Eu visito frequentemente a Starbucks na área de Fort em Mumbai. No caminho, eu passo pela famosa Biblioteca da Sociedade Asiática, que já foi apresentada em filmes e inúmeras bobinas, e sou lembrado de sua presença duradoura. Considerei usar uma analogia diferente para explicar a disponibilidade de dados, mas quando algo funciona tão bem, por que mudá-lo?

Fonte- Wikipedia

Imagine que estamos no século XIX e a Biblioteca da Sociedade Asiática é uma das poucas, ou talvez a única, biblioteca da cidade. Esta biblioteca não é apenas um repositório de livros. É o centro onde cada pedaço de informação necessário para manter a cidade a funcionar sem problemas é armazenado. A biblioteca possui registros essenciais como certidões de nascimento e escrituras de propriedade. Também contém recursos valiosos, como materiais educativos e artefatos culturais. A cidade não poderia perder o acesso a esses materiais em nenhum momento. O que aconteceria se a biblioteca fosse trancada ou desaparecesse? Isso causaria estragos em todos os departamentos municipais que dependem de suas informações.

A solução de Disponibilidade de Dados (DA) tem um propósito semelhante em criptografia. Ela garante que as informações necessárias para validar e processar transações em uma blockchain sejam acessíveis a todos os participantes. Sem uma disponibilidade robusta de dados, a integridade e funcionalidade das redes de blockchain, especialmente soluções de dimensionamento como rollups, podem ser severamente comprometidas.

De Empresas Iniciais na Web a Blockchains Modulares

Nos primeiros dias da web, cada negócio online tinha que gerir tudo sozinho. Como Shlok explorou no nosso Artigo AVS, todo negócio online precisava de servidores físicos, equipamentos de rede, armazenamento de dados, licenças de software para bancos de dados e sistemas operacionais, uma instalação segura para abrigar hardware, uma equipe de administradores de sistemas e engenheiros de rede, e robustas soluções de recuperação de desastres e backup. Tudo isso custava pelo menos $250.000 e levava vários meses a um ano para ser configurado.

No entanto, rapidamente percebemos que delegar estas tarefas era benéfico para todos. Esta visão está alinhada com o princípio económico de vantagem comparativa. Afirma que as entidades não precisam produzir tudo por si próprias. Em vez disso, podem se especializar em áreas onde têm um custo de oportunidade mais baixo e se envolver no comércio com outros.

Em essência, tentar produzir tudo incorre em um custo de oportunidade - os recursos e o tempo dedicados à produção de um bem poderiam ser alocados para produzir outro. Algumas entidades podem produzir certos bens de forma mais eficiente do que outras. Um exemplo clássico de vantagem comparativa é o comércio entre os EUA e a China. Os EUA têm uma vantagem comparativa na produção de bens de alta tecnologia, como software e máquinas avançadas, devido à sua força de trabalho qualificada e capacidades de inovação. Enquanto isso, a China tem uma vantagem comparativa na fabricação de bens de consumo, como eletrônicos e roupas, devido aos seus custos de mão de obra mais baixos. Ao se concentrar na produção do que cada país é relativamente mais eficiente, ambos os países se beneficiam do comércio, obtendo bens a um custo menor do que se tentassem produzi-los domesticamente. Ao se concentrar em suas forças e no comércio, todas as partes podem alcançar maior eficiência e benefícios mútuos sem o ônus de se destacar em todas as áreas independentemente.

Este princípio estende-se para além das nações e das empresas até às arquiteturas de blockchain também. Assim como os países se especializam em indústrias ou produtos específicos, diferentes componentes de um sistema de blockchain podem focar em funções específicas. Essa especialização leva a um desempenho e eficiência geral melhorados dentro do ecossistema.

Por que disponibilidade de dados?

