A blockchain modular é um paradigma de design inovador de blockchain destinado a melhorar a eficiência do sistema e a escalabilidade por meio da especialização e divisão do trabalho.

Figura 1: Exemplo de blockchain modular

I. Introdução

Antes do surgimento da blockchain modular, uma única cadeia monolítica era responsável por lidar com todas as tarefas, incluindo a camada de execução, a camada de disponibilidade de dados, a camada de consenso e a camada de liquidação. A blockchain modular vê essas tarefas como módulos livremente combináveis para lidar com essas questões, com cada módulo focando em funções específicas.

Camada de Execução: Responsável por processar e validar todas as transações, bem como gerir as alterações no estado da blockchain.

Camada de Consenso: Alcança acordo sobre a ordem das transações.

Camada de Liquidação: Usada para concluir transações, verificar provas e fazer a ponte entre diferentes camadas de execução.

Camada de Disponibilidade de Dados: Garante que todos os dados necessários estejam acessíveis aos participantes da rede para verificação.

A tendência do blockchain modular não é apenas uma mudança tecnológica, mas também uma estratégia crucial para impulsionar todo o ecossistema de blockchain para os desafios futuros. A GeekCartel irá analisar o conceito de blockchain modular e projetos relacionados, com o objetivo de fornecer uma interpretação abrangente e prática do conhecimento de blockchain modular para ajudar os leitores a compreender melhor o blockchain modular e antecipar as tendências futuras de desenvolvimento. Nota: O conteúdo deste artigo não constitui aconselhamento de investimento.

2. O Pioneiro da Blockchain Modular-Celestia

Em 2018, Mustafa Albasan e Vitalik Buterin publicaram um artigo inovador que forneceu uma nova abordagem para lidar com os problemas de escalabilidade da blockchain. “Amostragem de Disponibilidade de Dados e Provas de Fraudeintroduziu um método através do qual a blockchain poderia expandir automaticamente o seu espaço de armazenamento à medida que os nós da rede aumentavam. Em 2019, Mustafa Albasan pesquisou e escreveu mais sobreLazy Ledger, propondo um conceito de sistema blockchain que lida apenas com a disponibilidade de dados.

Com base nesses conceitos, Celestiasurgiu como a primeira rede de Disponibilidade de Dados (DA) adotando uma estrutura modular. Construído usando CometBFTeCosmos SDK, é uma blockchain de Prova de Participação (PoS) que melhora eficazmente a escalabilidade mantendo a descentralização.

A camada DA é crucial para a segurança de qualquer blockchain, pois garante que qualquer pessoa possa inspecionar o livro-razão de transações e verificá-lo. Se um produtor de blocos propor um bloco sem todos os dados disponíveis, o bloco pode atingir determinismo final, mas pode conter transações inválidas. Mesmo que o bloco seja válido, os dados que não podem ser totalmente verificados afetarão adversamente a funcionalidade dos usuários e da rede.

Celestia implementa duas funções-chave: Amostragem de Disponibilidade de Dados (DAS) e Árvores Merkle de Namespace(NMT). DAS permite que nós leves verifiquem a disponibilidade de dados sem baixar o bloco inteiro. NMTs permitem que os dados do bloco sejam divididos em namespaces separados para diferentes aplicações, o que significa que as aplicações só precisam baixar e processar dados relevantes para elas, reduzindo significativamente os requisitos de processamento de dados. Importante, DAS permite que a Celestia escale com o aumento do número de utilizadores (nós leves) sem comprometer a segurança dos utilizadores finais.

A blockchain modular está a tornar possível a construção de novas cadeias de formas sem precedentes, onde diferentes tipos de blockchains modulares podem colaborar em arquiteturas diferentes e para diferentes fins. Propostas oficiais da Celestia para arquitetura modularos designs e exemplos demonstram a flexibilidade e componibilidade das blockchains modulares.

Figura 2: Arquitetura de Camada1 e Camada2

Camada 1 e Camada 2: Celestia refere-se a isso como modularização ingênua, inicialmente construída para a escalabilidade do Ethereum como uma Camada 1 monolítica, com a Camada 2 focando na execução enquanto a Camada 1 fornece outras funcionalidades-chave.

• Celestia suporta cadeias construídas usando o Arbitrum Orbit, Pilha de Otimismo, e Polygon CDK(em breve, será suportada) pilhas tecnológicas para usar Celestia como a camada DA. As camadas 2 existentes podem alternar de publicar seus dados no Ethereum para publicá-los no Celestia usando a tecnologia Rollup. Compromissos com blocos são publicados no Celestia, tornando-o mais escalável do que o método tradicional de publicar dados em uma única cadeia.
• Celestia suporta RollApps construídos usando Dymensioncomponentes de tecnologia como a camada de execução, semelhante aos conceitos de Camada 1 e Camada 2 da Ethereum. A camada de liquidação da RollApps depende do Dymension Hub (que será explicado posteriormente), e a camada DA utiliza o Celestia. As interações entre as cadeias são facilitadas através do IBCprotocolo (baseado no Cosmos SDK, um protocolo que permite que blockchains se comuniquem entre si. As cadeias que usam IBC podem compartilhar qualquer tipo de dados, desde que estejam codificados em bytes).

