Introdução

Com o rápido desenvolvimento da tecnologia blockchain, as blockchains monolíticas enfrentam sérios desafios de escalabilidade e interoperabilidade. Plataformas líderes como Ethereum experimentam taxas de transação astronômicas durante períodos de alta demanda de usuários, prejudicando significativamente a adoção de aplicativos descentralizados. Para lidar com esses problemas, os desenvolvedores têm procurado continuamente soluções inovadoras, e o surgimento do Avail oferece uma nova direção para resolver esses problemas. Após a atualização Cancun, os custos de transação no ecossistema Ethereum diminuíram significativamente, e a tecnologia modular se tornou uma narrativa importante no desenvolvimento da blockchain. Na primeira metade do ano, blockchains modulares como Celestia e EigenDA lideraram a tendência, e em 23 de julho, o Avail deu um grande passo à frente no campo modular ao lançar o Avail DA mainnet.

Como um dos projetos principais em blockchains modulares, Avail, EigenDA e Celestia atendem a áreas semelhantes. No entanto, cada um tem suas características únicas em termos de infraestrutura, modelos de execução e designs econômicos de token.

Equipa de Fundo

Avail originou-se da Polygon e tornou-se uma entidade independente e neutra em 2023. Antes de a disponibilidade de dados (DA) se tornar um ponto focal na indústria, Anurag Arjun colaborou com outros para desenvolver a cadeia Plasma, com o objetivo de resolver os problemas de escalabilidade da Ethereum. Embora esta cadeia tenha ajudado a Polygon a gerar $19 bilhões em receitas, ela acabou por não se tornar a solução ideal de escalonamento. Ao longo deste processo, Anurag percebeu que todas as blockchains eventualmente enfrentariam o mesmo desafio - a disponibilidade de dados. Aproximadamente 80% dos custos de transação Rollup estão relacionados com a DA, levando-o a conceber a criação de uma camada de DA economicamente viável que poderia resolver problemas de escalabilidade para múltiplas blockchains.

Esta ideia não era única para Anurag; muitos projetos blockchain de Layer 1 (L1) também tentaram posicionar-se como camadas DA. Por exemplo, Ethereum está a explorar soluções DA através da abordagem Rollup, enquanto outros projetos L1 estão a inovar neste espaço. Anurag acredita que um blockchain L1 especificamente projetado para DA oferece vantagens distintas.

Durante o seu tempo na Matic, Anurag conheceu Prabal Banerjee, o atual co-fundador da Gate, que estava a fazer um doutoramento em criptografia e segurança. Prabal juntou-se mais tarde à equipa como investigador e, juntos, dedicaram-se a construir uma camada DA escalável. Com o surgimento da tecnologia Zero-Knowledge Proof (ZK), os dois integraram designs de blockchain baseados em provas de validade. Aproveitando a experiência de Anurag na construção de um protocolo de bilhões de dólares na Polygon, avançaram no desenvolvimento de soluções para enfrentar os desafios de disponibilidade de dados.

De Monolítico para Modular

Origem: Documentação Oficial Disponível

À medida que a competição pelos recursos computacionais subjacentes se intensifica, a arquitetura monolítica do Ethereum - que lida com execução, liquidação, ordenação e disponibilidade de dados (DA) em uma única cadeia - tem revelado cada vez mais suas limitações, especialmente em termos de escalabilidade. Isso levou a indústria a reavaliar o modelo monolítico e explorar novas soluções.

Rollups introduziram uma arquitetura modular ao mover a execução off-chain, o que aliviou a congestão nas redes da camada 1 (L1), reduziu os custos de transação para os usuários e aumentou o throughput de transação. Embora essa arquitetura tenha melhorado significativamente a eficiência on-chain, o espaço limitado de bloco do Ethereum ainda é um gargalo e, à medida que a demanda aumenta, esse problema pode ressurgir. Atualmente, as aplicações descentralizadas (Dapps) dependem do L1 para transmissão e liquidação de dados, enquanto os Rollups usam o L1 para gerenciar esses processos. Embora os Rollups tenham otimizado o uso do espaço de bloco, o espaço de bloco em si continua sendo um recurso escasso.

Analisar as transações L1 dos Ethereum Rollups revela que os custos DA representam 90% das despesas do Rollup, tornando-se a maior fonte de gastos. A maior parte deste custo advém do pagamento de taxas L1 para publicar dados de transações.

Similar ao modo como os Rollups transferem a execução para fora da cadeia, a arquitetura do Avail permite que a disponibilidade de dados seja movida para uma camada dedicada. O Avail fornece aos desenvolvedores uma camada DA flexível, amigável ao usuário e segura, que aborda os desafios de escalabilidade, governança e descentralização.

