A chave para o dimensionamento do Ethereum: otimização da disponibilidade de dados (DA)

Autor: TY, Médio; Compilador: Lynn, MarsBit

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À medida que o Ethereum evolui de uma tecnologia experimental para um sistema totalmente desenvolvido capaz de fornecer aos usuários comuns uma experiência aberta, global e sem permissão, uma importante transição técnica que será necessária envolve mover os usuários para o L2.

Para alcançar ampla adoção, o Ethereum deve processar milhões de transações por segundo. O trilema da escalabilidade destaca os desafios de escalar totalmente o Ethereum dentro das restrições de descentralização, segurança e escalabilidade. Com custos de transação variando de US$ 4 a US$ 200, o Ethereum não é atraente para muitos usuários.

Fonte: Etherscan.io

Enfrentando os desafios de escalabilidade do Ethereum com uma abordagem centrada em Rollup

Para aumentar a capacidade de uma blockchain ao encaixar mais dados e transações num bloco, há uma compensação: isto pode exigir hardware mais poderoso para executar os nós e pode prejudicar a descentralização. Outra opção é construir soluções de nível superior com Ethereum como camada base, em vez de introduzir novos recursos de blockchain que poderiam perturbar a rede.

As soluções de escalonamento fora da cadeia fornecem um método indireto de escalonamento da camada principal do blockchain. Eles descarregam a computação de transações fora da rede Ethereum, aproveitando o blockchain principal para confiança e arbitragem. Essa abordagem é chamada de escalonamento da Camada 2 e adiciona uma camada extra sobre o Ethereum. Diferentes abordagens, como canais de estado, sidechains, plasma, rollups otimistas e rollups de validade (comumente conhecidos como zk-rollups) se enquadram nessa categoria.

O Rollup fornece uma solução versátil e versátil que permite até mesmo que o EVM (Ethereum Virtual Machine) seja executado dentro dele. Isso significa que os contratos inteligentes Ethereum existentes podem ser movidos para Rollup com alterações mínimas de código, enquanto ainda se beneficiam da segurança e disponibilidade de dados do Ethereum. A computação de dados ocorre fora da cadeia e informações suficientes são armazenadas na cadeia para que o estado interno completo possa ser calculado localmente por qualquer pessoa sob demanda e geralmente é usado para fins de detecção de fraude.

Cada rollup requer um contrato específico para ser implantado no Ethereum. As transações no Rollup são executadas offline em uma cadeia dedicada e, em seguida, os dados da transação são agrupados e compactados antes de serem enviados ao Ethereum. Isso alivia a carga dos recursos de computação da Ethereum, reduz as taxas e permite um processamento de transações mais escalável. Embora os rollups possam escalar o Ethereum processando mais transações e possam envolver a produção de blocos um tanto centralizada, ainda há uma forte proteção anticensura, desde que haja uma validação descentralizada e sem confiança.

Fonte: "Endgame" de Vitalik

Padrão de rollups hoje

Atualmente, o ambiente rollup do Ethereum inclui soluções otimistas e de conhecimento zero que utilizam técnicas avançadas de compactação para empacotar lotes de dados de transações no Ethereum como dados de chamadas. No entanto, esta abordagem tem um custo significativo devido à grande quantidade de dados armazenados permanentemente no histórico de transações Ethereum.

Por exemplo, em 5 de maio de 2023, devido ao aumento nas taxas de gás Ethereum, o envio em lote de transações da Arbitrum para Ethereum exigiu uma grande quantidade de gás (353,93 ETH), embora houvesse apenas 1.369 transações envolvidas no Ethereum, e o volume de transações foi inferior a 1 milhão de Pen. Transações em Arbitrum.

Fonte: Etherscan.io — Arbitrum Batch Submitter

Fonte: Arbiscan.io

Antes da atualização do Bedrock em 7 de junho, o compilador Optimism publicava uma média de 3.000 lotes de transações no Ethereum por dia. Após a atualização do Bedrock, o Optimism experimentou um aumento no volume de transações na rede, ao mesmo tempo em que submeteu menos transações ao Ethereum, sugerindo que cada lote de transações agora contém um volume maior.

Com os rollups do Ethereum ganhando popularidade, Linea, Polygon zkEVM e zkSync Era sendo implantados na rede principal, e L1s alternativos como Celo e Fantom considerando rollups, fica claro que cada solução acabará enfrentando desafios com o Ethereum. Gargalos de escalabilidade relacionados às taxas do Square Gas.

Atualmente, cerca de 7.000 lotes de transações são enviados ao Ethereum todos os dias por meio de agregados como zkSync Era, Linea, Arbitrum, Base e Optimism. Espera-se que esse número cresça ainda mais à medida que o desenvolvimento do Ethereum L2 ganha mais atenção e se torna mais amigável ao desenvolvedor.

Muitos projetos foram construídos no Ethereum usando a cadeia OP, incluindo Coinbase, Debank, Mantle, Celo, Worldcoin, Zora Network e Public Goods Network. Além disso, muitos projetos de rollup estão se preparando para lançar suas próprias pilhas para facilitar o desenvolvimento L2 (e L3).

** Use EIP-4844 para melhorar a eficiência da agregação **

No crescente espaço do ecossistema centrado em rollup do Ethereum, há uma necessidade crescente de melhorar a escalabilidade dos rollups no Ethereum, mantendo a disponibilidade segura dos dados. Esse objetivo gira em torno de uma abordagem inteligente: eliminar a necessidade de armazenar permanentemente grandes blocos de dados no Ethereum, enquanto ainda permite que os usuários calculem o estado interno quando necessário.