Figura 3: Execução, liquidação e arquitetura da camada DA

Execução, liquidação e disponibilidade de dados: As blockchains modulares otimizadas podem desacoplar as camadas de execução, liquidação e disponibilidade de dados entre blockchains modulares especializadas.

Figura 4: Arquitetura de execução e camada DA

Execução e DA: Uma vez que o objetivo de implementar blockchain modular é a flexibilidade, a camada de execução não se limita simplesmente a publicar os seus blocos na camada de liquidação. Por exemplo, pode ser criada uma pilha modular que não envolve a camada de liquidação, apenas a camada de execução acima das camadas de consenso e disponibilidade de dados.

Nesta pilha modular, a camada de execução seria soberano, publicando as suas transações para outra blockchain, normalmente usada para ordenação e disponibilidade de dados, mas que trata da sua própria compensação. No contexto da pilha modular, o Rollup soberano é responsável pela execução e compensação, enquanto a camada DA trata do consenso e da disponibilidade de dados.

A diferença entre Rollup soberano e Rollup de contrato inteligente é:

• As transações Rollup de contratos inteligentes são verificadas por contratos inteligentes na camada de liquidação. As transações Rollup soberanas são verificadas pelos nós do Rollup soberano.
• Em contraste com o Rollup de contrato inteligente, os nós no Rollup soberano têm soberania. No Rollup soberano, a ordenação e validade das transações são geridas pela própria rede do Rollup, não dependendo de uma camada de liquidação separada.

Atualmente, RollkiteSDK Soberanofornecer estruturas para implantar testnets Rollup soberanas em Celestia.

3. Explorar Soluções Modulares no Ecossistema Blockchain

1. Camada de Execução Modularização

Antes de introduzir a modularização da camada de execução, devemos entender o que é a tecnologia Rollup.

Atualmente, a tecnologia de modularização da camada de execução depende muito do Rollup, que é uma solução de escalonamento que opera fora da cadeia da Camada 1. Esta solução executa transações fora da cadeia, o que significa que ocupa menos espaço de bloco e é uma das importantes soluções de escalonamento da Ethereum. Após a execução das transações, envia um lote de dados de transação ou provas de execução para a Camada 1 para liquidação. A tecnologia Rollup oferece uma solução de escalabilidade para redes da Camada 1 mantendo a descentralização e a segurança.

Figura 5: Arquitetura técnica de Rollup

Tomando Ethereum como exemplo, a tecnologia Rollup pode melhorar ainda mais o desempenho e a privacidade ao usar ZK-Rollup ou Optimistic Rollup.

• ZK-Rollup utiliza provas de conhecimento zero para verificar a correção das transações agrupadas, garantindo a segurança e privacidade das transações.
• O Optimistic Rollup assume que as transações são válidas antes de submeter os estados das transações à cadeia principal da Ethereum. Durante o período de desafio, qualquer pessoa pode calcular provas de fraude para verificar as transações.

1.1 Ethereum Camada 2: Construção de Soluções de Escalabilidade Futura

Inicialmente, o Ethereum adotou sidechainseshardingtecnologia para escalabilidade, mas as sidechains sacrificaram alguma descentralização e segurança para atingir alta capacidade de processamento. O desenvolvimento de Rollups de Camada 2 progrediu muito mais rápido do que o esperado e já proporcionou uma escalabilidade significativa, com ainda mais por vir após a implementação deProto-DankshardingIsso significa que não há mais necessidade de “shard chains”, que foram removidas do roteiro do Ethereum.

A Ethereum externaliza a camada de execução para a camada 2 com base na tecnologia Rollup para aliviar o fardo na cadeia principal, e a EVM fornece um ambiente de execução padronizado e seguro para contratos inteligentes executados na camada Rollup. Algumas soluções Rollup são projetadas com compatibilidade com a EVM em mente, permitindo que contratos inteligentes executados na camada Rollup ainda aproveitem os recursos e funcionalidades da EVM, como OP Mainnet, Arbitrum One, e Polygon zkEVM.

Figura 6: solução de escalabilidade de camada 2 da Ethereum

Estes Layer 2s executam contratos inteligentes e processam transações, mas ainda dependem do Ethereum para as seguintes operações:

Liquidação: Todas as transações Rollup são liquidadas na mainnet Ethereum. Utilizadores da Rollups otimistasdeve esperar que o período de desafio termine ou que as transações sejam consideradas válidas após a computação das provas de fraude. Utilizadores do ZK Rollupsdeve esperar que a validade seja comprovada.

