Introdução

Há cerca de uma década, o mundo viu um aumento no crescimento dos smartphones móveis. Na época, algumas grandes empresas achavam que poderiam revolucionar os smartphones introduzindo arquiteturas modulares. Em 2013, o Google anunciou o Project Ara, um novo smartphone com design modular. Ao contrário dos telefones "monolíticos" atuais, feitos de peças seladas de alumínio e vidro, o Ara permitiria que os usuários personalizassem seus telefones de várias maneiras, permitindo que todas as peças essenciais fossem modulares. O senhor não seria obrigado a atualizar para um novo telefone com tanta frequência. Em vez disso, o senhor pode simplesmente adicionar as melhores peças novas ao seu telefone antigo, de acordo com suas próprias preferências. Infelizmente, a modularidade não foi bem-sucedida no ecossistema dos telefones celulares, e o conceito continua sendo uma peça esquecida da história da tecnologia.

O smartphone modular pode servir como um conto de advertência para blockchains modulares, já que o hype de soluções novas e empolgantes não garante uma vitória a longo prazo, apesar das desvantagens legítimas das ferramentas atuais. No entanto, no caso dos blockchains, a demanda dos usuários por escalabilidade já está levando os desenvolvedores a criar e adotar arquiteturas modulares. Essa demanda torna improvável que as arquiteturas modulares de blockchain tenham o mesmo destino do smartphone modular.

Mas o que é exatamente uma arquitetura modular de blockchain? Como podemos garantir que essas soluções não se transformem em mais um Projeto Ara? Este artigo espera responder a todas essas perguntas.

Monolítico e modular

Antes de nos aprofundarmos mais, vamos esclarecer a diferença entre arquiteturas monolíticas e modulares. A maneira mais simples de introduzir esse conceito seria com um exemplo de um conceito familiar. Assim como os telefones celulares têm certos componentes principais, como câmera, bateria e tela sensível ao toque, uma blockchain também tem componentes principais.

O iPhone é um ótimo exemplo de um telefone "monolítico". Ele vem com todas as peças necessárias para usar o telefone e não oferece muitas opções de personalização. É claro que o senhor pode não conseguir editar muito os componentes internos, mas ele é elegante e rápido. No entanto, pode haver um momento em que o senhor deseje personalizar ainda mais o telefone. Suponha que, com o passar dos anos, novos telefones sejam lançados com câmeras muito melhores. O restante do seu telefone desatualizado pode funcionar bem, mas com a câmera existente, o senhor não pode igualar a experiência dos telefones mais novos.

Com uma arquitetura modular, o senhor não precisaria comprar um telefone totalmente novo. Em vez disso, o senhor pode trocar sua câmera como se fosse uma peça de lego e colocar uma melhor.

O Project Ara do Google é um exemplo de telefone modular. O telefone é feito de blocos de construção que podem ser trocados de acordo com sua escolha. Desde que sejam fabricadas peças compatíveis, a Ara dará suporte a elas.

Assim como os smartphones, as blockchains são compostas por vários componentes essenciais; esses componentes são apresentados a seguir:

• Consenso
  • A camada de consenso das blockchains fornece ordenação e finalidade por meio de uma rede de computadores que chegam a um consenso sobre o estado da cadeia.
• Execução
  • Essa camada lida com o processamento real das transações, executando o código especificado. É também onde os usuários normalmente interagem com o blockchain, como a assinatura de transações, a implantação de contratos inteligentes e a transferência de ativos.
• assentamento
  • A camada de liquidação serve como plataforma para verificar a atividade executada na camada 2, como rollups, bem como a resolução de disputas. Mais importante ainda, é onde o estado final do blockchain real é registrado.
• Disponibilidade de dados
  • Os dados necessários para verificar se uma transição de estado é válida devem ser publicados e armazenados nessa camada. Isso deve ser facilmente recuperável e verificável em caso de ataques ou falhas operacionais em que os produtores de blocos não forneçam dados de transações.

Simplificando, uma blockchain monolítica executa todas essas tarefas por conta própria, em um único software, enquanto uma blockchain modular as separa em vários softwares. Nesse ponto, o senhor pode se perguntar quais são as desvantagens de uma blockchain que lida com todas essas tarefas ao mesmo tempo.

Isso leva ao antigo problema, o trilema da escalabilidade.