Semelhante às primeiras empresas da Internet, as blockchains inicialmente lidavam com tudo: executar transações, alcançar consenso, armazenar dados e liquidar transações. Esse abordagem apresentou problemas para cadeias como Ethereum, que é relativamente altamente descentralizada no nível base. Gradualmente, a ideia de modularidade ganhou tração. Modularidade em blockchains refere-se a decompor as funções da blockchain (como consenso, disponibilidade de dados e execução) em camadas ou módulos separados e especializados. Isso permite maior flexibilidade, escalabilidade e eficiência, permitindo que cada camada se concentre em uma tarefa específica.

Ethereum decidiu que separar a execução do consenso e do acerto era a melhor maneira de escalar, colocando o roadmap centrado em rollup em destaque.

Várias soluções de Camada 2 (L2) inundaram o panorama da Máquina Virtual Ethereum (EVM), sobrecarregando o Ethereum ao postar dados de transação nele. Essa competição pelo espaço de bloco do Ethereum tornou o uso do L1 caro. Armazenar e acessar dados no Ethereum era caro - até março de 2024, os L2s incorreram em mais de 11.000 ETH em taxas. A $3.400 por ETH, isso totalizou $37,4 milhões!

O Ethereum resolveu o problema com EIP-4844, introduzindo um espaço separado chamado blobs para L2s armazenarem seus dados. Consequentemente, o custo caiu para 1,7k ETH no mês seguinte e para pouco mais de 100 ETH em agosto - uma redução de 99%. Então, o problema de custo para rollups está resolvido? Quem dera fosse tão simples.

Desafios para além do custo

Apesar da redução das taxas para armazenar dados em blobs, dois desafios críticos permanecem:

1. Previsibilidade de Taxas: As taxas continuam imprevisíveis devido à congestão do Ethereum.
2. Capacidade do Blob: Cada blob pode conter 128kB de dados, e cada bloco pode incluir até 6 blobs, totalizando 768kB por bloco. Considerando outras transações, um bloco Ethereum pode ter cerca de 1,77 MB. Isso leva o tamanho máximo de um bloco Ethereum para aproximadamente 2,5 MB. Com um tempo de bloco de 12 segundos, a largura de banda do Ethereum é de aproximadamente 0,2 MB/s - insuficiente para o aumento previsto no número de usuários de aplicativos descentralizados.

Essas limitações ressaltam a necessidade de serviços de DA dedicados, assim como os rollups descarregam a execução do Ethereum.

Com este pano de fundo, várias soluções DA como Celestia, Avail e Near emergiram. Estes serviços dedicados focam exclusivamente em garantir que os dados sejam acessíveis e seguros, fornecendo a infraestrutura necessária para suportar redes blockchain escaláveis e confiáveis. Ao concentrarem-se na disponibilidade de dados, estas soluções podem otimizar o desempenho e lidar com os desafios específicos que as blockchains de uso geral têm dificuldade em gerir de forma eficaz.

EigenDA - extensão de armazenamento de dados do Ethereum

EigenDA é um Serviço Validado Ativamente (AVS) pela EigenLayer em cima do Ethereum. Significa que EigenDA não funciona independentemente do Ethereum. Se um desenvolvedor quiser usar um serviço DA sem o Ethereum na mistura, EigenDA não é a resposta. Ele se distingue por várias características-chave que o diferenciam de outros serviços DA.

1. Alta taxa de transferência

Com 15 MB/s, o EigenDA tem a maior largura de banda entre os serviços DA 'fora do protocolo'. Fora do protocolo implica que o serviço DA opera separadamente do blockchain principal. Ele alcança alta taxa de transferência separando o consenso do DA, a codificação de eliminação e a comunicação direta em vez de ponto a ponto.

Separar o consenso do DA. A maioria dos sistemas de DA atuais combina a verificação de que os dados são acessíveis com a organização da ordem desses dados em um único sistema complexo. Embora a atestação dos dados possa ser feita em paralelo, alcançar um consenso ou ordenar os dados torna tudo mais lento. Essa abordagem combinada pode melhorar a segurança para sistemas que gerenciam a ordem dos dados eles mesmos. Mas é desnecessária para sistemas de DA como o EigenDA, que trabalham ao lado do Ethereum, que já lida com a ordem dos dados ou o consenso. Ao remover a etapa extra de ordenação, o EigenDA se torna muito mais rápido e eficiente.