Consensus and Data Availability: Os Rollups publicam dados de transação na mainnet Ethereum na forma de CallData, permitindo a qualquer pessoa executar transações Rollup e reconstruir seu estado, se necessário. Antes da confirmação na cadeia principal do Ethereum, os Optimistic Rollups requerem espaço significativo de bloco e um período de desafio de 7 dias. Os ZK Rollups fornecem finalidade instantânea e armazenam dados disponíveis para verificação por 30 dias, mas requerem poder computacional significativo para criar provas.

1.2 Rede B²: Pioneirismo do Bitcoin ZK-Rollup

Rede B²é o primeiro ZK-Rollup no Bitcoin, permitindo aumentar a velocidade das transações sem sacrificar a segurança. Aproveitando a tecnologia Rollup, a Rede B² fornece uma plataforma para executar contratos inteligentes Turing-completos para transações fora da cadeia, melhorando assim a eficiência das transações e minimizando custos.

Figura 7: Arquitetura da Rede B²

Como mostrado no diagrama, a camada ZK-Rollup da Rede B² adota a solução zkEVM, responsável por executar transações de usuários dentro da rede da Camada 2 e produzir provas relevantes.

Ao contrário de outros Rollups, a Rede B² ZK-Rollupconsiste em vários componentes, incluindo o Abstração de ContaMódulo, Serviço RPC, Mempool, Sequenciadores, zkEVM, Agregadores, Sincronizadores e Prover. O Módulo de Abstração de Conta implementa a abstração de conta nativa, permitindo aos utilizadores incorporar programaticamente maior segurança e melhor experiência do utilizador nas suas contas. zkEVM é compatível com EVM e também pode ajudar os programadores a migrar DApps de outras cadeias compatíveis com EVM para a Rede B².

Sincronizadorescertificar que a informação é sincronizada dos nós B² para a camada Rollup, incluindo informações de sequência, dados de transações Bitcoin e outros detalhes. Os nós B² atuam como validadores off-chain e executores de várias funções únicas dentro da Rede B². Bitcoin CommitterO módulo em nós B² constrói uma estrutura de dados para registar dados de B² Rollup e gera um Tapscript chamado de “cifra B².” Em seguida, o Bitcoin Committer envia um UTXO de um satoshi para um TAPROOTendereço contendo o texto cifrado $B^{2}$, e os dados Rollup são escritos no Bitcoin.

Além disso, o Bitcoin Committer define um desafio com bloqueio de tempo, permitindo que os desafiantes contestem o compromisso das provas zk. Se não houver desafiantes durante o bloqueio de tempo ou se o desafio falhar, o Rollup é eventualmente confirmado no Bitcoin; se o desafio for bem-sucedido, o Rollup é revertido.

Quer seja Ethereum ou Bitcoin, a Camada 1 é essencialmente uma única cadeia que recebe dados estendidos da Camada 2. Na maioria dos casos, a capacidade da Camada 2 também depende da capacidade da Camada 1. Portanto, a implementação do conjunto Camada 1 e Camada 2 não é ideal para escalabilidade. Quando a Camada 1 atinge o seu limite de throughput, a Camada 2 também é afetada, o que pode levar a um aumento das taxas de transação e a tempos de confirmação mais longos, afetando a eficiência e a experiência do utilizador de todo o sistema.

2. Modularização da Camada DA

Além da solução DA da Celestia ser favorecida pelos Layer 2s, outras soluções inovadoras focadas em DA surgiram, desempenhando papéis cruciais em todo o ecossistema blockchain.

2.1 EigenDA: Tecnologia Rollup capacitadora

EigenDAé um serviço DA seguro, de alto rendimento e descentralizado inspirado porDanksharding. Rollup pode publicar dados no EigenDA para alcançar custos de transação mais baixos, maior throughput de transação e composabilidade segura em todo o ecossistema EigenLayer.

Ao construir armazenamento de dados temporários descentralizados para Ethereum Rollup, o armazenamento de dados pode ser diretamente tratado pelos operadores EigenDA.Operadoresparticipar na operação da rede, responsável pelo processamento, verificação e armazenamento de dados, e EigenDA pode escalar horizontalmente com o aumento do staking e dos operadores.

EigenDA combina a tecnologia Rollup enquanto move a parte DA para fora da cadeia para escalabilidade. Como resultado, os dados reais da transação já não precisam ser replicados e armazenados em cada nó, reduzindo a largura de banda e as exigências de armazenamento. Na cadeia, apenas os metadados relacionados com a disponibilidade dos dados e mecanismos de responsabilização são processados (a responsabilidade garante que os dados são armazenados fora da cadeia e podem ser verificados quanto à integridade e autenticidade quando necessário).

Figura 8: Fluxo de dados básico do EigenDA

Como mostrado no diagrama, o Rollup escreve lotes de transações na camada DA. Ao contrário de sistemas que usam provas de fraude para detetar dados maliciosos, o EigenDA divide os dados em blocos e gera compromissos KZG e provas de múltiplas revelações. O EigenDA requer que os nós descarreguem apenas uma pequena quantidade de dados [O(1/n)], em vez de descarregar o blob inteiro. O protocolo de arbitragem de fraude do Rollup também pode verificar se obloco os dados correspondem aos compromissos KZG fornecidos na prova EigenDA. Através desta verificação, as cadeias da Camada 2 podem garantir que os dados de transação da raiz do estado Rollup não sejam manipulados por sequenciadores/proponentes.

