Discutindo Sidechain e Rollup: Semelhanças e Diferenças em Arquitetura, Garantia de Segurança e Escalabilidade

Autor: Emmanuel Awosika; Compilador: Deep Tide TechFlow

Sidechains e Rollups são duas soluções para problemas de escalabilidade de blockchain. No centro de ambas as soluções está a ideia de descarregar a computação de blockchains com recursos limitados, como Ethereum, para blockchains autônomos otimizados para escala. Essa abordagem traz benefícios como menor custo por transação, menor latência e maior taxa de transferência geral. Mas as similaridades acabam aí.

Sidechains e Rollups são fundamentalmente diferentes em sua abordagem de dimensionamento e diferem em decisões de design e compensações. Para desenvolvedores que procuram aproveitar ambas as soluções para criar dapps escaláveis, é importante entender as diferenças.

Este artigo fornece uma visão geral de Rollups e sidechains e explora suas diferenças em arquitetura, garantias de segurança, escalabilidade de desempenho e muito mais.

**O que é uma sidechain? **

**Sidechains são redes blockchain que rodam em paralelo com outra blockchain (chamada de "mainchain"). **Normalmente, as sidechains são conectadas à mainchain por meio de uma ponte de cadeia cruzada bidirecional, permitindo que os ativos sejam transferidos entre as duas redes e, possivelmente, dados arbitrários, como estados de contrato, provas de Merkle e resultados de transações específicas.

A maioria das sidechains tem seu próprio mecanismo de consenso e validadores, separados da mainchain. Isso permite que as sidechains liquidem e concluam transações sem depender de outras blockchains. No entanto, isso também significa que a segurança dos fundos vinculados às sidechains depende da existência de fortes incentivos criptoeconômicos para evitar comportamentos maliciosos entre os validadores.

Tipo de sidechain

** Sidechains compatíveis e não EVM: ** sidechains compatíveis com EVM usam uma implementação personalizada da Ethereum Virtual Machine, um ambiente de execução para implantação de contratos inteligentes na Ethereum. Na verdade, a maioria dessas blockchains foi inicialmente bifurcada do go-ethereum (também conhecido como Geth, a implementação mais popular do protocolo ethereum).

Embora retendo a maioria dos recursos do design do Ethereum (como suporte para contratos inteligentes), as cadeias laterais compatíveis com EVM são otimizadas em outros aspectos, especialmente o mecanismo de consenso, para melhorar a eficiência de execução e o rendimento. Hoje, sidechains compatíveis com EVM executam a maioria dos contratos inteligentes escritos em linguagens EVM como Solidity, reduzindo custos e latência para usuários de aplicativos descentralizados.

Sidechains não EVM implementam diferentes arquiteturas de máquinas virtuais e não podem executar dapps nativos do Ethereum sem extensa refatoração de código. Os desenvolvedores que constroem cadeias não EVM não podem usar ambientes e ferramentas de desenvolvimento EVM familiares (como Truffle, Remix, Hardhat) e podem precisar aprender outras linguagens (como Rust ou Golang) para criar dapps.

Nota: Avalanche, Fantom, Celo e Palm são exemplos de sidechains compatíveis com EVM. NEAR, Solana e Algorand são exemplos de sidechains não EVM.

Commit chains e Optimistic side chains: Nem toda side chain depende inteiramente de sua própria segurança; algumas side chains, notavelmente commit chains e optimistic chains, contam com a main chain para fornecer certas garantias de segurança. Uma cadeia de confirmação envia periodicamente compromissos criptográficos (como cabeçalhos de bloco) para outro blockchain para atualizar seu estado mais recente. A cadeia principal não pode verificar essas provas de estado porque não tem acesso ao estado da cadeia lateral, mas garante que participantes honestos possam desafiar cabeçalhos de bloco inválidos antes de serem confirmados.

Normalmente, isso é feito implementando um contrato inteligente na cadeia principal que lida com recompensas, apostas, rotação e penalidades para validadores da cadeia lateral. Se um validador cometer uma violação provável (como assinar dois blocos na mesma altura), qualquer um pode enviar a prova para o contrato inteligente e cortar a aposta desse validador.

A cadeia Optimistic funciona de forma semelhante, exigindo que os validadores enviem periodicamente cabeçalhos de bloco para um contrato inteligente na cadeia principal. No entanto, a cadeia Optimistic não possui um mecanismo de consenso separado - os cabeçalhos de bloco são simplesmente considerados válidos até serem desafiados pela prevenção de fraudes. Assim, uma cadeia otimista pode operar com apenas um validador (honesto), enquanto uma cadeia lateral de confirmação requer vários validadores para funcionar corretamente.