Aqui está como o EigenDA funciona com Ethereum, com um exemplo de um rollup:

1. O sequenciador de rollup (que organiza transações) envia um lote de transações para o sistema EigenDA.
2. O sistema EigenDA divide o lote em partes menores, cria prova de que os dados estão completos e envia essas partes para diferentes operadores de armazenamento, obtendo a confirmação de que eles armazenaram os dados.
3. Após obter essas confirmações, o EigenDA envia uma mensagem para a blockchain (Ethereum) informando que os dados estão armazenados com segurança e inclui detalhes e prova.
4. O contrato do EigenDA no Ethereum verifica a prova e armazena o resultado na cadeia.
5. Uma vez que os dados são armazenados fora da cadeia e registados (prova de que os dados estão armazenados fora da cadeia) na blockchain, o sequenciador de rollup envia um ID de referência para os dados para o seu próprio sistema.
6. Antes de aceitar o ID de dados, o sistema rollup verifica com o EigenDA para garantir que os dados estejam totalmente disponíveis. Se a verificação confirmar que está armazenado, o ID é aceito. Caso contrário, o ID é rejeitado.
   Essencialmente, o EigenDA ajuda a armazenar e verificar dados de transações fora da blockchain principal, garantindo sua segurança e disponibilidade.

Você pode compreender o mecanismo em profundidade emDocumentos EigenDA.

A codificação de apagamento é como criar um quebra-cabeça inteligente a partir dos seus dados, onde você só precisa de algumas das peças para resolvê-lo. Este método garante que seus dados permaneçam seguros, acessíveis e eficientes para armazenar, mesmo se algumas partes forem perdidas ou algumas localizações de armazenamento falharem. O EigenDA usa essa técnica quando os rollups enviam dados, codificando-os em fragmentos. Dessa forma, cada nó só precisa baixar uma pequena parte dos dados em vez de tudo, tornando o processo muito mais eficiente. E a melhor parte é que, à medida que o tamanho dos dados aumenta, a parte que os nós precisam baixar não aumenta linearmente, mas quase linearmente.

Em vez de usar provas de fraude para detectar erros, o EigenDA usa provas criptográficas especiais chamadas compromissos KZG. Estas provas ajudam os nós a garantir que os dados são processados e armazenados corretamente, aumentando tanto a velocidade como a segurança.

Comunicação direta em vez de P2P. A maioria dos sistemas de disponibilidade de dados (DA) atuais usa redes peer-to-peer (P2P), onde cada operador compartilha dados com seus vizinhos, o que retarda todo o processo. Em contraste, o EigenDA usa um dispersor central que envia dados diretamente para todos os operadores usando comunicação unicast. Unicast significa que os dados são enviados diretamente para um operador em vez de serem disseminados pela rede. Embora isso possa parecer criar mais centralização no sistema, não é assim. Porque o dispersor não é diretamente responsável pelo DA. Ele apenas move os dados. O armazenamento real dos dados ocorre em vários nós em toda a rede. Além disso, o dispersor centralizado faz parte da arquitetura atual, mas a equipe do EigenDA sugere que ele se moverá em direção a dispersão descentralizada no futuro.

Essa abordagem direta evita os atrasos e ineficiências do compartilhamento P2P, permitindo que o EigenDA verifique a disponibilidade de dados de forma muito mais rápida e eficiente. O EigenDA garante uma confirmação de dados mais rápida e melhora o desempenho geral, eliminando protocolos de fofoca demorados.

Estes três fatores permitem que o EigenDA se expanda horizontalmente, o que significa que, à medida que mais nós se juntam à rede, ela se torna mais escalável. Atualmente, o limite é de 200 operadores.

2. Modelo de Confiança Forte

A maioria das soluções de disponibilidade de dados (DA), como Celestia e Avail, exigem que os operadores de nós apostem suas moedas nativas para melhorar a utilidade da moeda. Em contraste, o EigenDA adota uma abordagem única, implementando uma aposta dupla com ETH e tokens EIGEN. Para participar dos quóruns ETH e EIGEN respectivos, um operador deve apostar pelo menos 32 ETH e 1 EIGEN.

