O caminho da escalabilidade do Ethereum: Análise do Surge

Os co-fundadores do Ethereum recentemente publicaram uma série de artigos sobre o futuro do Ethereum, dos quais a parte The Surge discute em destaque a escalabilidade e o desenvolvimento a longo prazo do Ethereum. O roadmap tecnológico desta fase mostra como o Ethereum pode se transformar em um protocolo capaz de lidar com uma demanda enorme de (TPS alcançando 100,000+), enquanto mantém a descentralização e a segurança.

Visão central do Ethereum

Ethereum visa ser a camada base da internet descentralizada. Suportando aplicações descentralizadas complexas através de contratos inteligentes, torna-se a blockchain preferida para desenvolvedores construírem aplicações DeFi, NFTs, entre outras.

No entanto, o Ethereum tem limitações em termos de escalabilidade. O L1 consegue processar apenas 15-30 transações por segundo, muito abaixo das redes de pagamento tradicionais. Isso resulta em altas taxas de gas durante períodos de congestionamento, limitando a capacidade do Ethereum de se tornar uma infraestrutura global. O Surge foi projetado precisamente para resolver esse problema.

Os principais objetivos do Surge incluem:

• Ethereum L1+L2 atinge 100.000+ TPS
• Manter a descentralização e robustez do L1
• Pelo menos parte dos L2 herda completamente as propriedades centrais do Ethereum.
• Maximizar a interoperabilidade entre L2

Futuro centrado em rollup

O plano Surge visa principalmente aumentar a escalabilidade através de soluções L2, sendo o rollup uma parte chave. Este roteiro propõe uma divisão de trabalho simples: Ethereum L1 foca em se tornar uma camada base poderosa e descentralizada, enquanto L2 assume a tarefa de ajudar a expandir o ecossistema.

Rollup agrupa transações fora da cadeia e as submete de volta à rede principal, aumentando significativamente a capacidade de processamento enquanto mantém a segurança e a descentralização. Isso pode aumentar a escalabilidade do Ethereum para mais de 100.000 TPS, permitindo que ele processe aplicações em escala global.

Rollup não é apenas uma solução temporária, mas também uma solução de escalabilidade a longo prazo. O Ethereum 2.0 reduziu o consumo de energia ao fazer a transição de PoW para PoS através do The Merge, e o rollup é visto como o próximo marco importante.

Este ano, o roteiro centrado em rollup alcançou importantes resultados: o lançamento dos blobs EIP-4844 aumentou significativamente a largura de banda de dados do L1, e vários rollups EVM entraram na primeira fase. Cada L2 existe como um fragmento com suas próprias regras e lógica, e a diversidade na implementação de fragmentos tornou-se uma realidade.

Amostragem de disponibilidade de dados ( DAS ) de desenvolvimento adicional

A amostragem de disponibilidade de dados ( DAS ) é outro aspecto chave do The Surge, destinado a resolver problemas de disponibilidade de dados. Em redes descentralizadas, é crucial que todos os nós possam validar os dados sem precisar armazenar ou baixar todo o conteúdo.

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

O DAS tem duas formas principais: PeerDAS e 2D DAS. O PeerDAS promete aumentar a segurança do rollup. O 2D DAS realiza amostragem aleatória não apenas dentro do blob, mas também entre os blobs. Utilizando as propriedades lineares do compromisso KZG, expande o conjunto de blobs no bloco através de novos blobs virtuais, que codificam as mesmas informações redundantes.

Com o DAS, o Ethereum pode processar uma quantidade maior de dados, alcançando rollups mais rápidos e mais baratos, sem comprometer a descentralização. No futuro, será necessário mais trabalho para determinar a versão ideal do DAS 2D e provar suas propriedades de segurança.

Caminhos realistas a longo prazo podem incluir:

1. Implementar o DAS 2D ideal
2. Manter o uso de 1D DAS, sacrificando a eficiência da largura de banda de amostragem, para aceitar limites de dados mais baixos em favor da simplicidade e robustez.
3. Abandonar o DA e aceitar completamente o Plasma como a principal arquitetura Layer2.

É importante notar que, mesmo que se decida expandir a execução diretamente na camada L1, essas opções ainda existem. Porque se a L1 tiver que lidar com uma grande quantidade de TPS, os blocos se tornarão muito grandes, e o cliente precisará validar sua correção de forma eficiente, portanto, terá que usar na camada L1 as mesmas técnicas que o rollup.

Plasma e outras soluções

Além do Rollup, o Plasma é outra solução L2. O Plasma cria uma sub-rede que processa transações independentemente da cadeia principal, enviando regularmente resumos para a rede principal. Os operadores enviam provas de ramificação Merkle aos usuários para mudanças no estado dos ativos. Os usuários podem retirar ativos ao fornecer a ramificação Merkle.

