O que é a camada 0?

A Camada 0 (Blockchain da Camada Zero) é uma infraestrutura fundamental construída abaixo da Camada 1, servindo como uma camada ainda mais fundamental. O seu objetivo é melhorar a escalabilidade, a interoperabilidade e a especialização de diferentes cadeias de blocos.

Atualmente, várias aplicações multi-cadeias estão a experimentar diferentes arquitecturas para atingir este objetivo da camada 0. Este artigo irá explorar três exemplos reais da Camada 0, juntamente com dois projectos construídos na Camada 0 e que beneficiam das vantagens do ecossistema da Camada 0.

Recapitulação da Camada 1 - Camada 3

Camada 1: A camada 1 é a cadeia de blocos de base para interação e distribuição de dados. Os exemplos incluem Bitcoin, Ethereum, BNB Chain, etc.

Camada 2: A camada 2 é um protocolo construído sobre a camada 1, com o objetivo de melhorar o desempenho e o rendimento da cadeia de blocos. As transacções no nível 1 podem ser processadas por um nível 2 adicional, sendo os resultados finais enviados de volta para o nível 1 subjacente para manutenção de registos permanentes. As soluções de escalonamento da camada 2 visam reduzir a carga sobre a blockchain da camada de base, aumentar a velocidade de processamento e resolver problemas de escalabilidade. Ao interagir com a Camada 1, as cadeias de blocos podem atingir a escalabilidade sem comprometer a segurança. Pode encontrar mais informações sobre o Layer 2 num artigo anterior da Gate Learn.

Camada 3: A camada 3 é construída sobre a camada 2, oferecendo ainda mais escalabilidade e personalização. É normalmente utilizado por projectos que requerem uma interação frequente na cadeia, permitindo aos programadores implementar cadeias de jogos na Camada 3 com base nas suas necessidades. Isto serve para projectos específicos de jogos DApp que requerem uma interação de alta frequência na cadeia ou experiências melhoradas na carteira do utilizador. Pode encontrar mais informações sobre a Camada 3 num artigo anterior da Gate Learn.

Aplicações da Camada 0: Exemplo do Polkadot

Vamos utilizar o Polkadot para examinar o funcionamento da infraestrutura da camada 0 e as suas vantagens.

A camada 0 do Polkadot funciona da seguinte forma:

Uma cadeia de retransmissão é a cadeia principal que garante a segurança dos parachains. Estes parachains, que funcionam como cadeias laterais da camada 1, são dedicados a aplicações específicas. Além disso, existe um protocolo de camada de rede para a transmissão de mensagens de consenso cruzado (XCM). Isto melhora a comunicação entre os sistemas de consenso, proporcionando assim uma maior interoperabilidade.

Fonte: Blogue Polkadot

Vantagens da conceção do Parachain (cadeia paralela) de Polkadot

De acordo com o documento oficial do Polkadot, as principais vantagens da conceção do parachain são as seguintes

• Escalabilidade: A cadeia de retransmissão concentra-se em mensagens e segurança, permitindo que os parachains sejam soluções escaláveis sem lidar com a execução de contratos inteligentes. Esta estrutura também proporciona maior flexibilidade e escalabilidade para os parachains, uma vez que podem ser personalizados e optimizados para aplicações específicas ou casos de utilização sem serem limitados por contratos inteligentes.
• Especialização: Enquanto outras blockchains L1 devem equilibrar sua segurança e usar DApps para expansão, Polkadot e suas blockchains dedicadas (parachains) podem trabalhar juntas.
• Interoperabilidade: Uma vez que todos os parachains são construídos numa estrutura chamada Substrate e ligados à arquitetura do Polkadot, podem comunicar de forma nativa, trocar activos e formar interacções e ligações ricas entre cadeias. O formato de mensagem XCM do Polkadot acima permite que os parachains interajam entre si sem passar pela cadeia de retransmissão, como a partilha de activos.

Projectos do nível 1 no ecossistema Polkadot

Os projectos de parachain da camada 1 mais representativos no ecossistema Polkadot são os que ganharam a primeira ronda de leilões de slots. Estão a ser desenvolvidas há mais tempo e têm um consenso mais forte na comunidade. Eis três projectos do nível 1, por ordem do seu tamanho atual de TVL.