Mas porquê obrigar os operadores a apostar na EIGEN para além da ETH? Este mecanismo de staking duplo permite que o EigenDA penalize operadores maliciosos através da falsificação de tokens, em vez de depender apenas do Ethereum para a aplicação. Este processo, conhecido como intersubjetivo forking, permite uma punição mais eficiente e eficaz dos maus atores. Vamos analisar como isso funciona.

Um dos aspetos mais críticos da manutenção da integridade da rede de um serviço DA é o combate ataques de retenção de dados. Esse tipo de ataque ocorre quando um produtor de bloco propõe um novo bloco, mas retém os dados de transação necessários para validá-lo. Normalmente, os blockchains garantem a disponibilidade do bloco exigindo que os validadores baixem e validem todo o bloco. No entanto, se a maioria dos validadores agir maliciosamente e aprovar um bloco com dados ausentes, o bloco ainda poderá ser adicionado à cadeia, embora nós completos acabem rejeitando-o.

Embora os nós completos possam detectar blocos inválidos ao baixá-los completamente, os clientes leves não possuem essa capacidade. Técnicas como Amostragem de Disponibilidade de Dados (DAS)ajudar clientes leves a verificar a disponibilidade de dados sem baixar o bloco inteiro, mantendo assim baixos os requisitos de recursos.

Em DAS, os nós não precisam de baixar blobs de dados completos para verificar a sua disponibilidade. Em vez disso, eles amostram aleatoriamente pequenas porções dos pedaços de dados armazenados em vários nós. Esta abordagem de amostragem reduz significativamente a quantidade de dados que cada nó deve lidar, permitindo uma verificação mais rápida e um menor consumo de recursos.

Mas o que acontece se alguns nós não cumprirem e se recusarem a armazenar ou fornecer os dados necessários? Tradicionalmente, a resposta seria relatar esses nós mal-comportados à Ethereum, que então reduziria suas participações. No entanto, fazer com que um serviço DA force um nó potencialmente malicioso a publicar todos os seus dados na Ethereum para provar sua inocência não é viável devido às seguintes razões:

1. Alto custo: Publicar grandes quantidades de dados na Ethereum é proibitivamente caro. O espaço de bloco da Ethereum já é muito procurado, e adicionar grandes cargas de dados levaria a taxas exorbitantes e ainda mais congestão na rede. Vamos ilustrar com um exemplo. O armazenamento dos primeiros 32 bytes na Ethereum custa 20k de gás, e cada pedaço subsequente de 32 bytes custa 5k de gás. Para armazenar 1 GB (1073741824 bytes) de dados custaria 20k + (1073741824/32 – 1)*5k = 167,772,175k de gás. Se o gás for negociado a 30 Gwei, o custo total é de 5.033.165.250.000 gwei ou ~5033 ETH. Isso equivale a cerca de $13 milhões se o ETH estiver sendo negociado a $2600.
2. Problemas de escalabilidade: Os limites atuais de taxa de transferência e tamanho de bloco do Ethereum significam que o processamento de grandes postagens de dados de vários serviços DA sobrecarregaria a rede, causando atrasos e ineficiências.
3. Latência da transação: O tempo que leva para processar e confirmar grandes carregamentos de dados na Ethereum retardaria o processo punitivo, permitindo que atores maliciosos continuassem potencialmente suas atividades prejudiciais por mais tempo do que o desejado.
4. Fiscalização ineficiente: Depender dos próprios mecanismos do Ethereum para cortes implicaria uma coordenação complexa entre os validadores. Isso resultará em maior latência, tornando-se uma solução impraticável para ações de fiscalização frequentes requeridas pelos serviços de DA.