O trilema da escalabilidade diz que uma blockchain só pode ter duas das três características a seguir: descentralização, segurança e escalabilidade. As blockchains monolíticas existentes tendem a se otimizar para os cantos seguros e escaláveis do triângulo. O Bitcoin e o Ethereum dão mais ênfase ao fato de serem o mais descentralizados e seguros possível. Infelizmente, isso tem um preço. As cadeias descentralizadas geralmente não têm alta largura de banda para a execução de transações. O Ethereum atinge o limite máximo de 20 transações por segundo, e o Bitcoin cai ainda mais na escala. 20 transações por segundo é extremamente inadequado se quisermos usar esses protocolos em escala global. Algumas cadeias monolíticas poderiam, pelo menos teoricamente, nos aproximar muito mais da escala global, uma vez que seu TPS e rendimento geral são suficientes. No entanto, muitas vezes falta-lhes a descentralização, o princípio fundamental da tecnologia blockchain.

Uma arquitetura modular visa terceirizar parte do trabalho de uma blockchain para criar cadeias de maior desempenho, mantendo a descentralização. Vamos analisar o Ethereum e discutir como se espera que ele aproveite a modularidade.

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Um ecossistema centrado no Ethereum

Exemplos: A maioria dos Layer 1s, Fuel

O Ethereum, como existe hoje, é um blockchain monolítico. A maioria dos outros blockchains de camada 1 atuais também seria classificada como blockchains monolíticos e estruturada como tal. Como no exemplo do iPhone, certos recursos de blockchains monolíticos às vezes começam a ficar para trás em relação às alternativas mais novas, o que leva à perda de desenvolvedores e consumidores que procuram a camada 1 mais nova e inovadora. Para resolver os gargalos atuais da Ethereum em termos de rendimento, os desenvolvedores estão criando camadas de execução de rollup para aumentar a largura de banda das transações.

Exemplos: Optimism, Arbitrum, Fuel, Scroll, ZkSync

Os rollups como uma camada de execução são o método de escalonamento mais usado atualmente na Ethereum. Os rollups são blockchains separados com execução de transações de maior desempenho e cujos resultados líquidos se estabelecem na Ethereum para herdar efetivamente sua segurança e descentralização (muito melhores).

Em um nível elevado, um rollup é apenas uma blockchain que publica o resultado líquido de seus blocos em outra blockchain. No entanto, esse é apenas um dos componentes de um rollup, pois o senhor também precisa de fraude & provas de validade e um método de inserção de transações sem permissão. Os rollups fazem isso sincronizando os dados entre dois contratos inteligentes, um implementado na camada 1 e outro na camada 2. Esse design é o que o torna um rollup e não uma sidechain. Esses componentes-chave são necessários para que um rollup seja seguro, pois sem eles o rollup pode ser interrompido ou censurado.

Atualmente, a maioria dos rollups oferece compatibilidade com EVM para ajudar os desenvolvedores de Ethereum a migrar facilmente, mas em termos de eficiência de computação e facilidade de desenvolvimento, pode haver alternativas melhores para as camadas de execução. Os usuários podem até querer mais recursos de qualidade de vida que não estão presentes nas cadeias equivalentes de EVM, como a abstração de contas. Dada a ampla gama de preferências dos desenvolvedores, é provável que essa tendência continue, e veremos ainda mais soluções novas povoarem o mercado, como as camadas de execução SolanaVM e MoveVM. Fuel é um exemplo de uma camada de execução que não é compatível com EVM e cujo único foco é realizar cálculos que não são possíveis em outros rollups. O Fuel também é a primeira "camada de execução modular", o que, como veremos, permite que ele seja um rollup soberano, uma cadeia de liquidação ou até mesmo um blockchain monolítico. Enquanto os rollups são apenas camadas de execução, o Fuel pode ser mais.

O combustível pode ser modularizado de uma forma que os rollups normais não podem. Daí o nome "camada de execução modular". Em breve, vamos nos aprofundar na mecânica da arquitetura Celestia. (Fonte: Fuel)

O Fuel demonstrou que as camadas de execução podem ser criativas e priorizar a velocidade de computação em relação ao suporte EVM. Embora muitos familiarizados com arquiteturas modulares conheçam o Fuel, outro grande concorrente é menos conhecido. Uma das camadas de execução modular futuras mais interessantes é chamada Kindelia. Além de ser uma das camadas de computação mais rápidas, o Kindelia tem um sistema de prova exclusivo que utiliza sua máquina virtual. O HVM da Kindelia oferece um verificador de provas quase instantâneo incorporado à sua linguagem de contrato inteligente chamada Kind. O tipo é essencial porque os contratos inteligentes podem comprovar em seu código que estão protegidos contra explorações e funcionam corretamente. Esse tipo de design poderia resolver o problema de contratos inteligentes codificados de forma inadequada e nos salvar das explorações que assolam os contratos inteligentes atualmente. Essa é apenas uma das maneiras pelas quais o Kindelia oferece valor em relação a outras camadas de execução.