Arquitetura Modular da Avail

Avail tem como objetivo acelerar a unificação da Web3 aproveitando sua pilha modular de tecnologia, que integra disponibilidade de dados, agregação e segurança compartilhada. Rollups que usam Avail para publicar dados de transação off-chain formarão sistemas como Validium (para rollups otimistas, isso é chamado de Optimium). Validiums e Sovereign Rollups podem contar com o Avail para serviços de disponibilidade e ordenação de dados de baixa confiança.

Aqui está uma visão geral de como o Avail apoia Validiums e Sovereign Rollups:

1. Envio de transação: Como a maioria dos Rollups existentes, os dados da transação são agrupados e a raiz do estado é enviada para Avail DA (Disponibilidade de Dados). Cada grupo está associado a um ID de aplicação único para representar a origem do Rollup.
2. Expansão de dados e codificação de apagamento: As transações submetidas ao Avail DA passam por codificação de apagamento. O bloco de dados é dividido em n fragmentos originais e expandido para 2n fragmentos. Qualquer conjunto de n fragmentos dos 2n pode ser usado para reconstruir os dados originais, garantindo redundância e tolerância a falhas.
3. Criação de Compromisso: O Avail DA aplica compromissos polinomiais KZG aos dados redundantes, garantindo sua integridade por meio de provas criptográficas. Esses compromissos garantem que os dados armazenados sejam precisos e à prova de manipulação.
4. Propagação de Bloco: Os validadores recebem blocos contendo compromissos KZG e os regeneram para verificar sua precisão. A validade do bloco é então decidida por consenso.
5. Rede de Cliente Leve: Os clientes leves utilizam o Data Availability Sampling (DAS) para verificar a integridade dos dados do bloco. Isso é feito realizando a verificação de abertura de polinômio KZG nos compromissos dos cabeçalhos de bloco, eliminando a necessidade de reconstruir o compromisso completo KZG ou depender de provas de fraude.
6. Verificação de prova: Os clientes leves executam a verificação da prova usando provas de nível celular geradas a partir da matriz de dados. Isso garante que os dados estejam disponíveis e corretos sem exigir que o cliente baixe ou verifique o bloco completo.

Uma vez que a Avail utiliza provas de validade em vez de provas de fraude, os clientes leves podem verificar imediatamente a disponibilidade e correção dos dados após a finalização do estado. A rede de clientes leves também garante uma elevada disponibilidade de dados através da amostragem de disponibilidade de dados. À medida que mais clientes leves se juntam, a capacidade de amostragem melhora, permitindo que a rede suporte blocos maiores. Estes clientes leves podem até mesmo ser executados em computadores portáteis ou dispositivos móveis, melhorando a eficiência da rede.

Fonte: Documentação Oficial Disponível

Características Técnicas

Casos de uso do cliente leve

Atualmente, muitas aplicações de blockchain dependem de intermediários para manter nós completos, com os usuários interagindo de forma indireta através desses intermediários, em vez de se conectarem diretamente à blockchain. Devido à falta de disponibilidade garantida de dados, os clientes leves ainda não se tornaram a alternativa ideal para arquiteturas tradicionais. A Avail resolve esse problema ao permitir que as aplicações interajam diretamente com a rede de blockchain sem depender de intermediários.

Embora a Avail suporte a operação de nós completos, a maioria das aplicações não precisa executar nós completos, ou apenas requer um número mínimo de nós para funcionar sem problemas. Isso reduz significativamente os requisitos de recursos para a participação na rede blockchain e aumenta a descentralização, permitindo que mais participantes interajam diretamente com a cadeia através de uma infraestrutura leve.

Amostragem de Disponibilidade de Dados (DAS)

Semelhante aos clientes leves tradicionais, os clientes leves da Avail só precisam de baixar os dados do cabeçalho do bloco. Além disso, realizam amostragem aleatória de partes dos dados do bloco para verificar a sua disponibilidade através da amostragem de disponibilidade de dados (DAS). Ao combinar a codificação por apagamento com os compromissos polinomiais KZG, os clientes leves podem garantir quase 100% de disponibilidade de dados sem depender de provas de fraude, exigindo apenas um número pequeno e fixo de consultas.

Codificação de apagamento e disponibilidade de dados

A codificação de apagamento funciona dividindo os dados em fragmentos, restaurando o conteúdo original mesmo que algumas partes dos dados sejam perdidas. Em aplicações de blockchain, mesmo que atores maliciosos tentem ocultar partes dos dados, o sistema ainda pode recuperá-los de outros fragmentos. Esse mecanismo melhora significativamente a confiabilidade da amostragem de disponibilidade de dados e fortalece ainda mais a resistência do sistema à adulteração de dados.