Em ambos os casos, atores honestos podem provar ao blockchain pai que o comportamento malicioso ocorreu no sidechain. Desta forma, mesmo que a maioria dos verificadores da cadeia lateral sejam maus, os usuários ainda podem obter uma certa garantia de segurança.

Mas é importante observar que atores honestos não podem provar comportamento malicioso sem acesso aos dados de estado armazenados no bloco. No entanto, como a cadeia principal recebe apenas cabeçalhos de bloco (não corpos de bloco) de sidechains, ela não pode garantir a disponibilidade do bloco. Isso permite que proponentes de blocos desonestos ocultem dados de blocos para ações desonestas, como roubar fundos de pontes de cadeia cruzada.

Esse problema é conhecido como problema de disponibilidade de dados e está no centro das diferenças nas propriedades de segurança de todas as cadeias laterais (não apenas cadeias de confirmação, cadeias laterais otimistas e Rollups).

**O que é Rollup? **

**O rollup melhora a escalabilidade do blockchain subjacente processando transações em um ambiente de execução separado. Semelhante aos sidechains, os Rollups têm uma ponte entre cadeias para transferir ativos entre o blockchain pai e o Rollup. Eles também implementam otimizações para aumentar a velocidade de computação e a economia para os usuários. **

No entanto, o Rollup enviará blocos periodicamente à cadeia principal, herdando assim as características de segurança e descentralização da cadeia principal. Isso significa que o blockchain pai fornece Rollup com garantias das seguintes propriedades de segurança:

1. Disponibilidade: A disponibilidade dos blocos Rollup é garantida porque os dados são armazenados na rede principal mais descentralizada e segura. Por exemplo, os usuários sempre podem atestar os detalhes dos contratos de ponte cruzada do estado Rollup (como possuir certos tokens) e sacar fundos enquanto os validadores Rollup ocultam os dados da transação.
2. Validade: Somente os blocos Rollup que atendem às condições de validade impostas pela cadeia pai podem ser finalizados.
3. capacidade de sobrevivência: Como os dados do Rollup são armazenados na camada base, qualquer pessoa pode reconstruir o último estado válido do Rollup e gerar novos blocos. Além disso, os usuários podem impor a inclusão de uma transação em um Rollup enviando-a para o contrato inteligente on-chain do Rollup.

Tipo de acúmulo

Existem duas formas de Rollup: Otimista e conhecimento zero. ** Rollup de conhecimento zero (também conhecido como Rollup de validade) envia blocos para a cadeia principal junto com provas para confirmar a execução correta de transações fora da cadeia. Se a prova for verificada on-chain, o bloco será finalizado na camada base.

Os blocos enviados pelo Optimistic Rollup não possuem nenhuma prova que comprove a validade dos cálculos off-chain. Os blocos são simplesmente considerados válidos, a menos que o resultado de uma transação seja contestado por outra parte por meio de uma "prova de fraude". A prova de fraude assume a forma de um jogo de verificação.Com a intervenção da cadeia-mãe, duas partes disputam um cálculo até que a parte desonesta seja encontrada.

Rollups otimistas são nomeados após as suposições otimistas de que a maioria das transições de estado são válidas. No entanto, essa suposição otimista combinada com incentivos criptoeconômicos garante que, a menos que um bloco inválido permaneça incontestado por muito tempo, ele nunca será finalizado pela cadeia principal.

Nota: Arbitrum e Optimism são exemplos de rollups otimistas.

A compatibilidade com EVM é outra diferença notável entre o Optimistic e o Zero-Knowledge Rollups. Embora os Rollups otimistas sejam compatíveis com EVM, os Rollups de conhecimento zero diferem na compatibilidade com EVM. Como provar instruções EVM nativas em um circuito de prova é complexo e exige muitos recursos, alguns rollups de eficácia usam conjuntos de instruções de máquina virtual personalizados otimizados para provas mais eficientes.

Para ZK-Rollup compatível com EVM, descrevemos seu ambiente de execução como "Zero-Knowledge EVM" (ZK-EVM). ZK-EVM pode executar contratos inteligentes Ethereum fora da cadeia e provar que todas as partes da computação foram executadas corretamente. Portanto, o ZK-Rollup é considerado mais seguro do que o Optimistic Rollup, que se baseia em incentivos criptoeconômicos e suposições de honestidade para evitar execuções inválidas.

