O conceito de blockchain modular

Blockchains modulares são blockchains que se concentram em lidar com algumas responsabilidades e terceirizam o restante para uma ou mais camadas independentes. Blockchain modular pode ser usado para lidar com as seguintes tarefas individuais ou uma combinação de tarefas:

Execução: Suporta a execução de transações e permite implantação e interação com contratos inteligentes.

Disponibilidade de dados: garanta a disponibilidade dos dados da transação.

Consenso: O conteúdo e a sequência de transações aprovadas.

Resolução: Usado para concluir transações, resolver disputas, verificar provas e interligar diferentes camadas de execução.

Cadeias modulares geralmente desempenham duas ou mais funções interdependentes. Por exemplo, a camada de disponibilidade de dados deve concordar com a ordenação dos dados, caso contrário, é impossível saber quais dados representam a versão correta da história.

Vantagens do Design Modular de Blockchain

Escalabilidade: Usar modularidade na blockchain pode aumentar a escala sem introduzir suposições de confiança prejudiciais.

Facilidade de lançamento de novas blockchains: Ao alavancar um design modular, novas blockchains podem ser lançadas mais rapidamente sem precisar se preocupar em manter todos os aspectos da arquitetura corretos.

Flexibilidade: Cadeias modulares construídas com propósito oferecem mais opções para compensações e implementações de design. Por exemplo, um sistema de blockchain modular pode incluir cadeias modulares que se concentram em segurança e disponibilidade de dados, enquanto outras se concentram na execução.

Desvantagens do design modular de blockchain

Segurança: Ao contrário das cadeias monolíticas, as blockchains modulares não podem garantir sua própria qualidade de segurança. As blockchains modulares estão em risco de falha se as camadas de segurança usadas para lidar com consenso e disponibilidade de dados forem ineficazes.

Complexidade: Implementar um design de blockchain modular introduz novas complexidades. Por exemplo, o plano de fragmentação de dados da Ethereum depende da amostragem de disponibilidade de dados para garantir que os nós em determinado fragmento não estejam ocultando dados. Da mesma forma, a camada de execução deve criar certos mecanismos complexos, como provas de fraude e provas de validade, para que a camada de segurança possa garantir a validade das transições de estado fora da cadeia.

Valor do token: Devido às aplicações limitadas, os tokens nativos de algumas blockchains modulares podem não ser capazes de absorver valor. Por exemplo, tokens de utilidade que se concentram exclusivamente nas camadas de consenso e disponibilidade de dados têm menos utilidade do que a camada de execução, então também pode ser mais difícil atrair participantes para tal rede.

Forma modular do Ethereum: shardagem e rollup

Assim como blockchains de primeira geração, como Bitcoin, Ethereum foi originalmente projetado como um blockchain monolítico. No entanto, para melhorar o desempenho da rede, aumentar a escalabilidade e sustentabilidade, a rede Ethereum está atualmente em transição para um framework modular.

Sharding é o processo de dividir um sistema (como um banco de dados) em várias partes para executar. Ao distribuir a funcionalidade entre vários componentes, o sistema pode alcançar maior produção e eficiência. Em uma rede blockchain, o sharding divide o blockchain em várias sub-cadeias, e as sub-cadeias lidam com diferentes partes das atividades da rede.

No design de fragmentação do Ethereum, 64 cadeias de fragmentos serão executadas em paralelo. A fragmentação pode processar transações em paralelo (fragmentação de execução) e também pode ser usada para armazenar diferentes partes dos dados do blockchain (fragmentação de dados). Com a fragmentação de dados, os nós do Ethereum só irão armazenar os dados publicados em sua cadeia de fragmentos—isto contrasta com a estrutura atual, que requer que todos os nós armazenem os mesmos dados.

A relação entre a blockchain de Ethereum e a cadeia de fragmentos

Sharding é uma forma de modularidade onde diferentes componentes (shard chains) lidam com diferentes responsabilidades. No particionamento de dados, as shard chains armazenam diferentes partes dos dados do Ethereum, e o particionamento de execução permite que cada shard chain processe seu próprio conjunto de transações, aumentando o rendimento de dados e reduzindo o tempo de processamento.

Alguns desenvolvedores adotaram uma abordagem centrada em rollup para escalonar o Ethereum. Ao contrário das soluções de escalonamento puramente off-chain (como sidechains), o rollup é integrado de forma coesa à main chain. O blockchain de Ethereum terceiriza a computação para os rollups enquanto preserva liquidação, consenso e disponibilidade de dados. Como o Ethereum funciona como a camada base para os rollups da L2, os rollups podem otimizar ativamente a execução através de tempos de bloco mais rápidos e blocos maiores sem comprometer a descentralização ou a segurança.

As funções do Ethereum (camada base L1) e rollup (L2) na arquitetura modular do blockchain de Ethereum

processo de desenvolvimento da pilha de tecnologia modular do Ethereum

O processo de desenvolvimento do pacote tecnológico modular do Ethereum é o seguinte:

1. Blockchain monolítico: Representa o Ethereum L1 ou cadeia principal, que por si só é um blockchain monolítico.

2. Rollup: soluções L2 que atuam como a camada de execução, como Arbitrum e Optimism, movem a camada de execução para fora do Ethereum L1, publicam raízes de estado e dados de rollup e os transmitem de volta para o Ethereum L1.

