O futuro do Ethereum: Análise do The Surge

Desde outubro de 2022, o cofundador do Ethereum, Vitalik Buterin, lançou uma série de artigos que exploram as possibilidades futuras do protocolo Ethereum. Esses artigos abrangem seis fases-chave do roteiro de desenvolvimento do Ethereum: a união, a explosão, a limpeza, a validação, a purificação e o salto. Este artigo concentrar-se-á na segunda parte do roteiro - The Surge, explorando como o Ethereum pode melhorar sua escalabilidade e alcançar um desenvolvimento de longo prazo.

Visão central do Ethereum

O objetivo fundamental do Ethereum é tornar-se a infraestrutura da internet descentralizada. Através da execução automática de contratos inteligentes, o Ethereum suporta aplicações descentralizadas complexas, e essa flexibilidade faz dele a plataforma preferida para os desenvolvedores construírem aplicações descentralizadas como DeFi e NFT.

No entanto, o Ethereum apresenta limitações em termos de escalabilidade. Atualmente, o Ethereum só consegue processar 15-30 transações por segundo, uma grande diferença em comparação com as redes de pagamento tradicionais. Isso resulta em altas taxas de Gas durante períodos de congestionamento da rede, limitando o potencial do Ethereum para se tornar uma infraestrutura global. O Surge foi projetado precisamente para resolver esse problema.

Os principais objetivos do Surge incluem:

• A capacidade de processamento de transações do Ethereum L1+L2 atinge mais de 100.000 por segundo
• Manter a descentralização e a estabilidade do L1
• Garantir que pelo menos parte do L2 herde completamente as características centrais do Ethereum (sem confiança, aberto, resistente à censura)
• Maximizar a interoperabilidade entre L2s, tornando o ecossistema Ethereum mais unificado

Futuro centrado em rollup

O plano Surge visa aumentar significativamente a escalabilidade do Ethereum através de soluções L2, onde o rollup é um componente central. Esta estratégia define claramente a divisão de trabalho: o Ethereum L1 foca em ser uma camada base poderosa e descentralizada, enquanto o L2 assume a tarefa de ajudar a expandir o ecossistema.

O Rollup empacota transações fora da cadeia e, em seguida, envia os resultados de volta para a rede principal do Ethereum, aumentando significativamente a capacidade de processamento enquanto mantém a segurança e a descentralização. Buterin acredita que o rollup pode aumentar a capacidade de processamento do Ethereum para mais de 100.000 transações por segundo, o que será uma expansão revolucionária, permitindo que o Ethereum processe aplicações em escala global sem sacrificar o espírito de descentralização.

Buterin enfatizou que o rollup não é apenas uma solução temporária, mas uma estratégia de escalabilidade a longo prazo. Com a transição do Ethereum de PoW para PoS através do The Merge, reduzindo o consumo de energia, o rollup é visto como o próximo marco importante como solução de escalabilidade a longo prazo.

Este ano, o roteiro centrado em rollup fez progressos significativos: o lançamento dos blobs EIP-4844 aumentou drasticamente a largura de banda de dados da Ethereum L1, e vários rollups baseados na máquina virtual Ethereum entraram na fase inicial. Cada L2 existe como uma fragmentação com regras e lógicas independentes, e a diversificação das formas de implementação de fragmentos tornou-se uma realidade.

Amostragem de Disponibilidade de Dados (DAS) de desenvolvimento adicional.

Outro aspecto crucial do Surge é a amostragem de disponibilidade de dados (DAS), uma técnica destinada a resolver problemas de disponibilidade de dados. Em redes descentralizadas como o Ethereum, é fundamental que todos os nós possam validar os dados sem a necessidade de armazenar ou fazer download de todo o conteúdo.

O DAS permite que os nós verifiquem dados sem acessar o conjunto completo de dados, melhorando assim a escalabilidade e a eficiência.

Buterin discutiu principalmente duas formas de DAS: PeerDAS e 2D DAS.

O PeerDAS promete reforçar a hipótese de confiança do rollup, aumentando a sua segurança. O 2D DAS realiza amostragem aleatória não apenas dentro do blob, mas também entre blobs. Utilizando as propriedades lineares do compromisso KZG, um conjunto de novos blobs virtuais é utilizado para expandir o conjunto de blobs dentro de um bloco, onde esses blobs virtuais codificam as mesmas informações redundantes.

Com a DAS, o Ethereum pode processar uma maior quantidade de dados, alcançando rollups mais rápidos e económicos, sem comprometer o nível de descentralização.

No futuro, será necessário realizar mais pesquisas para determinar a versão ideal do 2D DAS e comprovar suas propriedades de segurança.

