Introdução ao Ethereum Layer-2s

Saiba tudo sobre as tecnologias de escalonamento Ethereum Layer-2 e como elas funcionam.

Principais conclusões:

• Os tipos mais populares de Layer-2s no Ethereum são os rollups optimistas e os rollups Zero-Knowledge (ZK rollups). No entanto, existem também outras tecnologias da camada 2, como as cadeias laterais, as cadeias de plasma e os validiums.
• Em geral, os rollups optimistas e os rollups ZK são considerados altamente seguros, uma vez que herdam a segurança da rede principal Ethereum.
• A compatibilidade da Máquina Virtual Ethereum (EVM) dos rollups optimistas torna conveniente para os programadores migrarem os contratos inteligentes existentes da Ethereum para blockchains de rollup optimistas. As Máquinas Virtuais Ethereum de conhecimento zero (zkEVMs) podem oferecer os benefícios de escalabilidade das provas de conhecimento zero e da compatibilidade EVM.

O que é o Ethereum?

O Ethereum é uma plataforma de cadeia de blocos de código aberto que permite aos programadores criar e implementar aplicações descentralizadas (dapps) e contratos inteligentes. Proposto por Vitalik Buterin no final de 2013, foi lançado oficialmente em 2015.

No seu núcleo, o Ethereum é uma rede descentralizada de nós que mantém coletivamente uma base de dados partilhada denominada Máquina Virtual Ethereum (EVM), que é capaz de executar contratos inteligentes. Estes acordos auto-executáveis incluem os termos do contrato diretamente escritos em código. Os contratos inteligentes permitem a automatização de vários processos sem a necessidade de intermediários.

Ethereum e os seus desafios de escalabilidade

Nos últimos anos, a popularidade da criptomoeda aumentou significativamente, juntamente com a utilização de cadeias de blocos. As cadeias de blocos populares, nomeadamente a Ethereum, não conseguiram acompanhar a elevada procura, fazendo disparar os preços do gás. Atualmente, o Ethereum atingiu a capacidade da rede de mais de um milhão de transacções por dia.

No mundo das criptomoedas, existe um conceito conhecido como o trilema da cadeia de blocos, que afirma que uma cadeia de blocos típica só pode concentrar-se em dois dos três elementos seguintes: segurança, descentralização e escalabilidade. O Ethereum assumiu uma posição forte de se concentrar na segurança e na descentralização, o que significa – de acordo com o trilema – que tem de sacrificar um nível de escalabilidade.

Layer-2s como solução de escalabilidade

As cadeias de blocos da camada 2, construídas sobre as cadeias de blocos da camada 1, como a Ethereum e a Bitcoin, ajudam a aumentar a escala, gerindo parte da carga de transacções das cadeias de blocos da camada de base. Isto ajuda a camada 1 a ficar menos congestionada e reduz significativamente as taxas de gás para os utilizadores, uma vez que as camadas 2 combinam normalmente várias transacções numa única.

As soluções da camada 2 utilizam vários tipos de tecnologias. As mais populares são os rollups optimistas e os rollups de conhecimento zero (ZK rollups), embora também existam outras tecnologias da camada 2. Estas incluem sidechains, canais de estado/pagamento, cadeias de plasma e validiums. Muitas das soluções actuais da camada 2 destinam-se a escalar o Ethereum, uma vez que é atualmente a cadeia de blocos com maior procura do seu espaço de blocos.

Tipos de Ethereum Layer-2s

Rollups optimistas

Um rollup otimista ajuda a aumentar a escala, deslocando a computação e o armazenamento de estados para fora da rede da Camada 1. Os rollups optimistas agrupam um grande número de transacções fora da cadeia antes de as submeterem à rede principal Ethereum. Também utilizam técnicas de compressão para reduzir a quantidade de dados publicados no Ethereum. Como resultado, os utilizadores usufruem de taxas de transação mais baixas.

A caraterística definidora dos rollups optimistas envolve o pressuposto de que as transacções fora da cadeia são válidas por defeito, e não publicam provas de validade para lotes de transacções lançados na cadeia. Em vez disso, os rollups optimistas utilizam um esquema denominado “deteção de fraudes” para detetar cálculos de transacções incorrectos. Depois de um lote de rollup ser publicado no Ethereum, há uma janela de tempo (também conhecida como “período de contestação”) em que qualquer pessoa pode apresentar uma prova de fraude para contestar os resultados da transação de rollup.

Exemplos notáveis de rollups optimistas incluem Arbitrum, Optimism e Boba Network.

Rollups de conhecimento zero

Os rollups de conhecimento zero (ZK rollups) também agrupam as transacções para serem executadas fora da cadeia, o que reduz significativamente a quantidade de dados a publicar na cadeia.