2.2 Nubit: A primeira solução modular de DA em Bitcoin

Nubité uma camada escalável e nativa do Bitcoin DA que visa avançar o futuro do Bitcoin, melhorando a capacidade e os serviços de disponibilidade de dados para atender às crescentes demandas do ecossistema. A sua visão é integrar a vasta comunidade de desenvolvedores no ecossistema do Bitcoin, fornecendo-lhes ferramentas escaláveis, seguras e descentralizadas.

A equipa por trás da Nubit é composta por professores e estudantes de doutoramento da UCSB (Universidade da Califórnia, Santa Bárbara), com reputações académicas destacadas e influência global. Eles não só são proficientes em pesquisa académica mas também possuem uma vasta experiência na implementação de engenharia de blockchain. A equipa, juntamente com domo (o criador deBrc20) co-autorou um artigo sobre indexadores modulares, incorporando o design da camada DA na estrutura do indexador do meta protocolo do Bitcoin, contribuindo para o estabelecimento e formulação de padrões da indústria.

As principais inovações da Nubit estão em seu mecanismo de consenso, ponte sem confiança e disponibilidade de dados, utilizando algoritmos de consenso inovadores e a Lightning Network para herdar as características totalmente resistentes à censura do Bitcoin e melhorar a eficiência por meio do DAS:

Mecanismo de Consenso: Nubit explora um consenso eficiente baseado emPBFT(Tolerância a Falhas Bizantinas Práticas) suportada por SNARKs para agregação de assinaturas. A combinação de PBFT com a tecnologia zkSNARK reduz significativamente a complexidade de comunicação na verificação de assinaturas entre validadores, verificando a correção de transações sem aceder a todo o conjunto de dados.

DAS: O DAS da Nubit é alcançado por múltiplas rondas de amostragem aleatória de pequenas porções de dados de bloco. Cada ronda de amostragem bem-sucedida aumenta a probabilidade de disponibilidade de dados completa. Uma vez atingido o nível de confiança predeterminado, os dados de bloco são considerados acessíveis.

Ponte sem confiança: a Nubit utiliza uma ponte sem confiança aproveitando o Rede Lightning’s canais de pagamento. Esta abordagem não só se alinha com os métodos locais de pagamento em Bitcoin, mas também não impõe requisitos adicionais de confiança. Comparado às soluções de ponte existentes, traz menores riscos para os utilizadores.

Figura 9: Componentes básicos do Nubit

Vamos analisar mais detalhadamente o ciclo de vida completo do sistema conforme representado na Figura 8 usando um caso de uso específico. Suponha que Alice queira completar uma transação usando o serviço DA da Nubit (Nubit suporta vários tipos de dados, incluindo, mas não limitado a texto cifrado, dados de Rollup, etc.).

• Passo 1.1: Alice precisa primeiro continuar o serviço pagando taxas de gás através da ponte sem confiança da Nubit. Especificamente, Alice precisa obter um desafio público, denotado como X (h), da ponte sem confiança, onde X é uma função de hash criptografada do intervalo de hash de afunção de atraso verificável(VDF) para o domínio do desafio, e h é o valor de hash de uma certa altura do bloco.
• Passos 1.2 e 2: Alice deve obter o resultado da avaliação R do VDF relevante para a rodada atual e submeter R juntamente com seus dados e metadados da transação (como endereço e nonce) aos validadores para serem mesclados na mempool.
• Passo 3: Os validadores propõem blocos e seus cabeçalhos após alcançarem consenso. O cabeçalho do bloco inclui um compromisso com os dados e seu código Reed-Solomon relacionado (Código RS), enquanto o próprio bloco contém os dados brutos, o código RS correspondente e detalhes básicos da transação.
• Etapa 4: O ciclo de vida termina com Alice recuperando seus dados. Clientes leves baixam cabeçalhos de bloco, enquanto nós completos adquirem blocos e seus cabeçalhos.

O cliente leve passa pelo processo do DAS para verificar a disponibilidade de dados. Além disso, após propor um número limite de blocos, checkpoints desta história são registados na blockchain do Bitcoin através de timestamps do Bitcoin. Isto garante que o conjunto de validadores possa frustrar potenciais ataques remotos e apoiar o desvinculação rápida.

3. Outras Soluções

Para além de se concentrar em cadeias com camadas modulares específicas, os serviços de armazenamento descentralizado podem fornecer suporte a longo prazo para a camada DA. Existem também alguns protocolos e cadeias que oferecem aos programadores soluções personalizadas e completas, permitindo aos utilizadores construir facilmente as suas próprias cadeias sem sequer necessidade de escrever código.