Compromissos KZG

Os compromissos KZG, desenvolvidos por Aniket Kate, Gregory M. Zaverucha e Ian Goldberg em 2010, são um método de compromisso polinomial eficiente que ganhou ampla adoção em sistemas de prova de conhecimento zero nos últimos anos. Na arquitetura da Avail, os compromissos KZG oferecem as seguintes vantagens:

• Eles permitem um compromisso conciso com os valores registrados no cabeçalho do bloco.
• Os clientes leves podem verificar a disponibilidade de dados através desses compromissos.
• As propriedades de ligação criptográfica dos compromissos KZG tornam quase impossível gerar compromissos falsos, reduzindo significativamente a necessidade de provas de fraude.

Camada Unificada da Avail

Avail está a construir a “Camada Unificada,” uma pilha de tecnologia abrangente que começa com a camada de disponibilidade de dados (DA) fundamental, a camada unificada Nexus e uma camada adicional de segurança chamada Fusion. Com a sua camada de disponibilidade de dados escalável, a Avail tem como objetivo apoiar todo o ecossistema Web3. Ao usar provas de validade baseadas em compromissos polinomiais KZG, a Avail garante disponibilidade de dados em tempo real e fiável, permitindo que os rollups cresçam, se interconectem, mantenham a segurança e se adaptem.

Avail DA

Fonte: Documentação oficial disponível

Avail DA é uma arquitetura subjacente especificamente otimizada para a disponibilidade de dados. Utiliza os algoritmos de consenso GRANDPA e BABE, diferenciando-se de outras camadas de disponibilidade de dados. Este design confere à Avail DA uma alta escalabilidade, garantindo garantias de dados confiáveis a baixos custos através da Amostragem de Disponibilidade de Dados (DAS) e provas de validade.

No seu cerne, Avail DA prioriza e publica transações, permitindo aos utilizadores verificar a disponibilidade de dados do bloco sem necessidade de descarregar o bloco inteiro. Uma das características definidoras do Avail DA é a sua natureza agnóstica em relação aos dados. Suporta uma variedade de ambientes de execução, incluindo EVM, WASM e novas plataformas de execução personalizadas, proporcionando uma base versátil para uma ampla gama de aplicações blockchain.

Avail Nexus

Origem: Documentação Oficial Disponível

Avail Nexus, o segundo pilar do ecossistema Avail, é uma estrutura sem permissão projetada para unificar o ecossistema Web3. Conecta blockchains internos e externos, usando Avail DA como base confiável e atuando como um hub de validação. Nexus integra um sistema de Rollup coordenado por ZK, que consolida a agregação de provas, uma camada de verificação, um mecanismo de seleção de sequenciador e um sistema de leilão de slots. Nexus envia periodicamente provas agregadas para Ethereum e a camada Avail DA para verificação, garantindo a confiabilidade das operações entre cadeias.

Avail Fusion

Fonte: Documentação Oficial Disponível

Avail Fusion, o terceiro pilar, fornece segurança adicional para o ecossistema Avail e para o espaço Web3 mais amplo. O conceito central por trás da Fusion é que um sistema unificado requer segurança unificada a nível econômico. A Segurança da Fusion melhora o consenso da Avail, alavancando ativos nativos de ecossistemas estabelecidos como BTC e ETH, contribuindo para a segurança do consenso da Avail. Este marca a primeira tentativa de usar tokens externos para alcançar consenso entre blockchains.

A Fusion suporta dois tipos de staking de ativos: criptomoedas estabelecidas e tokens emergentes Rollup. Atualmente, o protótipo da Fusion inclui dois módulos de staking: um operando na blockchain Avail e outro para staking de conversão de ativos. É importante notar que o primeiro protótipo público da Avail Fusion ainda está em desenvolvimento.

Tipos de Nó em Avail

Embora a arquitetura do Avail seja diferente das blockchains monolíticas tradicionais, ainda suporta vários tipos de nós, incluindo nós completos, clientes leves, nós de arquivo e nós validadores.

• Nó Completo: Os nós completos são responsáveis por baixar e verificar a correção dos blocos, mas não participam no processo de consenso. Embora os nós completos forneçam redundância e resiliência adicionais ao sistema, não são essenciais para a funcionalidade da rede.
• Nó Validador: Os nós validadores são cruciais na geração de blocos, na determinação das transações a incluir e na manutenção da ordem. Estes nós ajudam a rede a alcançar um consenso.
• Cliente Leve: Os clientes leves permitem que os utilizadores interajam com a camada de disponibilidade de dados (DA) da Avail sem executar um nó completo ou depender de nós de pares remotos. Eles conseguem isso ao realizar Amostragem de Disponibilidade de Dados (DAS) em cada bloco recém-criado, garantindo a disponibilidade de dados sem baixar o bloco inteiro.
• Node RPC: Os nós RPC fornecem uma API para interação remota, atuando como um Gateway para desenvolvedores e usuários externos interagirem com a rede Avail.