Mesmo que haja problemas de disponibilidade de dados, os usuários ainda podem recuperar ativos extraindo o estado mais recente disponível. Se for submetido um branch inválido, a propriedade dos ativos pode ser determinada através do mecanismo de desafio na cadeia.

Embora o desenvolvimento do Plasma esteja atrasado em relação ao rollup, ainda é considerado parte do kit de ferramentas de escalabilidade do Ethereum.

Além disso, a melhoria das técnicas de compressão de dados e das provas criptográficas também está em discussão, para aumentar ainda mais a eficiência das rollups e de outras soluções L2. A ideia é comprimir os dados tanto quanto possível, garantindo que as informações necessárias estejam disponíveis para verificação. Estas melhorias tecnológicas provavelmente desempenharão um papel crucial no processo de alcançar uma maior capacidade de processamento no Ethereum.

Melhorias na interoperabilidade entre L2

O principal desafio que o ecossistema L2 enfrenta atualmente é a fraca interoperabilidade entre L2s. As áreas-chave para melhorar a interoperabilidade incluem:

• Endereço de cadeia específica: o endereço deve conter informações da cadeia, simplificando o processo de envio entre L2.
• Solicitação de pagamento de cadeia específica: forma padronizada de criar solicitações de pagamento entre cadeias
• Troca entre cadeias e pagamento de Gas: estabelecer um protocolo aberto padronizado que expresse operações entre cadeias.
• Cliente leve: os usuários devem ser capazes de verificar a cadeia com a qual estão interagindo, em vez de apenas confiar no fornecedor de RPC.
• Ponte de tokens compartilhados: cria uma gestão Rollup minimalista compartilhada para saldos de tokens entre L2, reduzindo o custo de transferências.
• Sincronização combinatória: permite chamadas de sincronização entre L2 e L1 ou múltiplos L2, melhorando a eficiência do DeFi

Essas melhorias enfrentam o dilema do momento e do nível de padronização. A padronização prematura pode enraizar soluções inferiores, enquanto a tardia pode causar fragmentação desnecessária. Em alguns casos, existem duas soluções: uma de fácil implementação a curto prazo e outra ideal a longo prazo, mas que consome tempo. Isso não é apenas um problema técnico, mas também requer cooperação social entre L2, carteiras e L1.

Continuar a expandir o Ethereum L1

Expandir o L1 em si e garantir que ele possa acomodar mais casos de uso ainda é muito valioso. Existem três estratégias de expansão do L1:

1. Melhorar a tecnologia para facilitar a verificação do L1 e, em seguida, aumentar o limite de Gas
2. Reduzir o custo de operações específicas, aumentando a capacidade média sem aumentar o risco de pior cenário.
3. Rollups nativos ( criam múltiplas cópias paralelas do EVM )

Essas estratégias têm suas compensações. Os rollups nativos apresentam as mesmas fraquezas em termos de composibilidade que os rollups comuns. Aumentar o limite de Gas pode comprometer outros benefícios, como aumentar a proporção de usuários de nós de validação. Dependendo da forma de implementação, reduzir o custo de operações específicas da EVM pode aumentar a complexidade geral.

Descentralização e segurança

Equilibrar escalabilidade e descentralização é um tema importante. Muitos projetos sacrificam a descentralização em troca de maior capacidade de processamento, mas o Ethereum se compromete a manter a descentralização enquanto expande. Rollup e DAS são vistos como métodos para alcançar esse objetivo, garantindo que qualquer um possa operar nós e proteger a rede de maneira verdadeiramente descentralizada.

Quanto maior a escalabilidade, maior a responsabilidade pela segurança. Garantir a não confiança do sistema de rollup torna-se crucial. A maturação dessas tecnologias requer testes rigorosos e iterações, especialmente em caso de adoção ampla.

Perspectivas para o Surge

A visão futura do Ethereum é ser não apenas escalável, mas também manter total descentralização, segurança e sustentabilidade. Isso inclui expandir o L1 através de rollups e DAS, construir algoritmos de consenso mais eficientes, melhorar ferramentas de desenvolvimento e cultivar um ecossistema de dApps próspero.

Apesar do roteiro otimista, ainda enfrenta desafios. A implementação em larga escala de rollups, garantir a segurança do L2 e preparar-se para o futuro quântico são tarefas complexas. Se conseguir superar esses obstáculos, o Ethereum consolidará sua posição como o núcleo da Web3.

Ethereum foca na escalabilidade sem sacrificar a descentralização, destacando-se no campo em rápida evolução das blockchains. Se o Surge for bem-sucedido, pode novamente mudar o panorama da tecnologia blockchain nos próximos anos.