3.1 EthStorage — Armazenamento Dinâmico Descentralizado

EthStorageé o primeiro Layer 2 modular a alcançar armazenamento descentralizado dinâmico, oferecendo chave-valor (KV) programável impulsionado por DAarmazenamento. It @ld-capital/%E4%BB%8Eethstorage-%E5%9B%9E%E7%9C%8B%E8%A2%AB%E5%B8%82%E5%9C%BA-%E5%86%B7%E8%90%BD-%E7%9A%84%E5%8E%BB%E4%B8%AD%E5%BF%83%E5%8C%96%E5%AD%98%E5%82%A8%E8%B5%9B%E9%81%93-d0a003220362">estende o armazenamento programável a centenas de TB ou mesmo PB a 1/100 a 1/1000 do custo. O EthStorage fornece uma solução de DA de longo prazo para Rollups e abre novas possibilidades para aplicações totalmente on-chain em jogos, redes sociais, IA e muito mais.

Figura 10: Cenários de aplicação do EthStorage

Qi Zhou, o fundador da EthStorage, tem estado totalmente dedicado à indústria Web3 desde 2018. Ele possui um Ph.D. pelo Instituto de Tecnologia da Geórgia e já trabalhou como engenheiro em empresas de topo como Google e Facebook. A sua equipa também recebeu apoio da Fundação Ethereum.

Como uma das características principais da atualização Cancun do Ethereum, EIP-4844(também conhecido como sharding proto-dank) introduz blocos de dados temporários (blobs) para armazenamento de Rollup de Camada 2, melhorando a escalabilidade e segurança da rede. A rede não precisa verificar cada transação no bloco, apenas confirmar se o blob anexado ao bloco carrega os dados corretos, reduzindo significativamente o custo dos Rollups. No entanto, os dados do blob estão apenas temporariamente disponíveis, o que significa que serão descartados dentro de algumas semanas. Isso tem um impacto significativo: a Camada 2 não pode derivar incondicionalmente o estado mais recente da Camada 1. Se um conjunto de dados não puder mais ser recuperado da Camada 1, pode ser impossível sincronizar a cadeia via Rollup.

Com EthStorage como uma solução de armazenamento DA de longo prazo, os Layer 2s podem aceder a dados completos da sua camada DA a qualquer momento.

Características técnicas:

O EthStorage permite armazenamento dinâmico descentralizado: As soluções de armazenamento descentralizado existentes podem suportar grandes uploads de dados, mas não podem modificá-los ou eliminá-los, apenas reenviar novos dados. O EthStorage melhora significativamente a flexibilidade de gestão de dados ao alcançar funcionalidades CRUD (Criar, Ler, Atualizar, Eliminar) através de um paradigma de armazenamento original de chave-valor.

Soluções descentralizadas de camada 2 baseadas na camada DA: EthStorage é uma camada de armazenamento modular que pode ser executada em qualquer blockchain com EVM e DA para reduzir os custos de armazenamento (embora muitas camadas 1 atualmente não tenham uma camada DA), e até mesmo pode ser executada na camada 2.

Alta integração com ETH: O cliente EthStorage é um superset do cliente Ethereum Geth, o que significa que ao executar um nó EthStorage, ele ainda pode participar em qualquer processo Ethereum. Um nó pode ser simultaneamente um nó validador Ethereum e um nó de dados EthStorage.

Fluxo de trabalho do EthStorage:

• Os utilizadores carregam os seus dados para um contrato de aplicação, que interage com o contrato EthStorage para armazenar os dados.
• Na rede EthStorage Layer2, os fornecedores de armazenamento recebem notificações sobre os dados aguardando armazenamento.
• Os fornecedores de armazenamento descarregam os dados da rede de disponibilidade de dados Ethereum.
• Os fornecedores de armazenamento enviam provas de armazenamento para a Camada1, demonstrando que múltiplas cópias existem na rede da Camada2.
• O contrato EthStorage recompensa os fornecedores de armazenamento que enviarem com sucesso as provas de armazenamento.

3.2 AltLayer — Serviço de Personalização Modular

AltLayeroferece uma solução versátil e sem códigoRollups-as-a-Servicesolução (RaaS). Projetado para um mundo multi-cadeias e multi-máquinas virtuais, o produto RaaS suporta tanto EVM como WASM. Também suporta vários SDKs de Rollup, como OP Stack, Arbitrum Orbit, Polygon zkEVM, ZKSync’s ZKStack e Starkware, bem como diferentes serviços de sequenciamento compartilhados (por exemplo, EspressoeRaio) e diferentes camadas DA (por exemplo, Celestia e EigenLayer), juntamente com muitos outros serviços modulares para diferentes camadas da pilha Rollup.

Com o AltLayer, pode ser alcançada uma pilha Rollup multifuncional. Por exemplo, um Rollup projetado para um aplicativo pode ser construído usando Arbitrum OrbitcomArbitrum Onecomo a camada DA e de liquidação. Entretanto, um Rollup de uso geral pode ser construído usando o ZK Stack, com Celestia como a camada DA e o Ethereum como a camada de liquidação.

