas antes que os fundos sejam liberados do contrato do rollup.

Quais são as principais blockchains de optimistic rollup?

As principais blockchains de optimistic rollup por Total Value Locked são Arbitrum, Optimism, Metis Andromeda e Boba Network.