Buterin acredita que um caminho viável a longo prazo inclui:

1. Implementar o ideal 2D DAS;
2. Manter o uso de 1D DAS, sacrificando a eficiência da largura de banda de amostragem, aceitando um limite de dados mais baixo em prol da simplicidade e robustez;
3. Abandonar o DA e adotar completamente o Plasma como a principal arquitetura Layer2.

É importante notar que, mesmo decidindo expandir a execução diretamente na camada L1, essas opções ainda estão disponíveis. Porque, se a L1 tiver que lidar com um grande número de transações, os blocos L1 se tornarão muito grandes, e o cliente precisará de um método eficiente para verificar sua correção, sendo assim, terá que usar na camada L1 as mesmas tecnologias que os rollups (como ZK-EVM e DAS).

Plasma e outras soluções

Além do Rollup, a solução de escalabilidade off-chain proposta cedo chamada Plasma também é outra solução L2.

Plasma cria sub-redes, processando transações independentemente da cadeia principal Ethereum, enviando regularmente resumos para a rede principal. Para cada bloco, os operadores enviam provas de Merkle aos usuários que demonstram a mudança de estado dos ativos. Os usuários podem retirar ativos fornecendo a prova de Merkle, e essa prova não precisa ter o estado mais recente como raiz.

Portanto, mesmo que haja problemas de disponibilidade de dados, os usuários ainda podem recuperar seus ativos extraindo o estado mais recente disponível. Se um ramo inválido for submetido (como a retirada de ativos já transferidos ou a criação de ativos do nada), a propriedade dos ativos pode ser determinada através de um mecanismo de desafio on-chain.

Embora o desenvolvimento do Plasma esteja, até certo ponto, atrasado em relação ao rollup, Buterin ainda o considera uma parte importante do conjunto de ferramentas de escalabilidade do Ethereum.

Além disso, Buterin também discutiu a melhoria das técnicas de compressão de dados e provas criptográficas para aumentar ainda mais a eficiência dos rollups e outras soluções L2. A ideia é maximizar a compressão de dados enquanto se garante que os nós Ethereum possam verificar todas as informações necessárias. Essas melhorias tecnológicas podem desempenhar um papel crucial no processo de alcançar uma maior capacidade de processamento no Ethereum.

As versões iniciais do Plasma apenas podiam lidar com casos de pagamento, tornando difícil a sua promoção adicional. No entanto, se cada raiz for verificada com SNARK, o Plasma se tornará mais poderoso. Isso não apenas simplifica o processo, eliminando a maioria das possibilidades de fraudes por parte dos operadores, mas também oferece aos usuários uma nova maneira de retirar fundos imediatamente, sem ter que esperar uma semana pelo período de contestação, caso os operadores não fraudem.

O desempenho do Plasma é bastante notável, que é a principal razão pela qual as pessoas se dedicam a projetar estruturas engenhosas para superar suas falhas de segurança.

Melhoria da interoperabilidade entre L2

Um dos principais desafios que o ecossistema L2 enfrenta atualmente é a fraca interoperabilidade entre L2. Como proporcionar uma experiência no uso do ecossistema L2 que seja tão unificada quanto a do ecossistema Ethereum é uma questão que precisa ser aprimorada.

As melhorias na interoperabilidade entre L2 envolvem vários aspectos. Em teoria, o Ethereum baseado em Rollup é semelhante ao L1 com fragmentação de execução. Atualmente, o ecossistema L2 do Ethereum ainda enfrenta os seguintes problemas na prática em relação ao estado ideal:

Endereço da cadeia específica: O endereço deve conter informações da cadeia (L1, Optimism, Arbitrum, etc.). Após a implementação, a transferência entre L2 pode ser realizada simplesmente colocando o endereço no campo de envio, e a carteira pode processar automaticamente o fluxo de envio em segundo plano (incluindo o uso de protocolos de cross-chain).

Pedido de pagamento em cadeia específica: Deve ser fácil padronizar a criação de mensagens "envie-me X tokens do tipo Y na cadeia Z". Principalmente aplicado a pagamentos entre indivíduos, pagamentos de comerciantes e solicitações de fundos de dApps.

**Troca entre cadeias e pagamento de Gas: ** É necessário um protocolo aberto padronizado para expressar operações entre cadeias. O ERC-7683 e o RIP-7755 fizeram tentativas nessa área, embora seu âmbito de aplicação seja mais amplo.

Cliente leve: Os usuários devem ser capazes de verificar realmente a cadeia com a qual estão interagindo, em vez de apenas confiar nos provedores de RPC. Por exemplo, o Helios da a16z crypto pode realizar isso (para o próprio Ethereum), mas essa desconfiança precisa ser estendida ao L2. O ERC-3668 (CCIP-read) é uma estratégia para alcançar esse objetivo.

