A evolução técnica do sistema de atestação do Ethereum

O cofundador do Ethereum, Vitalik Buterin, recentemente publicou uma série de artigos explorando a direção futura do protocolo Ethereum. Esses artigos cobrem seis partes principais do roteiro do Ethereum, e este artigo se concentrará na primeira parte - "The Merge"( fusão), discutindo quais áreas do mecanismo de atestação(PoS) ainda podem ser melhoradas e como implementar essas melhorias.

Vitalik acredita que a "fusão" é o evento mais importante na história do Ethereum, marcando a transição de prova de trabalho ( PoW ) para prova de participação ( PoS ). Atualmente, o Ethereum como um sistema PoS já está funcionando de forma estável há quase dois anos, demonstrando excelente desempenho em termos de estabilidade, desempenho e descentralização. No entanto, o mecanismo PoS ainda tem algumas áreas-chave que precisam de mais otimização.

O roteiro do Ethereum para 2023 divide essas otimizações em duas grandes categorias: melhorias nas características técnicas (, como estabilidade, desempenho e acessibilidade para pequenos validadores ), e transformações econômicas para enfrentar os riscos de centralização. Vitalik enfatiza que esta lista não é exaustiva, mas sim algumas ideias que estão atualmente sendo consideradas ativamente.

O principal objetivo da fusão

1. Implementar a determinística de um único slot (SSF): atualmente, um bloco do Ethereum leva cerca de 15 minutos para ser definitivamente confirmado. Ao aumentar a eficiência do mecanismo de consenso, este tempo pode ser significativamente reduzido, permitindo que um bloco seja proposto e finalmente confirmado no mesmo slot.

2. Confirmar e completar transações o mais rapidamente possível, mantendo a descentralização.

3. Aumentar a viabilidade do staking individual, reduzindo as barreiras de entrada.

4. Reforçar ainda mais a robustez do sistema.

5. Melhorar a resistência e a capacidade de recuperação do Ethereum a ataques de 51%, incluindo a prevenção de reversões de finalização, bloqueio de finalização e censura.

Determinismo de slot único e democratização da participação

Atualmente, o Ethereum precisa de 2-3 epochs( cerca de 15 minutos) para completar um bloco, e são necessários 32 ETH para se tornar um validador. Isso é o resultado de um compromisso entre três objetivos: maximizar o número de validadores participando do staking, minimizar o tempo de finalização e minimizar os custos de operação dos nós.

Idealmente, o Ethereum espera alcançar duas melhorias enquanto mantém a finalidade econômica:

1. Completar a confirmação do bloco dentro de um slot (, idealmente mantendo ou encurtando a duração atual de 12 segundos.

2. Reduzir o limite de staking de 32 ETH para 1 ETH.

Estas duas melhorias beneficiarão mais usuários com um nível mais elevado de segurança, além de reduzir significativamente a barreira para o staking individual. No entanto, esses objetivos entram em conflito com o objetivo de minimizar os custos, que também foi a razão pela qual Ethereum não adotou inicialmente a determinística de um único slot. No entanto, pesquisas recentes propuseram algumas soluções possíveis.

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Proposta de Determinismo de Slot Único

Para alcançar a determinística de um único slot em um cenário com um grande número de validadores, sem aumentar significativamente os custos operacionais dos nós, atualmente existem algumas soluções principais:

1. Melhorar o protocolo de agregação de assinaturas, que pode utilizar a tecnologia ZK-SNARKs, para lidar com milhões de assinaturas de validadores em um único intervalo de tempo.

2. Mecanismo do Comitê Orbit: seleção aleatória de um comitê de tamanho médio responsável pela confirmação final da cadeia, mantendo ao mesmo tempo as características de alto custo de ataque.

3. Mecanismo de dupla garantia: estabelece duas classes de garantidores, uma com requisitos de depósito mais altos e outra com requisitos mais baixos. Apenas os garantidores de nível superior participam diretamente do processo de finalização econômica.

Cada solução tem suas vantagens e desvantagens, sendo necessário ponderar entre segurança, descentralização e complexidade técnica.

Eleição de Líder Secreto Único

Atualmente, o proponente do próximo bloco pode ser conhecido antecipadamente, o que pode levar a vulnerabilidades de segurança. O protocolo de eleição de líder secreto único )SSLE( tem como objetivo resolver esse problema, criando um "ID de validador cego" para cada validador por meio de técnicas de criptografia e permitindo que múltiplos proponentes tenham a oportunidade de reestruturar e reembaralhar o pool de IDs cegos.

No entanto, implementar um protocolo SSLE simples e eficiente não é uma tarefa fácil. Como implementar o SSLE sem aumentar significativamente a complexidade do protocolo, e como projetar um SSLE resistente a quânticos, são questões que precisam ser resolvidas.

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Confirmação de transações mais rápida

Reduzir ainda mais o tempo de confirmação de transações do Ethereum ) de 12 segundos para 4 segundos ( melhorará significativamente a experiência do usuário, aumentará a eficiência dos protocolos DeFi e ajudará na descentralização do L2. Existem duas principais abordagens técnicas: reduzir o tempo de slot ou permitir que os proponentes publiquem pré-confirmações durante um único slot.

No entanto, reduzir o tempo de slot pode aumentar o risco de centralização dos validadores. O método de pré-confirmação pode melhorar o tempo médio de confirmação, mas não consegue melhorar o pior cenário, e como incentivar a pré-confirmação ainda é um problema a ser resolvido.

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Ameaça da Computação Quântica

Perante a possível ameaça da computação quântica no futuro, o Ethereum precisa desenvolver ativamente soluções alternativas resistentes a ataques quânticos. Cada parte do protocolo que atualmente depende de curvas elípticas precisa de alternativas baseadas em hash ou outras tecnologias resistentes a quântica. Isso destaca a importância de manter suposições conservadoras no design de atestação.

Conclusão

O caminho de evolução técnica do sistema de atestação do Ethereum está repleto de desafios. Para enfrentar esses desafios, a determinação final em um único período de tempo, a democratização da participação, a eleição de um único líder secreto, a confirmação mais rápida de transações e o desenvolvimento de alternativas resistentes a ataques quânticos são questões importantes que o Ethereum precisa resolver.

Vitalik refletiu amplamente sobre a atualização "The Merge", propondo uma combinação de várias soluções técnicas e explorando o potencial de design da tecnologia PoS do Ethereum e os caminhos de atualização técnica atualmente viáveis.

Durante o processo de atualização técnica, Ethereum continua a explorar inovações, pesando opções diferentes para encontrar o melhor caminho de desenvolvimento, alcançando maior segurança, desempenho e grau de descentralização. Este processo demonstra a elevada importância que a comunidade Ethereum atribui à estabilidade e segurança do sistema enquanto persegue o progresso tecnológico.

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