As provas de validade são uma caraterística fundamental que os rollups ZK produzem para provar que as alterações propostas ao estado do Ethereum estão correctas. Ao contrário dos rollups optimistas, que têm de publicar todos os dados de transação na cadeia, os rollups ZK só precisam de fornecer provas de validade para finalizar as transacções no Ethereum. Isto leva a vários benefícios, como a ausência de atrasos na transferência de fundos de um ZK rollup para o Ethereum, uma vez que as transacções de saída são executadas assim que a prova de validade é verificada.

Existem dois tipos principais de provas de validade: ZK-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) e ZK-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge).

Outras soluções de camada 2

De acordo com o site oficial da Ethereum, os rollups são atualmente a solução Layer-2 preferida para escalar a sua rede. No entanto, existem também outras tecnologias da camada 2, que apresentamos brevemente aqui.

O Plasma é uma solução de escalonamento da camada 2 proposta pela primeira vez por Joseph Poon e Buterin em agosto de 2017. Utilizando uma combinação de contratos inteligentes e verificação criptográfica, as transacções da rede principal do Ethereum são transferidas para cadeias de plasma, que reportam periodicamente à cadeia de blocos principal do Ethereum e a utilizam para resolver eventuais litígios. Note-se, no entanto, que a comunidade Ethereum abandonou geralmente o Plasma a favor dos rollups.

A Validium é uma solução de escalonamento que se centra na manutenção da integridade das transacções através da utilização de provas de validade, como os rollups ZK. Ao contrário de outras soluções, a Validium não armazena dados de transação na rede principal do Ethereum. Embora esta abordagem introduza compromissos, também oferece melhorias significativas em termos de escalabilidade. A Validium pode processar um elevado número de transacções, podendo atingir cerca de 9.000 transacções por segundo (tps) ou mais.

As sidechains, também consideradas por alguns como soluções de camada 2, são blockchains independentes compatíveis com Ethereum que utilizam os seus próprios modelos de consenso e parâmetros de bloco para processar transacções. Exemplos notáveis são o Polygon (anteriormente Matic Network) e o Gnosis (anteriormente xDAI).

Benefícios das soluções de camada 2

Um dos principais benefícios das soluções da camada 2 são as taxas de transação mais baixas, que atraem mais utilizadores e tornam a blockchain mais viável para dapps que requerem transacções frequentes. Estas incluem jogos e redes sociais descentralizadas.

De acordo com A visão de Buterin“a Internet do dinheiro não deve custar mais de 5 cêntimos por transação”. Embora a própria rede principal Ethereum esteja longe de atingir este objetivo, observamos que algumas Layer-2 são capazes de o atingir. Por exemplo, uma transação na Loopring e o zkSync custa apenas US$ 0,03 e US$ 0,04respetivamente, no momento da redação do presente relatório.

Outra vantagem das soluções de camada 2 é a sua segurança. Em geral, os rollups optimistas e os rollups ZK são considerados altamente seguros, uma vez que herdam a segurança da rede principal Ethereum. Os rollups optimistas obtêm segurança a partir da rede principal Ethereum, publicando os resultados das transacções na cadeia. Assim, podem melhorar a escalabilidade sem sacrificar a segurança ou a falta de confiança. Os rollups ZK também obtêm segurança do Ethereum, armazenando os dados necessários para recuperar o estado fora da cadeia no L1, o que promove a segurança, a resistência à censura e a descentralização.

Certas soluções da camada 2 têm benefícios adicionais em termos de funcionalidade dos contratos inteligentes. Para rollups optimistas, uma grande vantagem é a sua compatibilidade com a Máquina Virtual Ethereum (EVM). Isto faz com que seja conveniente para os programadores migrarem os contratos inteligentes existentes da Ethereum para as cadeias de rollup optimistas. Além disso, os programadores podem utilizar a infraestrutura existente do Ethereum, como linguagens de programação, bibliotecas de código, ferramentas de teste, software cliente e estrutura de implementação.

Houve avanços recentes na tecnologia de conhecimento zero que tornam possível a implementação da Máquina Virtual Ethereum de conhecimento zero (zkEVM). Um zkEVM pode recriar códigos de operação EVM existentes para comprovação/verificação em circuitos, permitindo a execução de contratos inteligentes. Isto ajuda a ultrapassar as limitações dos rollups ZK típicos, que não são facilmente compatíveis com EVM e normalmente apenas suportam transferências simples de fichas.

Leia mais sobre os projectos Layer-1 e Layer-2 em Descascando as Camadas: Apresentando o novo cenário de blockchain Layer-1 e Layer-2 .

Conclusão

As soluções da camada 2 desempenham um papel importante na melhoria da escalabilidade das cadeias de blocos. Vitalik Buterin afirmou uma vez que “[L]ayer-2 é o futuro do escalonamento da rede e a única maneira de preservar sua descentralização”. Isto é especialmente verdade a curto e médio prazo, uma vez que a fragmentação pode ainda estar muito longe.

Existem inúmeras soluções de dimensionamento da camada 2, cada uma com as suas próprias vantagens e desvantagens. Em geral, os rollups (optimistas e ZK) são amplamente considerados como as principais soluções de escalabilidade do Ethereum para o futuro previsível.

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