Astar
A Astar Network (anteriormente Plasm) é a plataforma de contratos inteligentes mais popular no Japão. Como camada 0, a cadeia de relés do Polkadot não suporta o desenvolvimento e a implementação de contratos inteligentes. O Astar preenche esta lacuna na perfeição, suportando as soluções de contratos inteligentes Wasm (WebAssembly) e EVM. Isto faz do Astar o primeiro parachain no ecossistema Polkadot que suporta o ecossistema Ethereum, incluindo soluções de escalonamento da Camada 2 como a OVM (Optimistic Virtual Machine).

Para atrair desenvolvedores para o seu ecossistema, a Astar Network implementou um programa de staking de dApp. Dentro da rede Astar, uma parte dos tokens inflacionários criados com cada novo bloco é alocada para o staking dApp. As recompensas deste processo de staking são depois distribuídas pelos criadores da dApp e pelos stakers.

O Astar é construído em Polkadot da seguinte forma: utiliza a cadeia de retransmissão de Polkadot para lidar com a interoperabilidade entre cadeias, o armazenamento de dados e a verificação de transacções, enquanto a camada EVM é responsável pela execução de contratos inteligentes e é compatível com Ethereum, permitindo aos programadores construir e implementar dApps.

Moonbeam
Moonbeam é uma ponte Ethereum utilizada principalmente para integrar contratos inteligentes escritos em Solidity no Ethereum com pequenas modificações na cadeia Moonbeam. Isto permite a interoperabilidade entre cadeias com a cadeia de retransmissão e todo o ecossistema Polkadot. Em 2020, o conhecido serviço DeFi, SushiSwap, lançou uma sucursal no Moonbeam. Em 2022, o Polkadot USDT nativo foi lançado no Moonbeam.

A rede de teste do sistema Polkadot é a Kusama. O fluxo de trabalho típico para os programadores consiste em utilizar primeiro o Moonriver na rede de testes Kusama (as funções do Moonriver são semelhantes às do Moonbeam). É um projeto precursor do Kusama) para testar e verificar contratos inteligentes, enviando depois o código para o Moonbeam no Polkadot. O Moonbeam pode executar instâncias EVM na cadeia Polkadot e suporta a norma ERC-20 e o protocolo DOT.

Acala
Acala é uma plataforma de serviços financeiros construída sobre a rede Polkadot, oferecendo três serviços principais: AcalaSwap (um Criador de Mercado Automatizado para troca de moedas, onde os Provedores de Liquidez podem abrir pools para injetar liquidez e receber taxas de transação), Honzon (um protocolo de stablecoin) e Homa (um protocolo de staking líquido). Acala é considerado o centro DeFi de Polkadot e é compatível com Ethereum, permitindo que os desenvolvedores migrem facilmente seus projetos DeFi de Ethereum para a rede Acala. Tem um sistema de token duplo, incluindo a stablecoin descentralizada nativa (aUSD) e ACA (o token de governação da rede Acala). Os três serviços principais acima mencionados podem satisfazer as necessidades de garantia de parachain, criação de liquidez entre cadeias, garantia de activos em várias cadeias e emissão da stablecoin algorítmica aUSD.

Progressos e limitações da entrega de Polkadot

Com a versão final do Polkadot 1.0 prevista para ser lançada em julho de 2023, isto significa que as funcionalidades da cadeia de retransmissão Polkadot foram entregues. A longo prazo, o Polkadot pretende ser um ecossistema mais geral, gerando, utilizando e vendendo espaço de blocos (ou seja, o Coretime do Polkadot).

Seguem-se alguns dados actuais sobre o ecossistema de Polkadot: 1. Existem mais de 580 projectos de ecossistema, incluindo mais de 90 parachains, mais de 300 Dapps e mais de 190 blockchains baseados em Substrate. 2. Os projectos mais cruciais da atual parachain estão relacionados com o lançamento e a implantação das stablecoins centralizadas Tether (USDT) e Circle (USDC), com 250 milhões de USDC no Polkadot's Asset Hub. 3. Todo o ecossistema tem cerca de 2 000 programadores activos por mês e 83 000 utilizadores activos por mês.

Além disso, no que diz respeito à interoperabilidade e às aplicações de ponte entre cadeias, o Bridge Hub e a cadeia de identidade, o Asset Hub e a cadeia Collectives são infra-estruturas dignas de nota no ecossistema Polkadot. Em dezembro de 2023, a ponte sem confiança Snowbridge foi implantada no ambiente de produção do Asset Hub e do Bridge Hub após uma auditoria de segurança, prevendo-se que seja activada no início de 2024. O método de encriptação subjacente à ponte de cadeia cruzada sem confiança é um protocolo de encriptação para fins especiais desenvolvido internamente pela equipa de investigação da Fundação Web3. Estão integrados no XCM e permitem qualquer interação de contratos, que podem ser utilizados em soluções futuras com o Ethereum e a rede Moonbeam. O recurso sem confiança proporciona uma melhor escalabilidade e eficiência, mas a limitação é uma segurança de rede subjacente mais fraca.