Mas o dimensionamento em termos de uma camada de execução é apenas uma peça do quebra-cabeça. Os desenvolvedores procuram modularizar ainda mais os blockchains monolíticos para extrair cada grama possível de desempenho. Isso nos leva a pensar em como a camada de disponibilidade de dados pode ser modularizada.

Exemplos: Metis, ZkPorter, Anytrust

Um Validium é um rollup cujos dados são movidos para fora da cadeia em vez de serem armazenados na cadeia.

Mas por que estamos transferindo os dados para fora da cadeia? Isso ocorre porque estamos tentando otimizar a disponibilidade de dados. A eficiência geral de um sistema de rollup depende muito dos recursos de sua camada de disponibilidade de dados. Quando essa camada não consegue lidar com o volume de dados gerados pelo sequenciador de transações do rollup, isso leva a um gargalo no processamento de transações. Como resultado, o rollup não consegue lidar com transações adicionais, levando ao aumento das taxas de gás e/ou a tempos de execução lentos. Em outras palavras, o desempenho da camada de disponibilidade de dados do rollup é um fator essencial para determinar seus recursos gerais de processamento de transações e as taxas associadas a eles.

A desvantagem dos validiums é que eles estão fora da cadeia, introduzindo mais suposições de confiança. Queremos uma solução on-chain para melhorar a camada de disponibilidade de dados da Ethereum. A resposta é Danksharding.

A integração do Danksharding ao Ethereum o transforma em uma plataforma simplificada para liquidação e acessibilidade de dados.

O que torna a Danksharding inovadora é sua capacidade de mesclar esses conceitos em uma unidade coesa. As provas e os dados de rollup são verificados dentro do mesmo bloco, criando um sistema eficiente e contínuo. No entanto, como parte de sua operação normal, os rollups exigem armazenamento significativo para seus dados compactados. A Danksharding fornece uma solução para esse requisito, oferecendo o potencial para milhões de TPS em vários rollups. Danksharding é uma técnica que divide a atividade da rede em fragmentos para aumentar o espaço para blobs de dados. Um blob de dados é um formato de dados mais eficiente e padronizado na Ethereum que pode transportar uma grande quantidade de dados e é usado por rollups para reduzir as taxas de gás. A Danksharding utiliza a "amostragem de disponibilidade de dados" para permitir que os nós verifiquem quantidades significativas de dados examinando apenas uma pequena parte, abrindo caminho para um futuro em que redes de camada 2 mais baratas e mais rápidas possam prosperar e, ao mesmo tempo, permitir transações diretas na Ethereum.

O Danksharding também é ótimo, pois herdaria toda a segurança e a descentralização do próprio Ethereum. No entanto, isso tem um lado negativo. Devido ao ritmo relativamente lento do desenvolvimento do Ethereum, provavelmente faltam anos para que o Danksharding seja implementado adequadamente no Ethereum. A EIP-4844 planeja introduzir o Proto-Danksharding, que é o primeiro passo para alcançar o Danksharding. O EIP-4844 aprimora o Ethereum introduzindo uma nova transação que acomoda blobs de dados. Esse armazenamento especializado para dados de rollup abre caminho para um mercado de taxas mais econômico.

E se o senhor quiser uma camada de disponibilidade de dados rápida, mas não quiser ficar esperando que o Danksharding seja lançado? O Celestia é um protocolo que oferece exatamente isso. Partindo de uma visão centrada na modularidade da Ethereum, vale a pena mergulhar na Celestia para ver como as blockchains modulares podem ser interpretadas.

Um ecossistema centrado na Celestia

A Celestium é uma solução exclusiva que combina a disponibilidade de dados da Celestia com a liquidação e o consenso da Ethereum. O Danksharding continua sendo o método mais seguro devido à sua integração ao Ethereum, à descentralização e à robustez. No entanto, alguns rollups preferem buscar escalabilidade agora mesmo em vez de esperar que o Danksharding seja implementado no Ethereum.

Para os projetos que não podem esperar pelo Danksharding, uma opção possível é utilizar soluções de disponibilidade de dados fora da cadeia, como os Validiums, que utilizam um "Comitê de Disponibilidade de Dados" (DAC) para atestar que os dados estão disponíveis. No entanto, esse método não é tão descentralizado ou seguro, pois depende de um multi-sig, e não há como verificar se o DAC é honesto no momento ou se foi honesto no passado.