3. Rollup modular: rollup com disponibilidade de dados modular.

A pilha de tecnologia modular L2 do Ethereum pode fornecer escalabilidade mantendo altos níveis de segurança e descentralização. Essa combinação poderosa fornece ao Ethereum a base para um ecossistema de blockchain mais eficiente e sustentável.

Blockchain Monolítica

A blockchain monolítica é a forma original de funcionamento do Ethereum e lida com tudo sem o uso de rollups ou divisão de dados. Esta arquitetura monolítica fornece a maior segurança, mas vem com o custo de alto custo e escalabilidade limitada. Portanto, a velocidade de transação da mainnet do Ethereum é relativamente lenta, com uma média de TPS de apenas 15 - 20. Atualmente, o Ethereum está gradualmente se transformando em uma blockchain modular, principalmente por meio da adoção de estratégias centradas em rollup e divisão de dados.

Rollup

Rollup é a primeira grande inovação tecnológica em blockchains modulares, estendendo a arquitetura monolítica do Ethereum ao fornecer uma camada separada para execução. Rollup abstrai de forma segura a camada de execução do blockchain em um sequenciador, que utiliza computadores potentes para empacotar e executar várias transações antes de regularmente transmitir dados comprimidos de volta à Ethereum mainnet para verificação. Rollup pode aumentar o TPS em 20 a 50 vezes ao mover este processo de cálculo para fora da cadeia Ethereum.

No cenário atual, o rollup desempenha o papel da camada de execução, processando transações enquanto terceiriza liquidação, consenso e disponibilidade de dados. Por exemplo, rollup otimista usando máquinas virtuais otimistas e rollup zk executando zk EVM. Esses rollups executam contratos inteligentes e processam transações, mas ainda dependem do Ethereum para:

Compensação: Todas as transações de rollup são concluídas no Ethereum. Os usuários de rollup otimista precisam esperar até que o período de desafio termine, ou até que a transação seja considerada válida após cálculos de prevenção de fraude. Os usuários de rollup zk precisam esperar até que a validade da validação seja comprovada.

Consensus e disponibilidade de dados: o rollup publica dados de transação na blockchain de Ethereum na forma de CallData, permitindo que qualquer pessoa execute transações de rollup e reconstrua seu estado, se necessário. Rollups otimistas requerem uma grande quantidade de espaço de bloco e um período de desafio de 7 a 14 dias antes da finalidade. O zk rollup armazena dados disponíveis para verificação por 30 dias, proporcionando finalidade instantânea, mas exigindo uma quantidade significativa de poder de processamento para criar a prova.

Com o Ethereum como camada base para rollups, os rollups podem permitir tempos de bloco mais rápidos e blocos maiores sem comprometer a descentralização ou a segurança. Pode-se dizer que o Rollup é o início de uma nova era para o Ethereum. O total de transações de Arbitrum e Optimism excedeu recentemente o número de transações no Ethereum, refletindo a tendência modular do Ethereum.

rollup modular

Novas rollups modulares movem a camada de disponibilidade de dados para fora do Ethereum. Mantle, por exemplo, ainda depende do Ethereum para liquidação e consenso, mas alavanca o Mantle DA como uma camada de disponibilidade de dados. O Mantle DA realiza a classificação de dados e fornece certificação de dados sem executar transações; a execução de transações é efetivamente terceirizada para a camada de execução do Mantle.

Anteriormente, Ethereum era a única solução de disponibilidade de dados para rollups, o que levava a desafios de custo. A disponibilidade de dados é a maior fonte de custo para a maioria dos rollups, especialmente ao armazenar dados de transações no Ethereum, o que pode representar até 70% do custo. Além disso, esse custo é variável e aumenta proporcionalmente ao uso, representando uma barreira significativa à medida que mais usuários se juntam. Até agora, apenas rollups grandes com recursos significativos poderiam acomodar bases de usuários maiores.

Felizmente, as coisas estão mudando no Ethereum, e novas soluções modulares estão surgindo na forma de camadas de disponibilidade de dados para reduzir os custos de envio de dados de transações. Exemplos importantes de camadas de disponibilidade de dados incluem EigenDA, Celestia e Avail, que abordam questões de disponibilidade de dados e fornecem soluções potenciais para as limitações de rollup.

Um futuro modular

Ao longo da última década, o campo da blockchain frequentemente caiu em uma armadilha ao lidar com desafios de escalabilidade - continuamente criando novas blockchains L1 devido ao alto custo e limitações do Ethereum. No entanto, as altas taxas do Ethereum na verdade não são um bug insolúvel.

Em um mundo onde as soluções L2 estão se tornando a norma para a adoção em massa, a blockchain modular revoluciona a arquitetura da blockchain dividindo as camadas de execução, liquidação, consenso e disponibilidade de dados. Quando as blockchains monolíticas lutam com escalabilidade, o potencial da arquitetura modular será liberado.

À medida que a camada de disponibilidade de dados evolui e compete, as barreiras de entrada e as barreiras de entrada para novos rollups serão significativamente reduzidas. No futuro próximo, é provável que as aplicações em pilhas OP ou ZK vejam um boom devido aos menores custos de disponibilidade de dados e às melhorias adicionais na funcionalidade modular.

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