Canais Estaduais

Conceito e Funcionalidade

Os State Channels são uma solução de escalonamento de Camada 2 que permite transações off-chain seguras e eficientes entre um número limitado de participantes, geralmente dois. Canais de pagamento, como a Lightning Network para Bitcoin, são exemplos populares de canais estatais projetados especificamente para troca de dinheiro.

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Em um State Channel, os participantes primeiro depositam uma certa quantia de criptomoeda na cadeia, criando uma carteira multi-assinatura fora da cadeia de blocos. Contanto que seus saldos permaneçam não negativos, eles podem negociar diretamente entre si sem envolver mineradores ou a cadeia principal, enviando atualizações de estado na forma de [turn_number, amount, signature].

Quando os participantes desejam fechar o canal, eles realizam uma “saída” enviando a última atualização de estado para a cadeia principal, que valida a atualização e repassa os saldos finais de volta às partes. Para garantir a segurança e evitar saídas fraudulentas, há um período de desafio durante o qual o outro participante pode apresentar uma atualização de estado com um turn_number maior, desafiando efetivamente a saída inicial. As torres de vigilância podem ser empregadas para monitorar a cadeia principal de tais tentativas.

Canais de estado podem ser aplicados a outros tipos de transições de estado, como jogos ou execução de contratos inteligentes, desde que a cadeia principal possa validar sua correção. Eles oferecem finalidade imediata, taxas baixas e construção relativamente simples, tornando-os adequados para vários casos de uso, como pagamentos e jogos.

Casos de Uso e Exemplos

Os Canais Estaduais têm sido amplamente adotados para vários casos de uso, principalmente devido à sua finalidade instantânea, taxas baixas e transações fora da cadeia eficientes. Alguns desses casos de uso incluem:

• Pagamentos: Canais de pagamento, como a Lightning Network do Bitcoin, são soluções populares de Camada 2 que permitem transações off-chain rápidas e seguras para troca de dinheiro.

• Jogos: os canais estatais podem facilitar experiências seguras de jogos fora da cadeia, onde os jogadores podem enviar seus movimentos como transações entre si sem interagir com a cadeia principal.

• Contratos inteligentes: os canais estaduais também podem ser usados para executar contratos inteligentes fora da cadeia, reduzindo a carga na cadeia principal e mantendo o nível desejado de segurança e eficiência.
  Apesar de suas inúmeras vantagens, a implementação segura de Canais Estaduais pode ser uma tarefa complexa, exigindo atenção meticulosa a potenciais casos extremos e vulnerabilidades.

Correntes laterais

Conceito e Funcionalidade

Cadeias laterais são uma forma de solução de escala para redes blockchain, operando de forma independente ao lado da cadeia principal para melhorar seu desempenho. Eles possuem seus próprios validadores e operadores, bem como pontes que permitem a transferência de ativos entre as cadeias principal e lateral. As cadeias laterais também podem capturar os cabeçalhos dos blocos na cadeia principal para evitar bifurcações.

Para mover ativos da cadeia principal para uma cadeia lateral, os participantes bloqueiam seus ativos na cadeia principal e fornecem prova do bloqueio na cadeia lateral. Para desbloquear os ativos na cadeia principal, eles iniciam uma saída na cadeia lateral e fornecem prova da saída uma vez incluída em um bloco da cadeia lateral.

Apesar de alavancar a segurança da cadeia principal para evitar bifurcações, as cadeias laterais são vulneráveis a ataques de transição de estado inválido, nos quais validadores em conluio criam blocos inválidos e roubam fundos de outros participantes. A maioria das cadeias laterais é projetada com a suposição de que a grande maioria dos validadores permanecerá incorrupta.

Casos de Uso e Exemplos

As cadeias laterais são empregadas para melhorar a escalabilidade e a eficiência da cadeia principal e podem ser utilizadas em vários cenários, como:

• Descarregando as transações da cadeia principal: as cadeias secundárias podem lidar com uma parte das transações da cadeia principal, reduzindo a carga geral na cadeia principal e melhorando seu desempenho.

• Implementação de recursos experimentais: Cadeias laterais podem servir como um campo de teste para novos recursos e melhorias sem afetar a estabilidade da cadeia principal.

• Aplicativos de blockchain personalizáveis: as cadeias laterais podem ser adaptadas para casos de uso ou setores específicos, permitindo aplicativos de blockchain personalizados sem sobrecarregar a cadeia principal.
  Embora as cadeias laterais sejam uma forma de solução de dimensionamento para redes blockchain, elas não são consideradas uma solução de dimensionamento de Camada 2 (L2), que é um tipo específico de solução de dimensionamento que opera no topo da cadeia principal.

Apesar de seus potenciais riscos de segurança, as cadeias laterais continuam sendo uma parte essencial do ecossistema blockchain, aumentando a escalabilidade e a flexibilidade das cadeias principais.

Rollups (Optimistic e ZK-Rollups)

Conceito e Funcionalidade

Rollups são uma solução de dimensionamento de Camada 2 que combina ou “acumula” várias transações em uma única prova antes de enviá-la à cadeia principal. Eles estão disponíveis em dois tipos: Optimistic Rollups e ZK-Rollups. Ambos os tipos de rollups aumentam o rendimento da transação e reduzem os custos de gás, mas diferem em sua abordagem de validação e segurança.