O Celestium oferece uma alternativa mais segura aos DACs. Com a Celestium, o atestado de que os dados estão disponíveis é respaldado pela participação de todo o conjunto de validadores da Celestia, o que significa que, se ⅔ dos validadores fornecerem informações incorretas, eles poderão ser cortados e perder uma grande quantia de dinheiro. Isso proporciona uma resposta dura e imediata, ao contrário do que ocorre em um DAC, onde não há penalidade.

Além disso, os usuários podem verificar a honestidade da Celestia executando a amostragem de disponibilidade de dados nos blocos e verificando a Quantum Gravity Bridge, que é a ponte de mensagens unidirecional sem confiança da Celestia para a Ethereum. As pontes são normalmente a parte mais vulnerável de qualquer solução, portanto, é necessário criar redundâncias.

A Celestium, juntamente com a Danksharding, utiliza amostragem de disponibilidade de dados (DAS) para verificar a natureza não maliciosa de todos os dados. O DAS permite que os nós garantam a disponibilidade de um bloco fazendo o download de segmentos aleatórios e alertando caso alguma parte esteja faltando. Esse sistema de alerta é apenas um aspecto de um mecanismo DAS que emprega provas de fraude (como o Celestia). No caso de um mecanismo DAS com prova de validade, como o Danksharding, não há necessidade de um sistema de alerta, pois as provas de validade garantem a correção da codificação de apagamento e dos compromissos. Esses mecanismos reduzem o risco de dados de bloco ocultos e garantem que vários nós inspecionem o bloco aleatoriamente.

Um nó faz uma amostragem aleatória de um bloco para verificar sua disponibilidade. (Fonte: Vitalik Buterin)

A amostragem de dados é o que torna Celestia e Danksharding tão seguras. Pelo menos os usuários sabem que, se houver corrupção, eles poderão detectá-la rapidamente. Em contrapartida, com a caixa preta de um DAC, poderia haver corrupção durante um ano e ninguém perceberia.

Exemplos: Combustível

Em contraste com os rollups tradicionais na Ethereum, os rollups soberanos funcionam de forma diferente. Diferentemente dos rollups padrão, os rollups soberanos não dependem de um conjunto de contratos inteligentes na camada 1 para validar e anexar blocos à cadeia canônica. Em vez disso, os blocos são publicados como dados brutos diretamente na cadeia, e os nós no rollup são responsáveis por verificar a regra de escolha de fork local para determinar a cadeia correta. Isso transfere a responsabilidade pela liquidação da camada 1 para o rollup. Diferentemente dos rollups tradicionais, não há uma ponte estabelecida de confiança minimizada entre um rollup soberano e a Celestia. Isso pode ser visto como um ponto negativo, pois o senhor deseja que uma ponte seja o mais minimizada possível em termos de confiança, mas isso dá aos rollups soberanos a vantagem de um caminho de atualização independente por meio de bifurcação. Isso permite uma coordenação mais fácil e upgrades mais seguros do que os rollups não soberanos podem oferecer. Tecnicamente, não devemos considerar isso um rollup, pois um rollup geralmente implica ter uma camada unificada de liquidação e disponibilidade de dados. Por esse motivo, os rollups soberanos também são chamados simplesmente de blockchains soberanos.

Para facilitar aos desenvolvedores a criação de rollups soberanos na Celestia, a Celestia criou o Rollmint, substituindo o Tendermint como mecanismo de consenso. Isso permite que os rollups publiquem blocos diretamente na Celestia, em vez de passar pelo processo do Tendermint. Com esse design, a comunidade por trás da cadeia tem total soberania e não está sujeita à autoridade de nenhuma outra máquina estatal. Isso a diferencia das comunidades por trás de contratos inteligentes ou rollups na Ethereum, que estão vinculadas ao consenso social da comunidade Ethereum.

Exemplos de uma cadeia de liquidação: Fuel, Cevmos, dYmension

A criação de um componente de liquidação autônomo e modular é o que define o conceito de um rollup de liquidação. Atualmente, os rollups utilizam a cadeia principal da Ethereum para liquidações, mas há outras soluções além dessa. A cadeia Ethereum é compartilhada com outros aplicativos que não são de rollup para transações de contratos inteligentes, o que leva a uma escala reduzida e à falta de especialização.

Uma camada de liquidação ideal para rollups permitiria apenas contratos inteligentes de rollup e transferências simples entre rollups, proibindo ou encarecendo a liquidação de transações por aplicativos que não sejam de rollup.