Nota: Você pode se perguntar por que a camada de liquidação pode ser implementada pela OP e Arbitrum. Na verdade, essas pilhas de Rollup de Camada2 estão alcançando atualmenteinterchainconectividade semelhante ao que o Cosmos propôs. OP introduziu a Superchain, onde o OP Stack atua como o conjunto de desenvolvimento padronizado que suporta a tecnologia Optimism, integrando diferentes redes de Camada2 e promovendo interoperabilidade entre elas. Arbitrum propôs a estratégia Orbitchain, que permite que as Camada3s, também conhecidas como cadeias de aplicativos, sejam criadas e implantadas na mainnet da Arbitrum com base no conjunto de tecnologias Arbitrum Nitro. As Orbit Chains podem liquidar diretamente nas Camada2s ou diretamente no Ethereum.

3.3 Dymension — Modularização de Pilha Completa

Dymensioné uma rede blockchain modular baseada no Cosmos SDK, projetada para garantir a segurança e interoperabilidade de RollAppsusando o padrão IBC. Dymension divide as funcionalidades da blockchain em várias camadas, com o Dymension Hubservindo como a camada de liquidação e consenso, fornecendo segurança, interoperabilidade e liquidez para RollApps, que atuam como a camada de execução. A camada de disponibilidade de dados (DA) é suportada pelos fornecedores de DA do protocolo Dymension, permitindo aos desenvolvedores escolher o fornecedor de DA apropriado com base em suas necessidades.

A camada de liquidação (Dymension Hub) mantém um registro de RollApps e suas informações críticas, como estado, listas de sequenciadores, sequenciadores atualmente ativos e checksums de módulos de execução. A lógica do serviço de Rollup é fixa dentro da camada de liquidação, formando um hub de interoperabilidade nativo. O Dymension Hub, como a camada de liquidação, tem as seguintes características:

1. Serviços de Rollup Local na Camada de Liquidação: Oferece as mesmas suposições de confiança e segurança da camada base, mas com um espaço de design mais simples, seguro e eficiente.
2. Comunicação e Transações: Os RollApps da Dymension implementam a comunicação e as transações entre RollApps através de módulos incorporados na camada de liquidação, proporcionando uma ponte de confiança minimizada. Além disso, os RollApps podem comunicar com outras cadeias habilitadas para IBC através do Hub.
3. RVM (RollApp Virtual Machine): A camada de resolução Dymension inicia o RVM em casos de disputas por fraude. O RVM pode resolver disputas em vários ambientes de execução (como o EVM), aprimorando o alcance e flexibilidade de execução dos RollApps.
4. Resistência à Censura: Os utilizadores que estão a sofrer censura do sequenciador podem publicar uma transação especial na camada de liquidação. Esta transação é encaminhada para o sequenciador e solicita a execução dentro de um prazo especificado. Se a transação não for processada dentro do prazo, o sequenciador será penalizado.
5. AMM (Automated Market Maker): Dymension introduz um AMM incorporado no centro de liquidação, criando um centro financeiro central que fornece liquidez partilhada para todo o ecossistema.

4. Comparação de Blockchains Modulares Multi-Ecológicos

Na secção anterior, aprofundámos os sistemas modulares de blockchain e inúmeros projetos representativos. Agora, iremos deslocar o nosso foco para uma análise comparativa entre diferentes ecossistemas, visando uma compreensão objetiva e abrangente da blockchain modular.

5. Sumário e Perspetivas

Como vimos, os ecossistemas de blockchain estão a evoluir para a modularidade. No passado, as redes de blockchain operavam de forma isolada, competindo entre si, o que tornava difícil para os utilizadores, desenvolvedores e ativos moverem-se entre diferentes cadeias, restringindo assim o desenvolvimento global e a inovação do ecossistema. No mundo Web3, identificar e resolver problemas é um processo colaborativo. Inicialmente, o Bitcoin e o Ethereum atraíram uma atenção significativa como cadeias únicas, mas à medida que as limitações das cadeias únicas se tornaram evidentes, as cadeias modulares começaram a ganhar destaque. Portanto, o surgimento de cadeias modulares não é acidental, mas sim um desenvolvimento inevitável.

A blockchain modular melhora a flexibilidade e a eficiência das cadeias, permitindo que os componentes individuais sejam otimizados e personalizados de forma independente. No entanto, esta arquitetura também enfrenta desafios, como o aumento da latência de comunicação e a complexidade das interações do sistema. Na prática, os benefícios a longo prazo da arquitetura modular, como a melhorada manutenibilidade, reutilização e flexibilidade, frequentemente superam as perdas de desempenho a curto prazo. No futuro, à medida que a tecnologia avança, esses problemas encontrarão melhores soluções.

GeekCartelacredita que os ecossistemas blockchain têm a responsabilidade de fornecer camadas fundamentais confiáveis e ferramentas comuns em toda a pilha modular para facilitar conexões contínuas entre as cadeias. Se os ecossistemas puderem ser mais harmoniosos e interligados, os utilizadores poderão utilizar mais facilmente a tecnologia blockchain, atraindo mais novos utilizadores para a Web3.