EIP-4844 introduz um novo tipo de transação chamado objeto binário grande (blob) e aloca 6 blobs adicionais (128kb cada) de espaço de dados por bloco, dedicados a rollups. Considerando que o Ethereum tem uma média de 7.100 blocos por dia, com uma média de 3 blobs por bloco, isso equivale a 21.300 blobs processados por dia.

Com esta atualização, o classificador irá formatar os dados da transação em lote em blobs e armazená-los no mempool do Ethereum. Os validadores irão então incorporar essas transações de blob em blocos, e o blob residirá temporariamente na camada de consenso Ethereum por até três semanas. Isto reduz significativamente o custo de resumir os dados de publicação no Ethereum, uma vez que não armazena os dados como dados de chamada. No entanto, isso também significa que os dados do blob não podem ser recuperados diretamente através da camada de execução do Ethereum.

Fonte: Perguntas frequentes originais do Danksharding

Além disso, esta atualização introduz um mercado de taxas exclusivo para transações de blob, semelhante em design ao mercado de taxas do EIP-1559. Imagine uma lanchonete movimentada montando uma linha separada para seu popular sorvete cremoso. Da mesma forma, os blobs serão negociados em seu próprio mercado de taxas designado, dissociando-os efetivamente das transações regulares. Portanto, para cada bloco que utiliza mais da metade do espaço do blob (mínimo 384kb), o custo de transação do blob aumentará 12,5% e vice-versa.

O compromisso KZG desempenha um papel fundamental no EIP-4844. Esses compromissos atuam como uma forma de prova de conhecimento zero, facilitando a manipulação e verificação eficientes de grandes objetos de dados, como blobs. O processo envolve a representação de blobs como polinômios, permitindo que os computadores avaliem as propriedades do blob sem ler toda a transação do blob.

Lançada em janeiro de 2023, com mais de 130.000 contribuições até o momento, a cerimônia KZG envolve uma configuração confiável única que combina a entropia de várias contribuições para gerar um valor único e irrepetível. Este processo garante a máxima segurança e integridade que a KZG promete.

É importante notar que, embora esta atualização não tenha aumentado diretamente a capacidade de transação do Ethereum, reduziu significativamente as despesas operacionais associadas aos rollups. Esse aprimoramento torna o L2 mais econômico e fornece disponibilidade segura de dados para rollups.

Estabeleça a base necessária para o darksharding abrangente

Embora inicialmente se esperasse que o EIP-4844 fornecesse economia de custos para transações blob em comparação com transações regulares, é importante considerar possíveis aumentos de custos à medida que o número de agregados Ethereum cresce. O objetivo final do EIP-4844 é incorporar até 64 blobs no Ethereum sem sobrecarregar os nós durante a validação do bloco. Este movimento visa tornar o Ethereum uma camada de Disponibilidade de Dados (DA) otimizada, convertendo gradualmente os usuários finais para transações no agregado em vez do Ethereum no longo prazo.

Alcançar o darksharding completo requer a implementação de Data Availability Sampling (DAS) e codificação de eliminação. O DAS foi projetado para garantir que os dados classificados sejam publicados na cadeia, selecionando nós completos aleatoriamente para verificar a disponibilidade dos dados. Quanto mais amostrados os dados, maior a confiança na disponibilidade dos dados completos. A codificação de apagamento entra em ação quando um sequenciador mal-intencionado retém uma parte dos dados do blob. A codificação de eliminação introduz redundância ao reconstruir os dados perdidos com base em fragmentos conhecidos, impedindo assim as tentativas de retenção de dados.

Aspectos do ecossistema de rollups que vale a pena explorar

À medida que o campo de pooling se expande, torna-se crítico criar provas de fraude descentralizadas e pedidos compartilhados. Os rollups atuais geralmente operam em silos, concentram-se em atrair grupos de usuários específicos e podem ignorar a importância da interoperabilidade entre os L2s. Estabelecer um protocolo de comunicação cross-chain entre L2s desempenhará um papel vital em fornecer aos usuários uma experiência de transação perfeita dentro do ecossistema Ethereum mais amplo. Também será interessante observar o surgimento do MEV de cadeia cruzada como resultado desses desenvolvimentos do Rollup.

Embora o Ethereum pretenda ser o auge de uma camada de disponibilidade de dados (DA) descentralizada e segura, os serviços de DA descentralizados existentes, como Eigenlayer e Celestia, satisfazem os requisitos agregados de DA. Será interessante ver como o cenário DA continua a evoluir para tornar o ecossistema Ethereum mais eficiente. O fragmento dinamarquês completo ainda está a anos de distância.

Pensamentos finais

A fim de facilitar o dimensionamento adicional do Ethereum por meio de rollups, o Ethereum deve se transformar em uma camada de disponibilidade de dados otimizada que garanta a segurança e atraia o estabelecimento e finalização de novos rollups. Isso deve ser alcançado sem exigir que o Ethereum armazene dados agregados, pois a rápida expansão do cenário agregado pode estressar os nós do Ethereum e levar a possíveis efeitos de centralização. Para que o Ethereum seja dimensionado com eficiência para a próxima onda de adoção, técnicas avançadas de manipulação e validação de dados devem ser empregadas para atender à crescente demanda.

O impacto do EIP-4844 na redução dos custos L2 continua a ser visto, dada a capacidade e capacidades em evolução dos rollups Ethereum. Além disso, será interessante ver como esta atualização pode ajudar a estimular o aumento da atividade de pooling e desbloquear o potencial das tecnologias relacionadas.