Os clientes leves monitorizam blocos confirmados na rede Avail e executam DAS em unidades de dados pré-designadas dentro de cada novo bloco. Após a verificação bem-sucedida, o sistema calcula a certeza de um subconjunto de unidades de dados dentro do bloco, com base no nível de confiança exigido pelo usuário.

Modelo Económico

Distribuição de Tokens

Com o lançamento do Avail DA mainnet, a equipe distribuiu tokens AVAIL para usuários elegíveis, com um fornecimento total de 10 bilhões de tokens. A distribuição é a seguinte:

• 6% para airdrops e alocação pública
• 30% para desenvolvimento do ecossistema
• 23.88% para comunidade e pesquisa
• 14.12% alocado para investidores
• 20% alocados para contribuidores principais

Origem: Disponível Documentação Oficial

Estaca

O token AVAIL serve para múltiplos propósitos, incluindo governança do ecossistema e staking líquido. Embora o framework oficial de governança ainda não tenha sido totalmente detalhado, qualquer pessoa pode apostar AVAIL em toda a infraestrutura da Avail para ganhar recompensas de staking.

Para o staking, a Avail adota o mecanismo de consenso Nominated Proof-of-Stake (NPoS), herdado do ecossistema Substrate. O staking desempenha um papel crítico neste sistema, já que os utilizadores apostam tokens AVAIL para aumentar a segurança da rede e ganhar recompensas. Quanto mais tokens são apostados, mais segura a rede se torna, uma vez que o custo para atacar a rede aumenta com a quantidade de tokens apostados.

As aplicações de staking incluem:

• Disponibilidade de Staking DA: Os utilizadores podem apostar tokens AVAIL em validadores ou pools de nomeação para garantir a rede e apoiar diferentes aplicações, como jogos Web3 e plataformas DeFi. Os apostadores ganham recompensas pelas suas contribuições.
• Obtenha Nexus Staking: Sequencers devem apostar tokens AVAIL para participar da submissão e ordenação de transações. Sequencers de alto desempenho são recompensados enquanto os de baixo desempenho são penalizados.
• Staking de Fusão Disponível: Além dos tokens AVAIL, os usuários podem fazer staking de outros ativos criptográficos importantes como BTC e ETH para aumentar a segurança da rede, com os stakers ganhando recompensas.

É importante notar que os usuários que desejam desbloquear seus tokens devem passar por um período de desvinculação de 28 dias, durante o qual seus tokens AVAIL não podem ser usados ou transferidos.

Desafios

Risco de Competição Rollup

O crescimento da Avail poderia ser desafiado por rollups de propósito geral e grandes que têm ecossistemas estabelecidos e soluções internas de interoperabilidade. Estes rollups podem eventualmente deixar de depender de sistemas de interoperabilidade externos, o que poderia diminuir o valor do Avail Nexus. No entanto, o aumento de rollups específicos de aplicativos e o alto grau de fragmentação enfrentado pelos usuários tornam esse cenário menos provável.

Competição em Soluções DA

Com várias soluções de disponibilidade de dados (DA), como Celestia e EigenDA, e o próximo EIP-4844 da Ethereum, que introduz "blobs" como uma opção de publicação de dados, a concorrência na camada DA está se intensificando. A sensibilidade dos rollups aos custos de publicação de dados e a concorrência feroz entre as soluções de DA podem levá-los a preferir sistemas DA estabelecidos ou confiar na disponibilidade de dados nativos do Ethereum, especialmente quando o danksharding completo é implementado. Isso poderia potencialmente afetar a adoção da solução de DA da Avail.

Risco de segurança compartilhada

O modelo de segurança compartilhado fornecido pela Avail Fusion depende de apostar vários ativos junto com o token AVAIL, o que pode levantar preocupações entre os usuários sobre a segurança desses vários ativos. Alguns desenvolvedores podem preferir derivar a segurança de um único ativo bem estabelecido, como ETH ou BTC, em vez de depender de vários tokens. Além disso, os desenvolvedores podem mudar para soluções DA com segurança econômica mais forte se a Avail Fusion não oferecer segurança suficiente.

Concorrência dos ecossistemas de serviços de valor acrescentado

Outros produtos de restaking ou segurança compartilhada podem desenvolver ecossistemas de serviços de valor agregado voltados para rollups. Por exemplo, a EigenLayer poderia oferecer sequenciamento descentralizado, disponibilidade de dados e serviços de finalidade rápida, tornando-se mais competitiva. Esses recursos adicionais podem atrair desenvolvedores que buscam uma solução mais abrangente e segura.