Rollups otimistas

Rollups otimistas dependem de um sistema de suposições “otimistas”, onde as transações são consideradas válidas até prova em contrário. Eles usam um mecanismo de resolução de disputas chamado “à prova de fraude” que permite aos usuários contestar transações inválidas. Se uma transação for considerada inválida, o rollup é revertido e o desafiante é recompensado.

ZK-Rollups

O ZK-Rollups, por outro lado, usa provas de conhecimento zero (zk-SNARKs) para fornecer garantia criptográfica da validade das transações antes de serem submetidas à cadeia principal. Isso elimina a necessidade de um mecanismo de resolução de disputas, pois transações inválidas não podem ser incluídas no rollup.

Casos de Uso e Exemplos

Os rollups são uma das soluções de dimensionamento de Camada 2 mais promissoras atualmente devido às suas propriedades de segurança e eficiência. Alguns benefícios e casos de uso de rollups incluem:

• Disponibilidade de dados aprimorada: Rollups garantem que os dados não sejam retidos, exigindo que o bloco ou estado completo seja passado como um argumento ao criar um instantâneo de um bloco.

• Validação de transição de estado: Rollups fornecem um zk-SNARK (para ZK-Rollups) ou uma prova de fraude (para Optimistic Rollups) para atestar a exatidão das transições de estado, evitando a criação de blocos inválidos.

• Sem bifurcações: A regra de escolha da bifurcação em rollups sempre prefere a cadeia que contém o último bloco instantâneo, evitando a criação de bifurcações.

• Custos de gás reduzidos: Rollups reduzem significativamente o custo de gás da verificação on-chain, tornando-os mais eficientes do que as transações on-chain.

• Saídas instantâneas: Se os operadores de rollup cooperarem, as saídas podem ser executadas instantaneamente sem a necessidade de um jogo de saída.

Exemplos de implementações de rollup

O otimismo é uma implementação popular do Optimistic Rollup na rede Ethereum, projetada para dimensionar contratos inteligentes e aplicativos descentralizados (dApps).

zkSync é uma solução ZK-Rollup para Ethereum que se concentra em fornecer transferências de token de baixo custo, rápidas e seguras.

Plasma

Conceito e Funcionalidade

Em 2017, Joseph Poon e Vitalik Buterin propuseram pela primeira vez o Plasma como uma solução de escalonamento da Camada 2. Ele cria uma árvore de cadeias filhas enraizadas na cadeia principal, com cada cadeia filha funcionando como um blockchain separado que pode lidar com transações de forma independente. Isso descarrega o processamento da cadeia principal, aumentando o rendimento geral. Os ativos podem ser transferidos entre a cadeia principal e as cadeias secundárias por meio de um sistema de contratos inteligentes.

As cadeias de plasma contam com uma combinação de árvores Merkle e provas de fraude para garantir a segurança e a integridade das transações fora da cadeia. Os projetos de plasma podem ser classificados em vários tipos, como Plasma Mínimo Viável (MVP), Plasma Cash, Plasma Debit e More Viable Plasma (MoreVP). Cada tipo oferece compensações diferentes em termos de segurança, eficiência e usabilidade, atendendo a casos de uso e requisitos de aplicativos específicos.

Vantagens do Plasma

• Escalabilidade: as cadeias de plasma podem lidar com um grande número de transações independentemente da cadeia principal, aumentando consideravelmente o rendimento geral.

• Taxas de transação mais baixas: o descarregamento de transações para as cadeias Plasma pode reduzir as taxas associadas às transações na cadeia.

• Personalização: Cada cadeia de Plasma pode ter seu próprio mecanismo de consenso e regras, permitindo soluções sob medida para casos de uso específicos.

• Segurança: as cadeias de plasma herdam a segurança da cadeia principal enquanto usam provas de fraude para garantir a integridade das transações fora da cadeia.

Casos de Uso e Exemplos

O plasma oferece vários benefícios, tornando-o adequado para vários casos de uso:

• Trocas descentralizadas (DEXs): o plasma pode ser usado para criar trocas descentralizadas de alta taxa de transferência e baixa latência sem congestionar a cadeia principal.

• Jogos e NFTs: as cadeias de plasma podem oferecer suporte a plataformas de jogos escaláveis e eficientes e mercados de tokens não fungíveis (NFT).

• IoT e cadeia de suprimentos: o Plasma pode permitir processamento de dados em tempo real e rastreamento de ativos em ecossistemas complexos de cadeia de suprimentos.
  Exemplos de implementações do Plasma

• OMG Network (anteriormente OmiseGo): Uma solução de dimensionamento de Ethereum baseada em Plasma focada em permitir transferências de token rápidas e de baixo custo e funcionalidade de troca descentralizada.

• Matic Network (agora Polygon): Uma sidechain baseada em Plasma para Ethereum que fornece uma plataforma para criar dApps escaláveis e eficientes. Desde então, o Polygon evoluiu para uma solução de escalonamento multicadeia que também oferece suporte a outras técnicas de Camada 2, como ZK-Rollups e Optimistic Rollups.