Introdução ao Ethereum Layer-2s

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

Jul 10, 2023
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Principais conclusões:

  • Os tipos mais populares de Layer-2s no Ethereum são rollups otimistas e rollups de conhecimento zero (rollups ZK). No entanto, também existem outras tecnologias de Camada 2, como cadeias laterais, cadeias de plasma e validiums.
  • Em geral, rollups otimistas e rollups ZK são considerados altamente seguros, pois herdam a segurança da rede principal Ethereum.
  • A compatibilidade da Ethereum Virtual Machine (EVM) de rollups otimistas torna conveniente para os desenvolvedores migrar contratos inteligentes existentes de Ethereum para blockchains rollup otimistas. Máquinas virtuais Ethereum de conhecimento zero (zkEVMs) podem oferecer os benefícios de escalabilidade de provas de conhecimento zero e compatibilidade EVM.

O que é o Ethereum?

Ethereum é uma plataforma blockchain de código aberto que permite aos desenvolvedores criar e implantar aplicativos descentralizados (dapps) e contratos inteligentes. Proposto por Vitalik Buterin no final de 2013, foi lançado oficialmente em 2015.

Em seu núcleo, o Ethereum é uma rede descentralizada de nós que mantém coletivamente um banco de dados compartilhado chamado Ethereum Virtual Machine (EVM), que é capaz de executar contratos inteligentes. Esses acordos autoexecutáveis ​​incluem os termos do contrato escritos diretamente no código. Os contratos inteligentes permitem a automação de vários processos sem a necessidade de intermediários.

Ethereum e seus desafios de escalabilidade

Nos últimos anos, a popularidade da criptomoeda aumentou significativamente, juntamente com o uso de blockchains. Blockchains populares, principalmente o Ethereum, não conseguiram acompanhar a alta demanda, fazendo com que os preços do gás disparassem. Atualmente, o Ethereum atingiu a capacidade da rede de mais de um milhão de transações por dia .

No mundo das criptomoedas, existe um conceito conhecido como o trilema da blockchain , que afirma que uma blockchain típica pode se concentrar apenas em dois dos três elementos a seguir: segurança , descentralização e escalabilidade . A Ethereum assumiu uma postura forte de foco na segurança e na descentralização , o que significa – de acordo com o trilema – que ela deve sacrificar um nível de escalabilidade.

Layer-2s como uma solução de escalabilidade

Os blockchains da camada 2, construídos sobre os blockchains da camada 1, como Ethereum e Bitcoin, auxiliam no dimensionamento ao lidar com parte da carga de transações dos blockchains da camada base. Isso ajuda a camada 1 a ficar menos congestionada e reduz significativamente as taxas de gás para os usuários, já que as camadas 2 geralmente combinam várias transações em uma única.

As soluções de camada 2 usam vários tipos de tecnologias. Os mais populares são rollups otimistas e rollups de conhecimento zero (rollups ZK), embora existam outras tecnologias de Camada 2 também. Isso inclui cadeias laterais, canais de estado/pagamento, cadeias de plasma e validiums. Muitas soluções atuais da Camada 2 visam escalar o Ethereum, uma vez que atualmente é o blockchain com a maior demanda por seu espaço em bloco.

Tipos de Ethereum Layer-2s

Rollups optimistas

Um rollup otimista ajuda no dimensionamento, movendo a computação e o armazenamento de estado para fora da rede da Camada 1. Rollups otimistas agrupam um grande número de transações fora da cadeia antes de enviá-las à rede principal Ethereum. Eles também usam técnicas de compressão para diminuir a quantidade de dados postados no Ethereum. Como resultado, os usuários desfrutam de taxas de transação mais baixas.

A característica definidora dos rollups otimistas envolve a suposição de que as transações off-chain são válidas por padrão e não publicam provas de validade para lotes de transações postados na cadeia. Em vez disso, rollups otimistas usam um esquema chamado ‘prova de fraude’ para detectar cálculos de transação incorretos. Depois que um lote de rollup é publicado no Ethereum, há uma janela de tempo (também conhecida como ‘período de desafio’) em que qualquer pessoa pode enviar uma prova de fraude para contestar os resultados da transação de rollup.

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

Rollups de conhecimento zero

Rollups de conhecimento zero (rollups de ZK) também agrupam transações para serem executadas fora da cadeia, o que reduz bastante a quantidade de dados a serem postados na cadeia.