O projeto da Celestia oferece uma camada de consenso de estado global padrão para que os desenvolvedores criem rollups de execução que fazem parte de um único cluster com confiança minimizada. Ele também permite a ponte minimizada pela confiança entre rollups na mesma camada de consenso de estado global, um novo conceito não visto nas arquiteturas atuais. Ainda não se sabe se os desenvolvedores adotarão ou não esse novo paradigma de cross-rollup.

Exemplos de cadeias de assentamentos incluem Cevmos, Fuel e dYmension, com a Polygon competindo com a Celestia ao criar sua interpretação de uma arquitetura modular. No projeto modular do Polygon, o Polygon Avail serve como disponibilidade de dados e componentes modulares de consenso, enquanto o blockchain do Polygon funciona como a camada de liquidação.

O caso das cadeias monolíticas

Muitos artigos sobre blockchains modulares costumam declarar que as camadas 1 monolíticas são uma tecnologia dinossáurica em comparação com as soluções modulares mais recentes. Atualmente, é difícil apoiar totalmente essa afirmação, pois um dos principais problemas com essas soluções de dimensionamento são as suposições de confiança adicionais que elas acrescentam ao sistema geral. Embora tenhamos discutido como a maioria dos DACs e validiums são inseguros, isso pode se estender até mesmo à camada de execução (ou seja, os rollups).

Alguns dos rollups mais usados atualmente ainda não se tornaram genuinamente descentralizados, apesar de garantirem bilhões de dólares. No momento em que este artigo foi escrito, o Optimism ainda não tinha provas funcionais de fraude, e o Arbitrum é mutável a partir de um único multisig. Ambos os protocolos estão trabalhando para resolver esses problemas como parte de seu desenvolvimento programado, mas é importante ter em mente que a descentralização não é um dado adquirido apenas porque um protocolo usa uma arquitetura específica. Além disso, as pontes entre todas as peças de componentes modulares, principalmente os rollups soberanos, podem enfrentar as mesmas inseguranças que as pontes entre cadeias enfrentam. Por fim, um dos principais problemas é que o desenvolvimento em cima de uma pilha modular aumenta a complexidade; para alguns desenvolvedores, isso pode ser um desafio. Eventualmente, esperamos que os rollups resolvam esses problemas e alcancem uma descentralização suficiente. No entanto, as camadas 1 monolíticas também podem se tornar igualmente descentralizadas nesse meio tempo.

Nossos relatórios anteriores discutiram como algumas camadas 1 monolíticas são dimensionadas internamente com uma arquitetura DAG. Esse é apenas um exemplo que mostra que as blockchains monolíticas estão tentando inovar sem depender de componentes fora da cadeia, e inúmeras outras otimizações estão sendo trabalhadas para maximizar o desempenho. Não podemos simplesmente desacreditar a ideia de um novo projeto de blockchain que visa resolver todos os cantos do trilema da escalabilidade.

Conclusão

Assim como havia telefones modulares, agora há blockchains modulares. No entanto, ver o potencial de um futuro centrado em rollups com base em Danksharding indica que a arquitetura modular de blockchain provavelmente não sofrerá o mesmo destino do telefone modular. Camadas de execução como Kindelia e Fuel terão um crescimento especial de usuários, pois seu foco em velocidade e novos recursos permitirá que os aplicativos criados sobre elas sejam realmente inovadores.

Infelizmente, muitos desses projetos modulares ainda não foram testados, e alguns projetos modulares de blockchain podem nunca ser amplamente adotados. Os validiums podem ser completamente eliminados à medida que Celestia e Danksharding forem amplamente adotados. Os rollups soberanos da Celestia podem enfrentar alguns dos mesmos problemas de ponte que as camadas 1 existentes, dificultando a adoção devido a preocupações com segurança e complexidade.

Um futuro de blockchain descentralizado e modular ainda está muito distante. Enquanto isso, as blockchains monolíticas continuarão a ser relevantes e a inovar. Quando finalmente chegarmos a um futuro em que as blockchains modulares sejam amplamente adotadas, o cenário da blockchain monolítica também poderá ser completamente diferente. No entanto, precisamos de soluções de escalonamento para atender às blockchains existentes com liquidez e usuários e, a longo prazo, uma arquitetura de blockchain modular provavelmente será a melhor maneira de fazer isso.

Autor

Robert McTague é associado de investimentos do Eco Fund do Amber Group, o fundo de risco de criptografia em estágio inicial da empresa. Recentemente, ele ganhou o prêmio de terceiro lugar durante a ETHSF com alguns amigos construindo em cima do Fuel. Ele está muito otimista em relação ao futuro das blockchains modulares.

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