O Linea é um exemplo de Rollup de eficácia de segunda camada com suporte total a EVM, permitindo que os desenvolvedores reutilizem a infraestrutura e as ferramentas Ethereum para criar dapps. Por outro lado, a implantação em um ZK-Rollup não EVM, como StarkNet, requer (a) construção de contratos inteligentes com uma pilha diferente ou (b) modificação da base de código para execução na máquina virtual StarkNet.

**Como o sidechain é diferente do Rollup? **

Throughput: As sidechains normalmente têm uma taxa de transferência de transação média mais alta do que os Rollups porque não dependem do consenso e da disponibilidade de dados da mainchain. Por exemplo, sidechains podem atingir grandes tamanhos de bloco e tempos de bloco extremamente rápidos para maior rendimento, o que o Rollup não pode fazer.

O rollup deve evitar o processamento de tantas transações que os lotes de transações não caibam em um único bloco da cadeia principal. Caso contrário, isso reintroduziria o congestionamento na camada base e dificultaria o acompanhamento dos blocos produzidos pelo Rollup. Assim, a largura de banda de dados da cadeia pai do Rollup impõe um limite efetivo em sua taxa de transferência.

Mesmo cadeias laterais que dependem parcialmente da segurança da cadeia principal (como cadeias de confirmação e cadeias otimistas) ainda superam o Rollup em taxa de transferência.

Custo: em comparação com o Rollup, os usuários podem pagar menos taxas por transações na cadeia lateral. Tal como acontece com outras diferenças entre sidechains e Rollups, esta tem a ver com a dependência dos Rollups na cadeia principal para liquidação e finalização. Aqui estão alguns dos custos operacionais incorridos pelo Rollup (esses custos são suportados pelo usuário):

• Armazenamento de dados: A confirmação de um bloco Rollup para a camada base incorre em um custo fixo (o custo de incluir a transação no bloco) e um custo variável (com base no tamanho do bloco Rollup). Como resultado, o Rollup cobra dos usuários por computação e dados, e transações com maiores volumes de dados pagam mais e vice-versa.
• Geração e verificação de provas: Zero-conhecimento Rollup precisa gerar provas de validade para a verificação da camada base, o que acarretará custos adicionais. Verificar a prova de validade requer muitos recursos, por exemplo, o custo atual no Ethereum é de cerca de 500.000 Gás.

As sidechains puras não incorrem nos custos acima, portanto, usá-las é mais barato. As cadeias de confirmação ou as cadeias laterais otimistas podem incorrer em alguns custos adicionais, como enviar cabeçalhos de bloco, mas esses custos são insignificantes. Além disso, os custos podem ser reduzidos acumulando vários cabeçalhos de bloco em uma única transação.

Finalidade: Uma sidechain totalmente responsável por sua segurança tem finalidade instantânea, onde um bloco não pode ser revogado depois de aprovado pela maioria dos validadores. No entanto, cadeias de confirmação ou cadeias laterais otimistas não se aplicam a esta regra, pois devem levar em conta os desafios que podem atrasar a finalização do cabeçalho do bloco.

Normalmente, os Rollups têm tempos de finalização mais longos do que sidechains puros, por vários motivos. Por exemplo, o Optimistic Rollup atrasa a confirmação das transações para garantir que os participantes honestos tenham tempo suficiente para desafiar as atualizações de estado inválido.

Validity Rollups têm finalização instantânea (uma vez verificada), mas têm um tempo de finalização mais longo do que sidechains puros. Devido ao alto custo de geração e verificação de comprovantes de validade, os serializadores preferem acumular um grande número de transações antes de gerar e enviar os comprovantes de validade de um lote.

Segurança: A segurança do Rollup (otimista ou conhecimento zero) é garantida pelo blockchain subjacente, reduzindo as suposições de confiança do usuário. Conforme explicado anteriormente, o Rollup depende da mainchain (economicamente segura) para consenso e disponibilidade de dados (ao contrário das sidechains). Isso reduz o risco de censura, retiradas congeladas, execução inválida, etc.

As sidechains puras são responsáveis por sua segurança. No entanto, iniciar validadores diversos e confiáveis pode ser difícil, e é por isso que as sidechains são consideradas menos seguras que os Rollups.