Dadas essas dificuldades, o EigenDA utiliza o fork intersubjetivo como um método mais eficiente e econômico para impor penalidades contra operadores maliciosos. Eis como funciona:

Todos os observadores razoáveis e honestos dentro da rede EigenDA podem verificar independentemente que um operador não está a servir dados quando solicitado. Após verificação, o EigenDA pode iniciar um fork do token EIGEN, reduzindo efetivamente a participação do operador malicioso. Este processo contorna a necessidade de envolver diretamente o Ethereum, reduzindo assim os custos e acelerando o processo punitivo.

O fork intersubjetivo alavanca o acordo coletivo de múltiplos observadores para fazer valer as regras da rede, garantindo que operadores maliciosos sejam penalizados rapidamente e de forma eficiente, sem os custos associados aos métodos tradicionais. Esse modelo de confiança robusto melhora a segurança e confiabilidade do EigenDA, tornando-o uma escolha melhor entre as soluções DA.

3. Personalização

A atestação é necessária para garantir a validade e disponibilidade de dados dentro de um sistema blockchain. Ela age como um processo de verificação onde os participantes, como validadores ou stakers, confirmam que os dados em um bloco estão corretos e acessíveis a todos. Sem atestação, não haveria garantia de que os dados propostos são legítimos ou que não foram retidos ou adulterados, o que poderia levar a uma quebra de confiança e possíveis vulnerabilidades de segurança. A atestação garante transparência e impede ações maliciosas, como retenção de dados ou proposição de blocos inválidos.

Quórum Personalizado

O EigenDA tem um recurso chamado Quorum Personalizado, onde dois grupos separados devem verificar a disponibilidade de dados. Um grupo é composto por restakers ETH (o quórum ETH), e o outro pode ser stakers do token nativo do rollup. Ambos os grupos trabalham de forma independente, e o EigenDA só falha se ambos forem comprometidos. Portanto, projetos que não desejam depender da atestação do EigenDA podem empregar o quórum personalizado. Isso é útil para os desenvolvedores, pois introduz a opção de substituir as verificações do EigenDA.

Flexibilidade de preços e largura de banda reservada

Os rollups atualmente enfrentam incerteza no preço do gás e risco de taxa de câmbio quando cobram taxas em sua moeda nativa e pagam Ethereum em ETH para liquidação. EigenDA oferece rollups e outros aplicativos para pagar com DA em suas moedas nativas e também reservar largura de banda dedicada que não entra em conflito com mais nada.

EigenDA conquistou uma posição distintiva no cenário de disponibilidade de dados com sua alta capacidade de processamento e inovador mecanismo de duplo quórum. Seu sistema de bifurcação intersubjetiva e DAS oferecem soluções robustas para desafios críticos como ataques de retenção de dados, aprimorando a segurança da rede sem depender excessivamente do Ethereum.

No entanto, o EigenDA enfrenta dois obstáculos significativos. Em primeiro lugar, o limite atual de 200 operadores representa um possível gargalo para a escalabilidade e descentralização à medida que a demanda cresce. Essa limitação pode se tornar cada vez mais problemática à medida que mais rollups e aplicativos procuram soluções confiáveis de disponibilidade de dados.

Em segundo lugar, e talvez mais urgentemente, o EigenDA deve navegar no desafio da geração sustentável de receitas. O gráfico a seguir mostra como a receita de serviços DA diminuiu significativamente tanto para a Celestia quanto para o Ethereum.

Com as taxas de disponibilidade de dados a diminuir em toda a indústria, o modelo económico da EigenDA terá de evoluir. O projeto deve encontrar novas formas de rentabilizar os seus serviços sem comprometer a acessibilidade ou o desempenho.

O sucesso do EigenDA dependerá em grande parte de como ele enfrenta esses desafios. Será que ele pode expandir sua rede de operadores sem sacrificar a segurança ou eficiência? Descobrirá novas fontes de receita ou otimizará sua estrutura de custos para se manter competitivo em um mercado de taxas decrescentes? À medida que o ecossistema blockchain continua a amadurecer, as respostas da EigenDA a essas questões desempenharão um papel crucial na formação não apenas de sua própria trajetória, mas também do cenário mais amplo de soluções de escalabilidade blockchain.

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