Optimistic Rollup: Análise Técnica

Conceito Abstrato

O Rollup é uma solução de escalabilidade para Layer 2 da Ethereum, criada para aumentar significativamente a capacidade de processamento da rede ao executar transações fora da cadeia principal. O Optimistic Rollup assume a validade das transações Layer 2 e comprime múltiplas transações numa única submissão para a Ethereum. Após essa submissão, existe um período de uma semana durante o qual qualquer participante pode contestar a autenticidade das transações. Caso seja detetada fraude na atualização do estado, o contestatário recebe uma recompensa.

Como Funciona o Optimistic Rollup

No Layer 2, as transações dos utilizadores são enviadas para operadores de nós do Optimistic Rollup. Estes nós atuam como “validadores” e “agregadores”, sendo responsáveis por combinar e verificar as transações. Os nós comprimem os dados de várias transações numa única transação, que é encaminhada para o pool de transações do Layer 1 da Ethereum.

Qualquer pessoa pode operar um nó do Optimistic Rollup; no entanto, é obrigatório depositar uma garantia na rede para assegurar a integridade do operador. Ao publicar um bloco, o nó disponibiliza um período de “prova de fraude” de uma semana. Se nenhum nó ou utilizador contestar o bloco durante este prazo, o bloco é confirmado.

Técnicas de Compressão de Dados

Uma transação típica na Ethereum ocupa cerca de 110 bytes, mas ao enviar ETH no Optimistic Rollup, são utilizados aproximadamente 12 bytes. Entre os métodos de compressão encontram-se:

• O nonce é totalmente omitido e recuperado do estado anterior
• As informações relativas ao gas são movidas para fora das transações Layer 2
• São utilizados índices em vez de endereços Ethereum nos campos “Para” e “De”
• Os valores são armazenados em notação científica
• As transações são agregadas através de assinaturas BLS agregadas
• Os dados das transações são registados no campo Calldata em cadeia

Submissão de Dados à Ethereum

O Optimistic Rollup implementa um contrato inteligente específico — o contrato Rollup — na Layer 1 da Ethereum. Este contrato gere o estado do Rollup, acompanhando saldos de utilizadores, processando depósitos, gerindo levantamentos e resolvendo disputas.

As transações são recolhidas e agregadas por nós fora da cadeia, que combinam múltiplas transações num “bloco Rollup”. Posteriormente, os nós publicam os dados agregados sob a forma de calldata na Ethereum. O Calldata permite um armazenamento de dados em cadeia mais económico.

Compromissos de Estado

Os dados submetidos incluem o conteúdo das transações e a raiz da árvore de Merkle antes e depois da transação. Esta raiz representa o estado do Optimistic Rollup em cada momento, incluindo contas, saldos e códigos de contratos.

O operador Layer 2 mantém localmente uma árvore de estado das contas Layer 2, registando o valor hash da raiz antes e depois da execução de lotes de transações. Esta raiz de estado, que referencia o estado mais recente do Rollup, é guardada no contrato Rollup.

Mecanismo de Prova de Fraude

O Optimistic Rollup estabelece um período de uma semana em que os utilizadores podem contestar blocos. Caso alguém apresente uma contestação, o protocolo executa um processo de prova de fraude.

Ao reproduzir as transações, calcula-se uma nova raiz de estado e compara-se com a raiz proposta pelo nó. Se existir discrepância, a transição de estado é revertida e a garantia do nó é confiscada e atribuída ao contestatário.

Máquina Virtual OVM

O Optimistic Rollup integra todas as funcionalidades dos smart contracts da Ethereum no ecossistema Layer 2, disponibilizando uma máquina virtual OVM totalmente Turing-completa para desenvolvimento e implementação de dApps.

A máquina virtual OVM é inteiramente compatível com a EVM da Ethereum, facilitando a migração de dApps para Layer 2.

Conclusão

Duas redes Layer 2 desenvolvidas a partir do protocolo Optimistic Rollup são a Optimism e a Arbitrum. Atualmente, tornaram-se os maiores ecossistemas Layer 2 do universo Ethereum.

O Optimistic Rollup baseia-se em provas de fraude, enquanto o ZK Rollup recorre a provas de conhecimento zero. A avaliação da superioridade de uma solução relativamente à outra exige uma análise continuada ao longo do tempo.

FAQ

O que é o Optimistic Rollup? Como é que permite a escalabilidade em Layer 2?

O Optimistic Rollup é uma solução de escalabilidade Layer 2 que processa transações fora da cadeia e as regista na cadeia após validação. Ao agrupar transações de forma eficiente, aumenta o volume de operações, reduz custos e melhora a capacidade global da Ethereum.

Qual é o princípio técnico do Optimistic Rollup? Como funciona o mecanismo de prova de fraude?

O Optimistic Rollup utiliza sequenciadores para agrupar transações e reduzir taxas. O mecanismo de prova de fraude valida as transações mediante desafios, assegurando a segurança ao permitir que os utilizadores contestem transições de estado inválidas na cadeia.

Quais são as diferenças entre o Optimistic Rollup e o ZK-Rollup? Quais as respetivas vantagens e desvantagens?

O Optimistic Rollup pressupõe a validade das transações até prova em contrário, apresentando menor complexidade e custo, mas com prazos de levantamento mais longos. O ZK-Rollup utiliza provas de conhecimento zero para validação instantânea, garantindo transações mais rápidas e maior segurança, embora implique maior complexidade e exigência computacional.

Como é assegurada a segurança no Optimistic Rollup? Quais os riscos potenciais?

O Optimistic Rollup garante segurança através de períodos de contestação para resolução de disputas e mecanismos de prova de fraude. Entre os riscos potenciais contam-se sequenciadores centralizados, atrasos na finalização das transações e dependência de validadores honestos. As melhorias atuais incidem na verificação permissionless e na descentralização.

Que ganhos de desempenho permite o Optimistic Rollup? Em quanto podem ser reduzidos os custos de transação?

O Optimistic Rollup aumenta a capacidade de processamento de transações entre 10 e 100 vezes e reduz os custos de transação até 90% face às redes Layer 1, proporcionando operações mais rápidas e económicas.

Que projetos utilizam atualmente a tecnologia Optimistic Rollup? Como se comparam a Arbitrum e a Optimism?

Arbitrum e Optimism são as principais soluções Optimistic Rollup. A Arbitrum possui um ecossistema mais amplo, com mais de 442 aplicações e entrada antecipada no mercado (2021). A Optimism destaca-se pela arquitetura modular baseada no OP Stack. Ambas oferecem escalabilidade Layer 2 na Ethereum, com implementações técnicas distintas e adoção crescente.

Qual é o período de contestação para levantamentos no Optimistic Rollup e qual a sua importância?

O período de contestação para levantamentos no Optimistic Rollup é geralmente de 7 dias. Este mecanismo previne fraudes ao permitir que validadores contestem pedidos de levantamento inválidos durante esse intervalo, garantindo a finalização e segurança das transações antes da libertação dos fundos.