6. Leitura Adicional: Protocolo de Restaking - Injetando Segurança Nativa em Ecossistemas Heterogéneos

Atualmente, existem vários protocolos de Restaking emergentes, que agregam eficazmente recursos de segurança dispersos através de um mecanismo de re-staking para melhorar a segurança geral das redes blockchain. Este processo não só aborda o problema de recursos de segurança fragmentados, mas também fortalece a defesa da rede contra possíveis ataques, ao mesmo tempo que fornece incentivos adicionais para os participantes, encorajando mais utilizadores a envolverem-se na manutenção da segurança da rede. Desta forma, os protocolos de Restaking abrem novos caminhos para melhorar a segurança e eficiência da rede, promovendo de forma poderosa o desenvolvimento saudável dos ecossistemas blockchain.

1. EigenLayer: Protocolo de Restaking Descentralizado Ethereum

EigenLayeré um protocolo construído sobre o Ethereum que introduz o mecanismo de Restaking, que é uma nova primitiva para a segurança econômica criptográfica. Esta primitiva permite a reutilização de ETH na camada de consenso, agregando a segurança do ETH em todos os módulos, melhorando assim a segurança das DApps que dependem desses módulos. Os usuários que apostam ETH nativo ou usam Tokens de Liquidez para Apostas (LST) para apostar ETH podem escolher juntar-se ao contrato inteligente EigenLayer para reavaliar o seu ETH ou LST, estendendo a segurança econômica criptográfica a outras aplicações na rede e ganhando recompensas adicionais.

À medida que o Ethereum avança para uma estratégia centrada no Rollup, as aplicações construídas no Ethereum estão a vivenciar uma escalabilidade significativa. No entanto, qualquer módulo que não possa ser implementado ou comprovado na Máquina Virtual Ethereum (EVM) não consegue absorver a confiança coletiva do Ethereum. Estes módulos envolvem o processamento de inputs vindos de fora do Ethereum, tornando o seu processamento não verificável dentro dos protocolos internos do Ethereum. Estes módulos incluem sidechains baseadas em novos protocolos de consenso, camadas de disponibilidade de dados, novas máquinas virtuais, redes de oráculos, pontes e mais. Tipicamente, tais módulos requerem um @GenesisLRTSistema de Verificação Autônoma (AVS) com sua própria semântica de verificação distribuída para validação. Geralmente, essas AVSs são protegidas por seus tokens nativos ou possuem propriedades com permissão.

Atualmente, existem alguns problemas dentro do ecossistema AVS:

1. Pressuposto de confiança de segurança: Os inovadores que desenvolvem AVSs devem inicializar uma nova rede de confiança para obter segurança.
2. Fuga de valor: À medida que cada AVS desenvolve seu próprio pool de confiança, os usuários devem pagar taxas para esses pools, além de pagar taxas de transação para o Ethereum. Essa divergência no fluxo de taxas leva a uma fuga de valor do Ethereum.
3. Encargo de capital: Para a maioria dos AVSs atualmente em operação, o custo de capital para staking excede em muito quaisquer custos operacionais.
4. Modelo de confiança inferior para DApps: O ecossistema AVS atual apresenta um problema em que qualquer dependência de middleware de um DApp poderia potencialmente se tornar um alvo de ataques.

Figura 11: Comparação entre o serviço atual da AVS e a EigenLayer

Na arquitetura da EigenLayer, AVS (Autonomous Verification System) é um serviço construído no protocolo EigenLayer, aproveitando a segurança compartilhada do Ethereum. A EigenLayer introduz duas abordagens inovadoras, através de staking e governação de mercado livre, para alcançar segurança centralizada. Estas abordagens ajudam a estender a segurança do Ethereum a qualquer sistema e eliminar a ineficiência das estruturas de governação rígidas existentes:

1. Fornecendo segurança coletiva através do restaking: O EigenLayer introduz um novo mecanismo de segurança coletiva ao permitir o restaking de ETH em vez de usar tokens nativos. Especificamente, os validadores do Ethereum podem definir suas credenciais de retirada da cadeia de beacons para contratos inteligentes da EigenLayer e optar por participar de novos módulos construídos na EigenLayer. Os validadores fazem o download e executam qualquer software de nó adicional necessário por esses módulos. Em seguida, esses módulos podem impor condições adicionais de slashing ao ETH apostado dos validadores que optam por participar do módulo.
2. Mercado aberto de recompensas: A EigenLayer fornece um mecanismo de mercado aberto para gerir a segurança fornecida pelos validadores e o consumo pelos AVSs (Sistemas de Verificação Autónomos). A EigenLayer cria um ambiente no mercado onde os módulos precisarão incentivar os validadores a alocar seu ETH restakeado ao seu módulo, e os validadores ajudarão a determinar quais módulos merecem essa alocação adicional de segurança coletiva.