Projeto da camada 0 com objectivos semelhantes: Cosmos

Tal como o Polkadot, o Cosmos é um dos primeiros projectos a propor a criação de um ecossistema de cadeias cruzadas com uma visão semelhante ao Layer 0. De acordo com o whitepaper do Cosmos, o ecossistema Cosmos pode concretizar a interoperabilidade entre cadeias de blocos, com activos que podem ser emitidos e controlados por diferentes validadores, mas que podem circular e ser trocados sem problemas entre cadeias de blocos sem depender de terceiros de confiança.

Vantagens do ecossistema Cosmos

Tendermint Core: Existem muitas regiões (zonas) no Cosmos, todas elas suportadas pelo Tendermint Core, um mecanismo de consenso seguro e de alto desempenho que pode suprimir comportamentos maliciosos. O algoritmo de consenso BFT do Tendermint Core é adequado para expandir blockchains de Prova de Participação (PoS) públicos. As cadeias de blocos com outros modelos de consenso, incluindo o Ethereum e o Proof of Work da Bitcoin, podem ligar-se à rede Cosmos utilizando zonas adaptadoras. Devido a diferenças filosóficas com o fundador Jae Kwon, a Tendermint foi mais tarde rebaptizada Ignite. Isto resultou numa divisão em duas entidades, com Kwon a assumir o cargo de diretor executivo da outra entidade, a NewTendermint.

Cosmos Hub: A primeira zona do Cosmos chama-se Cosmos Hub. O Cosmos Hub é uma rede de blockchain de prova de aposta (PoS) de múltiplos activos regida por um mecanismo simples que lhe permite adaptar-se e atualizar-se. Além disso, o Cosmos Hub pode expandir-se ligando outras zonas. O Cosmos Hub é responsável por todas as transferências de tokens entre zonas e mantém o controlo do fornecimento total de tokens. Cada Hub isola os riscos de cada zona. Qualquer pessoa pode ligar novas zonas ao Cosmos Hub. Por conseguinte, as zonas permitem a compatibilidade futura com novas soluções de tecnologia de cadeia de blocos.

Protocolo IBC Cross-Chain: Os Hubs e as zonas da rede Cosmos comunicam através do protocolo IBC. O protocolo IBC é um protocolo virtual utilizado para transmitir dados de blockchain, semelhante aos protocolos UDP ou TCP na rede Web2.

Para além do motor de consenso, o Tendermint Core, a zona inicial do Cosmos, nomeadamente o Cosmos Hub, e o protocolo de cadeia cruzada IBC, o quadro de desenvolvimento do Cosmos SDK também desempenha um papel importante. O conjunto destas infra-estruturas forma o ecossistema Cosmos.

Projectos da camada 1 no ecossistema Cosmos

Atualmente, os dados da Coingecko indicam 10 projectos entre os 100 maiores valores de mercado no ecossistema Cosmos, com mais de 260 projectos construídos no ecossistema. A tecnologia Cosmos deu origem a inúmeros projectos robustos. Este facto pode ser atribuído às diferentes vias de desenvolvimento tecnológico escolhidas pela Polkadot e pela Cosmos. O Polkadot garante a segurança através da conceção de cadeias de retransmissão e de parachains, ao passo que o Cosmos Hub não se ocupa da troca de mensagens em cadeia e da segurança. Tal como referido num artigo anterior da Gate Learn, o ecossistema Cosmos assemelha-se a uma estrutura de rede radiativa. Cada cadeia de aplicações gere a sua segurança, oferecendo aos projectos DeFi no âmbito do ecossistema Cosmos uma maior flexibilidade e autonomia.

Injective
A Injective é uma blockchain de interoperabilidade modular e pronta a usar que pode construir livros de ordens totalmente descentralizados, mercados de previsão ou outros dApps de serviços financeiros na cadeia. Criada com o Cosmos SDK, a Injective pode implementar transacções instantâneas com o quadro de consenso de prova de aposta Tendermint.

Para a interoperabilidade, a Injective suporta transacções entre cadeias sem descontinuidades entre Ethereum, Moonbeam, CosmosHub e outras cadeias que suportam o IBC, bem como Solana, Avalanche e outras cadeias integradas no Wormhole. Uma vez que a Injective suporta transacções entre cadeias com a Ethereum e todas as cadeias que suportam o IBC, isto significa que os tokens criados na Injective podem aparecer em várias redes por defeito.

