Coisas para saber: |
– Ethereum, a segunda maior blockchain do mundo por capitalização de mercado, passou recentemente por uma atualização de software significativa chamada The Merge, mudando de consenso Proof-of-Work para Proof-of-Stake.
– Embora seja uma transição bem-sucedida, permanecem dúvidas sobre a escalabilidade e prontidão do Ethereum para o próximo estágio de desenvolvimento do Web3. – Este artigo investiga os desafios de dimensionamento do Ethereum e avalia sua capacidade de atender às necessidades de adoção mainstream. Ele argumenta que, embora ainda não exista uma solução de dimensionamento impecável, os Layer 2s, incluindo Optimistic e Validity Rollups, têm o maior potencial para aumentar a escalabilidade com uma boa compensação para o trilema do blockchain. – Mais precisamente, Rollups otimistas e válidos, usando a tecnologia ZKP, serão fundamentais para moldar o futuro do Ethereum, permitindo transações sem confiança, complexas e sem permissão em escala. |
Escalando o Ethereum: a busca por uma solução
Ethereum, como muitos blockchains, atualmente enfrenta capacidade limitada de processamento de transações. Apesar de suportar transferências ETH e milhares de DApps, o aumento do uso resultou em transações mais lentas e caras.
Para mitigar altas taxas, essa situação levou a decisões de design inseguras, como serviços centralizados fora da cadeia para mercados NFT. A introdução do EIP 1559 melhorou a estimativa de taxas e o incentivo, mas não melhorou significativamente a escalabilidade. … O desafio da escalabilidade é bem compreendido dentro do popular trilema blockchain de escalabilidade, descentralização e segurança.
O trilema blockchain afirma que não é possível alcançar simultaneamente três propriedades: descentralização, segurança e escalabilidade. Sacrifício na descentralização, é muito mais fácil construir um sistema escalável e seguro, como o Web2 já provou. Priorize a escalabilidade sacrificando seu mecanismo de consenso e você terá um blockchain descentralizado, inseguro e sem sentido. Resolver o trilema Blockchain é incrivelmente complexo e tem sido um desafio contínuo na última década.
Aumentando a taxa de transferência: várias abordagens
Ao longo dos anos, muitas soluções foram abordadas para resolver o trilema da blockchain Ethereum. Uma sugestão popular é construir blocos maiores ou blocos por segundo. Embora possa parecer uma boa ideia, intensifica as demandas dos nós da blockchain e dos validadores/mineradores por consenso, levando a uma maior centralização. Também retarda as reorganizações, aumentando os riscos de segurança.
Uma alternativa é criar uma cadeia lateral para reduzir a carga da corrente principal, como visto na rede Polygon. Este sistema envolve compensações de segurança, pois depende de um consenso mais fraco do que o Ethereum (menor capitalização de mercado). Embora possa atender a casos de uso específicos, geralmente leva à centralização e não aborda totalmente os problemas de escalabilidade do Ethereum. De qualquer forma, ainda está longe das dezenas de milhares de solicitações necessárias para executar um sistema semelhante ao Visa.
Layer 2s & Sharding: soluções para os desafios de escalabilidade do Ethereum?
Fragmentação e Camada 2s são amplamente vistos como as melhores opções para o Ethereum escalar, preservando o trilema da blockchain.
Por um lado, fragmentação de blockchain há muito tempo é considerado a chave para a escalabilidade no mundo blockchain. Foi a principal característica do Eth2.0 em 2019 com a mudança para o esquema de assinatura BLS, mecanismo de consenso PoS e a implementação do eWASM. Por outro lado, Camada 2 viram um rápido avanço por meio de pesquisas contínuas em mecanismos de roll-up. Vamos explorar o estado atual dessas duas abordagens concorrentes e o que o futuro delas pode trazer.
Como funciona a fragmentação de blockchain?
O termo sharding deriva da ciência do banco de dados, onde particionamos horizontalmente um banco de dados em partes menores e gerenciáveis chamadas shards. Cada fragmento é um banco de dados separado que contém um subconjunto de dados. A fragmentação é usada para dimensionar bancos de dados distribuindo dados e consultas em vários servidores, permitindo que o banco de dados lide com um volume maior de dados sem precisar de um único servidor poderoso.
Essa ideia de aproveitar o sharding em blockchains rapidamente se tornou popular entre os desenvolvedores. O sharding Blockchain divide a rede em sub-redes menores chamadas shards, e os shards permitem o processamento de transações em paralelo. Em uma blockchain fragmentada, cada fragmento é uma cadeia separada que opera de forma independente. Isso significa que cada nó, minerador/validador pode se concentrar em um determinado shard para criar um consenso local. Primeiro, permite que as transações sejam processadas em paralelo. Em segundo lugar, cada estilhaço tem menos transações para gerenciar. Parece perfeito, então qual é o truque?
Desafios de sharding: consenso, comunicação entre fragmentos e segurança
Com a fragmentação de blockchain, não é fácil definir o consenso geral. Qual é o consenso global da rede? É a união de cada consenso local? Como e onde você ancora esses consensos locais para criar um consenso global em que todos possam confiar? Essas perguntas não são fáceis de responder.