As provas de validade são um recurso fundamental que os rollups do ZK produzem para provar que as alterações propostas para o estado do Ethereum estão corretas. Ao contrário dos rollups otimistas, que precisam postar todos os dados da transação na cadeia, os rollups do ZK precisam apenas fornecer provas de validade para finalizar as transações no Ethereum. Isso leva a vários benefícios, como não haver atrasos na transferência de fundos de um rollup ZK para Ethereum, pois as transações de saída são executadas assim que a comprovação da validade é verificada.

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

Como funcionam os Zk Rollupsjul11

Outras soluções de camada 2

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

Plasma é uma solução de dimensionamento de camada 2 proposta pela primeira vez por Joseph Poon e Buterin em agosto de 2017. Usando uma combinação de contratos inteligentes e verificação criptográfica, as transações da rede principal da Ethereum são descarregadas para as cadeias de plasma, que reportam periodicamente à blockchain principal da Ethereum e a usam para resolver quaisquer disputas. Observa-se, no entanto, que a comunidade Ethereum geralmente mudou do Plasma em favor de rollups.

A Validium é uma solução de escalabilidade que se concentra em manter a integridade das transações usando provas de validade, como ZK rollups. Ao contrário de outras soluções, a Validium não armazena dados de transação na rede principal Ethereum. Embora essa abordagem apresente compensações, ela também oferece melhorias significativas de escalabilidade. A Validium pode processar um grande número de transações, atingindo potencialmente cerca de 9.000 transações por segundo (tps) ou mais.

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

Benefícios das soluções de camada 2

Um dos principais benefícios das soluções Layer-2 são as taxas de transação mais baixas, que atraem mais usuários e tornam o blockchain mais viável para dapps que exigem transações frequentes. Isso inclui jogos e redes sociais descentralizadas.

De acordo com a visão de Buterin, “a internet do dinheiro não deve custar mais do que 5 centavos por transação.” Embora a própria rede principal Ethereum esteja longe de atingir esse objetivo, observamos que alguns Layer-2s são capazes de atingir esse objetivo. Por exemplo, uma transação em Loopring e zkSync custam apenas US$ 0,03 e US$ 0,04, respectivamente, no momento da escrita.

Outro benefício das soluções Layer-2 é sua segurança. Em geral, rollups otimistas e rollups ZK são considerados altamente seguros, pois herdam a segurança da rede principal Ethereum. Rollups otimistas obtêm segurança da rede principal Ethereum publicando os resultados da transação na cadeia. Portanto, eles podem melhorar a escalabilidade sem sacrificar a segurança ou falta de confiança. Os rollups ZK também obtêm segurança do Ethereum armazenando os dados necessários para recuperar o estado off-chain em L1, o que promove segurança, resistência à censura e descentralização.

Certas soluções de camada 2 têm benefícios adicionais de funcionalidade de contrato inteligente. Para rollups otimistas, uma grande vantagem é a compatibilidade com a Ethereum Virtual Machine (EVM). Isso torna conveniente para os desenvolvedores migrar os contratos inteligentes existentes da Ethereum para as cadeias de rollup otimistas. Além disso, os desenvolvedores podem usar a infraestrutura existente da Ethereum, como linguagens de programação, bibliotecas de código, ferramentas de teste, software cliente e estrutura de implantação.

Houve avanços recentes na tecnologia de conhecimento zero que tornam possível a implementação da Máquina Virtual Ethereum (zkEVM) de conhecimento zero. Um zkEVM pode recriar opcodes EVM existentes para prova/verificação em circuitos, permitindo a execução de contratos inteligentes. Isso ajuda a superar as limitações de rollups ZK típicos, que não são prontamente compatíveis com EVM e geralmente suportam apenas transferências de token simples.

Leia mais sobre os projetos Layer-1 e Layer-2 em Peeling Away the Layers: Apresentando o novo cenário Blockchain Layer-1 e Layer-2 .

Conclusão

As soluções de camada 2 desempenham um papel importante na melhoria da escalabilidade de blockchains. Vitalik Buterin afirmou certa vez que “[L]ayer-2 é o futuro do dimensionamento da rede e a única maneira de preservar sua descentralização”. Isso é especialmente verdadeiro no curto e médio prazo, já que o sharding ainda pode estar muito distante .

Existem inúmeras soluções de dimensionamento de camada 2, cada uma com seus próprios prós e contras. Em geral, rollups (tanto otimistas quanto ZK) são amplamente considerados como as principais soluções de escalabilidade da Ethereum para o futuro previsível.

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