Em relação à compatibilidade com o ecossistema de cadeia cruzada, a Injective suporta CosmWasm, um novo tipo de plataforma de contrato inteligente construída para o ecossistema Cosmos. Isto significa que os programadores podem facilmente lançar a sua dApp baseada em contratos inteligentes na Injective. Os contratos inteligentes executados noutras cadeias que suportam a CosmWasm também podem migrar sem problemas para a Injective.

Cronos
Cronos é uma blockchain de Camada 1 compatível com Ethereum, construída usando o Cosmos SDK. Inicialmente, a Crypto.com utilizou a cadeia pública de código aberto da Cronos.org para oferecer serviços financeiros. Mais tarde, a equipa do projeto desenvolveu o Cronos, uma cadeia de blocos de funcionamento paralelo, para alargar a utilização da DeFi, da NFT e da GameFi em sectores específicos. A criação desta nova cadeia também tornou a implantação de dApps e contratos inteligentes mais acessível e ajudou a reduzir as emissões de carbono.

O Cronos é compatível com EVM e Solidity, e todas as ferramentas EVM estão prontamente disponíveis. Além disso, existe o Cronos Play, um conjunto de ferramentas para programadores concebido para programadores de jogos Web, Unity, Unreal e C++. Estas ferramentas podem ser utilizadas para o desenvolvimento conveniente de projectos GameFi.

A caraterística mais exclusiva do Cronos é o apoio direto da Crypto.com: O Cronos Ecosystem Grants Program, um plano para apoiar os primeiros projectos da Cronos, orientando o desenvolvimento inicial de produtos e fornecendo apoio técnico. Além disso, existe o Cronos Accelerator, um plano para potenciais criadores de dApp.

Celestia
O Celestia é um projeto de destaque na corrida pela disponibilidade de dados. Trata-se de uma rede modular que se centra na ordenação das transacções e na verificação da disponibilidade dos dados publicados.

O Celestia utiliza a tecnologia de Amostragem de Disponibilidade de Dados (DAS), que recolhe amostras aleatórias em diferentes segmentos de blocos várias vezes. Cada amostragem bem sucedida aumentará a confiança na disponibilidade dos dados e na validade do bloco. Além disso, este método é escalável. À medida que mais nós leves se juntam à rede para recolher dados, o tamanho do bloco aumenta, permitindo um maior rendimento. A sua inovação técnica atraiu 55 milhões de euros de financiamento em 2022. A Ethereum declarou que pretende concentrar-se na disponibilidade e segurança dos dados no futuro. Em comparação com a camada DA do Ethereum, o Celestia reduz significativamente os custos de dados, o que é considerado uma ameaça para o Ethereum.

Limitações e direção futura do Cosmos

Tal como a Polkadot, cujos activos mais importantes do projeto são as stablecoins (USDC no valor de 250 milhões de dólares), o sucesso da Cosmos em 2022 deveu-se em grande parte à implantação da stablecoin UST da Terra na blockchain da Cosmos. Nessa altura, a UST era a quarta maior stablecoin em valor de mercado. No entanto, a espiral de morte da dissociação do Terra em maio de 2022 representou um teste severo para o Cosmos, levando a uma queda significativa no preço dos tokens ATOM.

Posteriormente, o Cosmos começou a concentrar-se na modularidade. Atualmente, a rede bifurcada do Cosmos Hub, AtomOne, está programada para lançar a sua rede principal em 27 de fevereiro de 2024. Este evento foi desencadeado pela insatisfação do fundador Jae Kwon com a pequena margem pela qual a proposta de taxa de inflação do token ATOM foi aprovada, levando-o a propor um fork.

Isto revela pelo menos três grandes problemas com Cosmos:

• Centralização: Para além de os fundadores poderem contrariar as propostas da comunidade através de forks, o coeficiente Satoshi (que indica o grau de centralização) dos operadores de nós (tais como o operador de validação individual Chainflow) e stake pools como o LIDO, mostrou que o Cosmos tem uma pontuação de 7, Ethereum 2, Solana 20, e Polkadot 92 (no momento da escrita), reflectindo que o ecossistema Cosmos é relativamente centralizado.
• Alta taxa de inflação e custo de segurança da rede: Inicialmente, a pesquisa da Blockworks Research mostrou que o token $ATOM da Cosmos tinha uma alta taxa de inflação. Isto implica a insustentabilidade da tokenomics e afecta o custo que o Cosmos paga pela segurança da rede, levando a equipa a apresentar propostas relacionadas.
• Fragmentação da governação do ecossistema e da liquidez dos tokens: A primeira é exemplificada pela mudança de nome e divisão da Tendermint, que potencialmente confunde o ecossistema. Esta última afecta a experiência do utilizador e, subsequentemente, a adoção do Cosmos.