Outro desafio significativo para implementar o sharding é a comunicação entre shards. Quando se trata de bancos de dados, você não tem esse problema, pois os dados são divididos em diferentes fragmentos, permitindo que você os leia ou grave independentemente sem problemas reais. Quando se trata de fragmentos de blockchain executando código, isso é muito mais complexo. Cada estilhaço deve ser capaz de executar seu próprio código, consultar o estado de um estilhaço diferente e executar o código em outro. Isso não é trivial.
Essa dificuldade de sharding também está relacionada ao problema de segurança. Este problema foi estudado por especialistas e diferentes esquemas de sharding foram considerados propensos a muitas novas formas de ataques. Em primeiro lugar, simplesmente questiona o mecanismo de consenso. Se você tiver 10 fragmentos e os mineradores forem distribuídos por fragmento, assumir o controle de um fragmento é 10 vezes mais barato do que assumir o blockchain geral. Esquematicamente, o ataque de 51% se traduz em 5.1%. Uma solução para isso é alterar o mecanismo de consenso de Proof of Work para Proof Of Stake. Esta foi a principal motivação para a transição do Ethereum para Proof Of Stake.
No segurança frente, o efeito de A fusão tem sido amplamente debatido. No descentralização frente, o consenso Ethereum atualizado favoreceu a centralização, dado que a propriedade do token determina o controle da rede.
Em relação ao novo consenso do Ethereum, vários parâmetros incentivaram a centralização:
- Executar seu nó Ethereum não é simples, exigindo recursos e tempo de atividade. Ele simplesmente impede que sua carteira o implemente e execute em seu laptop ou até mesmo em seu celular.
- O limite de 32 ETH e o fato de não ser possível desfazer até uma data desconhecida criaram um Pooling e uma participação líquida em que o Lido e as bolsas levaram a maior parte do mercado. Hoje, 4 atores controlam mais de 55% das moedas apostadas na blockchain Ethereum (Lido 29.2%, Coinbase 13.1%, Kraken 7.6% e Binance 6.2%).
Em suma, o sharding blockchain é uma ideia interessante para aumentar a escalabilidade, mas requer uma arquitetura complexa, especificamente quando se trata de definir o consenso geral e implementar um protocolo cross-shard eficiente. Muito trabalho foi feito em direção a esses objetivos, mas ainda estamos longe de implementá-los e aproveitar os impactos no trilema do blockchain.
Rollups para o resgate
Os rollups compactam várias transações em uma única transação para a Ethereum executar, permitindo a execução off-chain de muitas transações com a segurança da Ethereum para liquidações. Existem duas implementações principais dessa ideia:
- Rollups otimistas, permitindo que os usuários emitam provas de fraude em caso de disputa
- ZK-Rollups onde a rede L2 emite provas de validade.
Rollups otimistas e problema de finalidade:
Os Rollups otimistas foram projetados como os Rollups com aparência de EVM. Eles estão otimistas, pois assumem que os usuários não estão enviando transações fraudulentas, permitindo a gravação direta em blockchain.
Existe um mecanismo usando provas de fraude que os validadores L2 podem inicializar para verificar as transações fora da cadeia feitas em alguns dias (7 dias no Otimismo). Uma prova de fraude válida identifica etapas fraudulentas no processo da transação, levando à reversão da transação e a uma penalidade para o validador que aprova. Isso melhora o rendimento da transação enquanto preserva a segurança da rede principal do Ethereum.
No entanto, os Rollups Otimistas trazem um novo desafio: finalidade. Com blockchains, as transações confirmadas são consideradas permanentes e irreversíveis, mas isso depende do mecanismo de consenso. Por exemplo, as cadeias PoW consideram as transações finais quando a probabilidade de uma reorganização é baixa e as transações Bitcoin são finais após 6 confirmações. Com rollups otimistas, as transações podem ser revertidas após vários dias, o que cria um desafio de finalidade e uma compensação diferente.
Outro tipo de rollup: ZK-Rollups
ZK-Rollups, nomeados por seu uso da tecnologia Zero-Knowledge Proof (ZKP), como SNARKs ou STARKs, são outro tipo de Rollup. Como a propriedade Zero-conhecimento não é realmente útil, chamá-los de acúmulos de validade pode ser mais preciso.
O Rollup executa um lote de transações e produz uma prova de validade, verificada por um contrato inteligente na blockchain Ethereum, que confirma o resultado final das transações. A prova criptográfica é gerada usando primitivas criptográficas Zero Knowledge.
Mais amplamente, as provas de conhecimento zero permitem que uma parte (provador) demonstre a posse de certas informações para outra parte (verificador) sem revelar a informação real. O provador pode estar confiante na veracidade de sua declaração sem aprender seu conteúdo.
Originalmente projetado para confidencialidade, o ZKRollups usa provas de conhecimento zero para uma finalidade muito diferente: compactação e computação confiável. As duas principais tecnologias de conhecimento zero são zk-STARKs (significa um argumento de conhecimento transparente escalonável de conhecimento zero) e zk-SNARKs (significa um argumento de conhecimento sucinto e não interativo de conhecimento zero).