Ideia da ponte de tokens compartilhados: No caso em que todos os L2 são rollups de prova de validade e cada slot é submetido ao Ethereum, transferir um ativo de um L2 nativo para outro L2 ainda requer retirada e depósito, o que gera uma grande quantidade de taxas de Gas L1.

Uma das soluções é: criar um Rollup minimalista compartilhado, cuja única função é manter a qual L2 cada token pertence e seus respectivos saldos, e permitir a atualização em massa desses saldos através de uma série de operações de envio entre L2 iniciadas por qualquer L2. Isso permitiria que as transferências entre L2 não precisassem pagar a taxa de gás L1 a cada vez, nem utilizar tecnologias baseadas em provedores de liquidez, como a ERC-7683.

Sincronização Combinatória: Permite chamadas sincronizadas entre um L2 específico e L1 ou entre múltiplos L2, ajudando a melhorar a eficiência financeira dos protocolos DeFi. O primeiro não requer coordenação entre L2s; o segundo exige uma ordenação compartilhada. A tecnologia baseada em rollup é automaticamente aplicável a todas essas tecnologias.

Estes exemplos enfrentam o dilema do momento e dos níveis de padronização. A padronização prematura pode enraizar soluções inferiores, enquanto a tardia pode causar fragmentação desnecessária.

O consenso atual é: em certas circunstâncias, existem soluções de curto prazo que têm atributos relativamente fracos, mas são fáceis de implementar, e também existem soluções de longo prazo que são "finalmente corretas", mas que levarão anos a serem realizadas. Essas tarefas não são apenas questões técnicas, mas também (e até principalmente) questões sociais, que requerem a colaboração de L2, carteiras e L1.

Continuar a expandir o Ethereum L1

Buterin acredita que é muito valioso expandir o Ethereum L1 e garantir que ele possa acomodar um número crescente de casos de uso.

Existem três estratégias de expansão L1, que podem ser realizadas separadamente ou em paralelo:

1. Melhorar a tecnologia (como código do cliente, cliente sem estado, expiração histórica) para tornar o L1 mais fácil de verificar, e depois aumentar o limite de Gas;
2. Reduzir o custo de operações específicas para aumentar a capacidade média, sem aumentar o risco de pior caso;
3. Rollups nativos (ou seja, criar N cópias paralelas do EVM).

Essas tecnologias têm suas compensações. Por exemplo, os rollups nativos têm a mesma fraqueza em termos de combinabilidade que os rollups comuns: não é possível enviar uma única transação para executar operações simultaneamente em vários rollups. Aumentar o limite de Gas pode enfraquecer outros benefícios que podem ser alcançados através da simplificação da validação L1, como o aumento da proporção de usuários que operam nós de validação e o número de validadores solo. Dependendo da implementação, tornar certas operações mais baratas no EVM pode aumentar a complexidade geral do EVM.

Descentralização e Segurança

O equilíbrio entre escalabilidade e descentralização é um tema que Buterin enfatiza repetidamente. Muitos projetos de blockchain optam por sacrificar a descentralização em troca de maior throughput. Por exemplo, uma determinada blockchain pode processar milhares de transações por segundo, mas requer hardware robusto para operar nós, levando à centralização da rede. Buterin insiste que, mesmo que o Ethereum continue a se expandir, deve manter seu compromisso com a descentralização.

Rollup e DAS são vistos como métodos para aumentar a capacidade do Ethereum enquanto mantêm sua natureza descentralizada. Ao contrário de algumas blockchains de alto desempenho, a estratégia de escalabilidade do Ethereum garante que qualquer pessoa possa executar um nó, protegendo a rede de maneira verdadeiramente descentralizada. Isso é crucial para a visão do Ethereum de estabelecer um sistema financeiro global e sem permissão.

Quanto maior a escalabilidade, maior a responsabilidade em termos de segurança. À medida que o Ethereum avança para um futuro centrado em rollups, garantir a confiança sem necessidade desses sistemas torna-se crucial. Rollups dependem de provas criptográficas para garantir a legalidade das transações off-chain quando são submetidas ao Ethereum. Embora esses sistemas tenham se mostrado eficazes, não estão isentos de riscos. Buterin reconhece que a maturidade dessas tecnologias requer testes rigorosos e iterações, especialmente quando são adotadas de forma mais ampla.

Perspectivas para o Surge

Após The Surge, Buterin imaginou que o Ethereum não só poderia ser escalável, mas também manter a total descentralização, segurança e sustentabilidade. Esta visão inclui não apenas a escalabilidade da camada 1 através de rollups e DAS, mas também a construção de algoritmos de consenso mais eficientes, a melhoria das ferramentas de desenvolvimento e o fomento de um ecossistema dApp florescente.

O roteiro do Ethereum está cheio de otimismo, mas também enfrenta muitos desafios. A implementação em grande escala de rollups, garantir a segurança das soluções L2 e se preparar para um futuro quântico são todos