Qual é a futura direção de desenvolvimento do ecossistema Cosmos? De acordo com a partilha AMA de Billy Rennekamp, responsável pelo Cosmos Hub, as próximas funcionalidades do Cosmos Hub incluem a atualização Vega, os novos módulos AuthZ e FeeGrant e a atualização da estabilidade e segurança da rede. Além disso, será introduzida a função de encaminhamento de pacotes IBS. O Gravity DEX e o Emeris marcam o desenvolvimento do ecossistema Cosmos, mas também suscitam algumas discussões sobre a credibilidade e o equilíbrio do ecossistema. A implementação da segurança inter-cadeias e das funções ATOM aumentará ainda mais o valor e a segurança do Cosmos Hub. Entretanto, os projectos NFT e IRISnet em curso no Cosmos também trarão mais aplicações e valor ao ecossistema. Estas actualizações e funcionalidades irão melhorar a experiência do utilizador e espera-se que impulsionem o desenvolvimento e a adoção do ecossistema Cosmos.

Conclusão e perspectivas

O termo Layer 0 tornou-se conhecido desde cedo, em grande parte devido ao evangelismo de Gavin Wood e à sua utilização no blogue Polkadot parachain. No entanto, no resumo de fim de ano do Polkadot para 2023, o Polkadot e o Layer 0 já não são discutidos em conjunto. Isto pode dever-se ao facto de tanto o Polkadot como o Cosmos se terem deparado com problemas semelhantes no desenvolvimento do seu ecossistema:

Para além da vontade da Ethereum de integrar o Polkadot no seu protocolo, outras redes da Camada 1 parecem menos propensas a seguir o exemplo. Da mesma forma, a segurança da rede Cosmos é garantida pelo seu token nativo, o ATOM. Em última análise, todos querem adquirir mais tokens da Camada 1 para conseguir mais interacções na cadeia. A segurança da rede depende da distribuição dos sequenciadores. A redefinição destas funções (tal como a XAI aborda o problema do incentivo à autenticação através dos nós Sentry) e o desenvolvimento de uma infraestrutura modular e compósita no âmbito de ecossistemas de cadeias cruzadas são desafios reais que a via da camada 0 enfrentará em 2024. Se a Polkadot e a Cosmos não conseguirem apresentar soluções satisfatórias para estes desafios, o caminho para resolver estas questões poderá não se chamar Camada 0, mas outra coisa qualquer.

O futuro dos protocolos universais de cadeia cruzada
Outros projectos estão também a competir na corrida das cadeias cruzadas. Por exemplo, o Wormhole é um protocolo entre cadeias que facilita o envio universal de mensagens entre cadeias de blocos. Não é uma cadeia de blocos propriamente dita, nem uma ponte de fichas. Em vez disso, fornece ferramentas para a construção de trocas entre cadeias, a implementação da governação NFT e a criação de jogos entre cadeias.

Outro protocolo similar de cadeia cruzada é o LayerZero, que usa Ultra Light Nodes (ULN), e seu design é um pouco similar ao Wormhole. O CEO da LayerZero acredita que o funcionamento de sistemas como o Wormhole é colocar componentes de controlo no "sistema", e apenas administradores de confiança podem actualizá-los (exigindo 13/19 multisig). O LayerZero também utiliza chaves externas para gerir os parâmetros dos dApps e confia que os gestores de chaves não actuem de forma maliciosa. A diferença é que a dApp do Wormhole não tem controlo e não pode impedir que o "sistema" force actualizações e altere o protocolo de transmissão de mensagens subjacente. O LayerZero permite que cada dApp escolha um conjunto de parâmetros de segurança imutáveis. Isto significa que o LayerZero, enquanto infraestrutura de chaves, é imutável, de código aberto e pertence sempre ao utilizador.

Para além do protocolo de nós leves desenvolvido pela Polkadot e do protocolo de cadeia cruzada IBC da Cosmos, é provável que esta corrida venha a assistir a protocolos de cadeia cruzada mais universais como o Wormhole e o LayerZero no futuro, oferecendo soluções mais eficientes, flexíveis e seguras.