Problema de disponibilidade de dados para L2:
Como vimos, as tecnologias ZKP garantem a validade do estado L2, mas a prova por si só não fornece acesso ao estado. Para aumentar o rendimento, a execução é movida para fora da cadeia, mas os dados ainda devem estar prontamente acessíveis para reconstrução. Para conseguir isso, os dados transacionais são enviados como calldata no Ethereum para garantir que os dados estejam disponíveis para reconstrução futura. Esses dados também podem ser armazenados em armazenamento descentralizado confiável, como IPFS ou Arweave, permitindo que qualquer pessoa reconstrua o L2 e aproveite os incentivos internos do armazenamento descentralizado.
Seria ainda melhor ter a capacidade de armazenar esses dados on-chain, mas os dados servem apenas para reconstruir o estado/verdade do L2 e não são executados, tornando-se um uso ineficiente e caro da capacidade do blockchain.
Para resolver esse obstáculo, os desenvolvedores do Ethereum propuseram dois EIPs: EIP4488 e EIP4844 (boa sorte para evitar confusão). O primeiro reduz o custo do gás para calldata enquanto o segundo cria um novo tipo de transação para armazenamento de dados L2. Esses dados são imutáveis e somente leitura e não podem ser acessados pelo EVM e, portanto, não podem ser executados.
Esses EIPs são exatamente onde o roteiro do ZKRollup encontra o roteiro do Execution Sharding, ambos propondo o mesmo conceito para diferentes propósitos. O EIP4488 visa armazenar dados L2 essenciais, enquanto o EIP-4844, também conhecido como Proto-Danksharding, é um passo para a implementação do Danksharding e fragmentação de execução.
Danksharding:
Danksharding envolve a divisão de grandes conjuntos de dados em partes menores para separação e processamento, muitas vezes em paralelo. Esse método é usado em campos de big data e IA, onde os conjuntos de treinamento podem ser muito grandes.
Proto-danksharding (EIP-4844) não implementa fragmentação, mas oferece armazenamento de dados de chamada mais barato que pode ser fragmentado. Esse armazenamento de dados de chamada mais barato melhorará muito a escalabilidade do Ethereum em L2, potencialmente tornando o sharding redundante.
Proto-danksharding:
Com o Proto-danksharding, o blockchain Ethereum terá computação não escalável e dados escaláveis. E o ZkRollups essencialmente converte esses dados escaláveis e computação não escalável, mas confiável, em computação escalável.
ZKRollups no trilema da blockchain:
O ZKRollups tem fortes benefícios de escalabilidade sem alterar as propriedades subjacentes do blockchain. Verificar a prova de Zero-Knowledge on-chain é o principal requisito, enquanto a disponibilidade de dados pode ser implementada fora da cadeia. A longo prazo, pode-se esperar que as Camadas 1 se tornem simples, seguras, esperançosamente descentralizadas, enquanto as Camadas 2 fornecerão escalabilidade.
Onde está o problema?
L2 pode realmente escalar muito. No entanto, para ser liquidado on-chain (em L1), é preciso produzir uma prova de validade para o estado geral do L2, causando problemas de centralização. Atualmente, os designs L2 têm apenas um provador, o que significa que eles podem censurar suas transações. Eles realmente não poderiam congelar seus ativos L1, já que as pontes nativas são construídas. A pesquisa está em andamento para enfrentar esse desafio, permitindo que outras partes possam emitir provas, mas algumas questões difíceis permanecem para a arbitragem entre essas provas. Em todos os casos, este é um problema importante a ser resolvido para o futuro.
Starknet identificou isso como um tema importante no roteiro, enquanto a Arbitrum divide a responsabilidade entre a caixa de entrada do sequenciador e a caixa de entrada atrasada para garantir que os fundos possam ser recuperados em caso de censura.
Pensamentos de Encerramento
Como examinamos, a escalabilidade pode ter um custo para a segurança e a descentralização, enquanto as soluções da Camada 2 são vistas como as formas mais promissoras de aumentar a escalabilidade sem comprometer os outros aspectos do trilema do blockchain.
Rollups otimistas e válidos, usando a tecnologia ZKP, serão vitais para moldar o futuro do Ethereum, permitindo transações sem confiança, complexas e sem permissão em escala. Os acúmulos de validade têm uma vantagem significativa sobre os acúmulos otimistas: finalidade curta. O roteiro da Ethereum mudou recentemente para oferecer suporte a esses acúmulos no nível do blockchain.
O futuro da escalabilidade do blockchain inclui DApps complexos executados na camada 2s (ou rollups recursivos), permitindo escalabilidade virtualmente infinita, com camada 1 descentralizada e segura sendo fornecida. A longo prazo, a Camada 1 pode se tornar camadas de liquidação, com a complexidade dos DApps transferida para a Camada 2.
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- Platoblockchain. Inteligência Metaverso Web3. Conhecimento Ampliado. Acesse aqui.
- Fonte: https://www.ledger.com/blog/on-the-future-of-ethereum-charles-guillemet
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