As cadeias de confirmação e as cadeias laterais otimistas são um pouco mais seguras do que as cadeias laterais puras, mas os usuários devem confiar na disponibilidade de dados dos validadores e proponentes. No caso de um ataque de ocultação de dados sem penalidade, a cadeia de confirmação e a cadeia lateral Optimistic não terão garantias de segurança.

Ponte entre cadeias: Rollups e sidechains (na maioria das vezes) usam o mesmo esquema de ponte de ativos: bloqueie tokens X em um contrato inteligente na cadeia principal e crie tokens X para usuários na cadeia secundária. Eles diferem na forma como os fundos depositados no contrato-ponte são garantidos.

Como os Rollups são específicos para um determinado blockchain de camada de base, geralmente há uma "ponte canônica" conectando os dois. Os fundos depositados na ponte Rollup são garantidos pela cadeia principal:

• Os fundos depositados em um Rollup de Validade só poderão ser sacados após a verificação on-chain dos comprovantes associados ao lote que contém a transação de saída.
• Para Optimistic Rollup, os usuários só podem retirar fundos se o bloco contendo a transação de retirada do usuário não tiver sido contestado após o final da janela de disputa (aprox. 1-2 semanas).

Em vez disso, a segurança dos fundos depositados em uma ponte sidechain depende de seu design. Por exemplo, se a sidechain tiver uma ponte cruzada canônica com outra blockchain, a segurança dos fundos da ponte está relacionada à honestidade dos validadores. Outra questão é se a ponte é validada por um validador inteiro (por exemplo, a ponte Polygon PoS) ou um pequeno conjunto de validadores externos (por exemplo, a ponte Avalanche-Ethereum).

A diferença no tempo de finalização entre Rollup e sidechain bridging também explica a diferença entre eles. Por exemplo, os usuários do Optimistic Rollup sofrerão mais atrasos ao transferir fundos de volta para a cadeia principal devido à necessidade de aguardar a janela de disputa. Com uma sidechain, os usuários podem retirar fundos do contrato de ponte cruzada assim que o cabeçalho do bloco finalizado (e, se necessário, uma prova Merkle válida) for recebido.

Escolha entre Rollup e Sidechain

Ao implantar contratos inteligentes, a escolha entre usar Rollups ou sidechains depende de seus objetivos, feedback do usuário e necessidades do projeto. Aqui estão as vantagens de usar Rollups, sidechains ou ambos em diferentes situações.

Quando usar o Rollup:

1. Seus usuários esperam o mais alto nível de segurança.
2. Seus usuários podem tolerar um custo ligeiramente mais alto e maior latência/finalidade. Rollups são muito mais baratos e rápidos (ordens de magnitude) do que Ethereum, mas não podem corresponder a sidechains nessas métricas.
3. Você (ou seus usuários) deseja um relacionamento mais próximo com o ecossistema da cadeia principal (por exemplo, Ethereum).
4. Você planeja melhorar a experiência do usuário para usuários do DApp no Rollup. Isso pode significar usar provedores de liquidez para reduzir a latência na retirada de fundos de um Rollup otimista ou implementar otimizações de código para reduzir a quantidade de dados de transação gerados quando os usuários interagem com seu contrato inteligente.
5. Você deseja usar ferramentas e infraestrutura EVM ao criar seu DApp. A maioria dos Rollups são compatíveis com EVM e usam as mesmas ferramentas, software cliente e APIs de nó do Ethereum.

Quando usar sidechains:

1. Seus usuários desejam realizar transações com as taxas mais baixas.
2. Seus usuários esperam que as transações sejam processadas rapidamente, especialmente ao transferir fundos.
3. Seus usuários podem tolerar suposições de confiança aumentadas e garantias de segurança mais baixas.
4. Você (ou seus usuários) não considera prioritário um forte relacionamento com o ecossistema da cadeia principal.
5. Você pode aprender a usar um novo conjunto de linguagens de programação, ferramentas e infraestrutura para construir DApps (se estiver usando sidechains não EVM).

Quando usar Sidechain e Rollup ao mesmo tempo:

1. Seu projeto estabeleceu um forte efeito de rede em um blockchain e está pronto para escalar para vários ecossistemas simultaneamente (por exemplo, para alavancar a liquidez).
2. Você deseja atender a diferentes tipos de usuários e evitar alienar um lado do mercado.
3. Seu projeto tem recursos suficientes para lidar com o dimensionamento entre cadeias. Isso pode significar ter diferentes equipes responsáveis por implantar seu DApp em diferentes plataformas blockchain.