Ao combinar essas abordagens, a EigenLayer atua como um mercado aberto onde AVSs podem aproveitar a segurança agrupada fornecida pelos validadores do Ethereum, incentivando os validadores a fazerem compensações mais otimizadas entre segurança e desempenho através de incentivos de recompensa e penalidades.

2. Babilónia: Fornecendo Segurança de Bitcoin para Cosmos e Outras Cadeias PoS

Babilôniaé uma blockchain Layer1 fundada pelo professor da Universidade de Stanford, David Tse. A equipa é composta por investigadores da Universidade de Stanford, desenvolvedores experientes e consultores de negócios. A Babylon introduz a Protocolo de staking de Bitcoin, projetado como um plugin modular para ser usado em vários algoritmos de consenso PoS (Prova de Participação), fornecendo uma primitiva para re-staking.

Babilônia aproveita três aspectos do Bitcoin - serviço de carimbo de data/hora, espaço de bloco e valor do ativo - para propagar a segurança do Bitcoin para muitas cadeias PoS (como Cosmos, Binance Smart Chain, Polkadot, Polygon e outras blockchains com ecossistemas robustos e interoperáveis), criando um ecossistema mais forte e unificado.

Bitcoin timestamping resolve PoSataques de longo alcance:

Ataques de longo alcance envolvem validadores em uma cadeia PoS desestacando e voltando a um bloco histórico onde ainda eram validadores, potencialmente iniciando um fork. Este problema é inerente aos sistemas PoS e não pode ser completamente resolvido apenas melhorando o mecanismo de consenso das próprias cadeias PoS. Tanto o Ethereum quanto o Cosmos, entre outras cadeias PoS, enfrentam esse desafio.

Depois de introduzir a marcação temporal do Bitcoin, os dados on-chain das cadeias de PoS serão armazenados na cadeia do Bitcoin com marcas temporais do Bitcoin. Mesmo que alguém tente criar um fork de uma cadeia PoS, a marca temporal do Bitcoin correspondente será definitivamente posterior à da cadeia original, tornando o ataque de longo alcance ineficaz.

Protocolo de participação em Bitcoin:

Este protocolo permite aos detentores de Bitcoin apostar o seu Bitcoin inativo para aumentar a segurança das cadeias de PoS e ganhar recompensas no processo.

A infraestrutura central do protocolo de aposta em Bitcoin é o Plano de Controle entre o Bitcoin e as cadeias PoS, conforme ilustrado no diagrama abaixo.

Figura 12: Arquitetura do sistema com plano de controlo e plano de dados

O Plano de Controlo é implementado na forma de uma cadeia para garantir que é descentralizado, seguro, resistente à censura e escalável. Este plano de controlo é responsável por várias funções críticas, incluindo:

• Fornecer serviços de carimbo de data/hora de Bitcoin para cadeias PoS se sincronizarem com a rede Bitcoin.

• Atuando como um mercado, combinando o Bitcoin staking com as cadeias PoS e rastreando informações de staking e validação, como o registro e atualização das chaves do EOTS (Epoch Time Oracle Service).

• Gravar as assinaturas de finalidade das cadeias PoS.

Ao apostarem o seu BTC, os utilizadores podem fornecer serviços de validação para cadeias PoS, camadas DA, oráculos, AVSs (Sistemas de Verificação Autónomos), etc. Além disso, Babylon pode agora oferecer serviços para Altlayer, Nubit e outras plataformas.

Referências

Figuras:

1. https://blog.celestia.org/modular-vs-monolithic-a-beginners-guide/
2. https://celestia.org/learn/modular-architectures/the-modular-stack/#layer-1-and-2
3. https://celestia.org/learn/modular-architectures/the-modular-stack/#execution-settlement-and-data-availability
4. https://celestia.org/learn/modular-architectures/the-modular-stack/#execution-and-data-availability
5. https://learnblockchain.cn/article/6169
6. https://celestia.org/learn/sovereign-rollups/an-introduction/#what-is-a-smart-contract-rollup
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9. https://docs.nubit.org/#what-is-nubit
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11. https://docs.eigenlayer.xyz/assets/files/EigenLayer_WhitePaper-88c47923ca0319870c611decd6e562ad.pdf
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Artigos:

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2. https://arxiv.org/abs/1905.09274
3. https://celestia.org/
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54. https://docs.arbitrum.io/for-devs/concepts/public-chains#arbitrum-one
55. https://tutorials.cosmos.network/academy/1-what-is-cosmos/
56. https://docs.dymension.xyz/
57. https://portal.dymension.xyz/dymension/metrics

Agradecimentos

Neste paradigma de infraestrutura emergente, ainda há muita investigação e trabalho a ser feito, e há muitas áreas que este artigo não abordou. Se estiver interessado em tópicos de pesquisa relacionados, entre em contato com Chloe.

Um grande obrigado a SeveruseJiayipelos seus comentários perspicazes e feedback sobre este artigo.

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