A primeira etapa da modularização do Ethereum: Introdução básica ao Proto-danksharding e seu funcionamento

Ethereum já completou com sucesso a transição do protocolo de consenso de prova de trabalho para prova de participação. O próximo projeto importante é o EIP-4844, também conhecido como "Disponibilidade de Dados Brutos". Esta alteração de código tem como objetivo melhorar a escalabilidade dos rollups construídos sobre Ethereum.

O EIP-4844 introduz um novo tipo de transação, chamado blob. Ele aumenta os requisitos de dados e armazenamento do bloco do Ethereum e cria um novo mercado de tarifas, separando o preço dos blobs das transações regulares.

Rollup é um protocolo que depende de uma blockchain de Layer 2 ( como Ethereum ) para a disponibilidade de dados ( DA ). Normalmente, os rollups baseados em contratos inteligentes não apenas dependem da DA do Ethereum, mas também dependem do Ethereum para a liquidação de transações. Esses rollups lêem dados da camada DA como o Ethereum e executam transações válidas e código de contratos inteligentes.

O custo de publicar grandes quantidades de dados na Ethereum é geralmente alto, em parte porque a rede armazena os dados permanentemente como parte do histórico de transações. Com o EIP-4844, cada bloco criará um espaço de dados adicional de 512kB ou 768kB para rollup. Esses dados serão armazenados por cerca de três semanas. Teoricamente, o custo de publicar dados no Ethereum através de rollup será significativamente reduzido.

Proto-danksharding é o prelúdio e "protótipo" do danksharding completo, que permitirá que os nós do Ethereum baixem fragmentos de dados blob para determinar a disponibilidade do blob completo.

Este artigo explora em profundidade os detalhes de funcionamento do EIP-4844, as limitações do danksharding original, o plano de evolução do EIP-4844 para um danksharding completo, bem como os benefícios diretos para os usuários finais e desenvolvedores de dapp.

Contexto

O EIP-4844 é visto como uma atualização de escalabilidade para o Ethereum. No entanto, é importante notar que essa alteração de código não aumentou ou melhorou substancialmente a capacidade de transação do Ethereum em si. O Proto-danksharding reduz o custo de publicação de grandes volumes de dados no Ethereum, diminuindo assim o custo operacional dos rollups. O EIP-4844 é considerado uma melhoria na escalabilidade do Ethereum, pois torna as redes Layer 2 construídas sobre o Ethereum mais econômicas, mas essa alteração de código não aumentou a escalabilidade do Ethereum como uma blockchain de uso geral.

Nos últimos anos, as atividades de negociação de rollups do Ethereum, como Arbitrum, Optimism, StarkNet, zkSync e Polygon zkEVM, têm crescido. O L2Beat.com estima que o total de throughput de transações de todas as redes Layer 2 é 3,8 vezes o TPS médio diário do Ethereum.

De acordo com os dados da Blockworks Research fornecidos pela Dune Analytics, em comparação com os custos de implantação de código e transações diretamente na Ethereum, os rollups economizam mais de 99% das taxas de gas para os usuários finais e desenvolvedores de dapp.

Até 13 de junho de 2023, o custo de enviar transações nas duas rollups mais populares do Ethereum, Optimism e Arbitrum, variava entre 0,03 dólares e 0,05 dólares. No entanto, em situações de alta atividade na cadeia e congestionamento da rede, esses custos podem às vezes disparar para mais de 1 dólar.

O objetivo do EIP-4844 é reduzir ainda mais os custos de rollup introduzindo transações blob. Abaixo está uma explicação passo a passo do ciclo de vida das transações blob definidas pelo EIP-4844:

1. O usuário submete transações ao rollup
2. O ordenado de Rollup agrupa transações em lotes
3. O ordenado cria uma transação blob, codificando os dados da transação empacotados como blob
4. A transação Blob foi submetida ao mempool do Ethereum
5. O validador inclui a transação blob no bloco
6. O bloco é transmitido para a rede e finalmente confirmado
7. Os dados Blob são armazenados na cadeia de beacon por cerca de 3 semanas
8. Os dados blob são removidos após 3 semanas
9. O Rollup ainda pode acessar o compromisso criptográfico dos dados de transação

O EIP-4844 não afetará como as transações regulares são incluídas nos blocos, nem afetará o mercado de taxas que determina o preço do espaço em blocos do Ethereum, mas realmente aumenta os requisitos de armazenamento dos blocos do Ethereum. O espaço de dados adicional é para anexar transações blob aos blocos. Blob é como um carro auxiliar, que pode ser anexado aos blocos do Ethereum, sem afetar ou ocupar o espaço em blocos existente.

O espaço de bloco Blob será leiloado com base no seu próprio mercado de taxas, semelhante ao design do mercado de taxas do EIP-1559. Inicialmente, as transações blob terão quase nenhum custo. Depois disso, para cada bloco confirmado, se mais da metade do espaço de bloco blob for utilizado, o custo das transações blob aumentará 12,5%. Para cada bloco em que o espaço de bloco blob não for suficientemente utilizado, o custo do blob diminuirá 12,5%.

As transações Blob não serão armazenadas indefinidamente no Ethereum, mas sim na camada de consenso do Ethereum (CL) e serão descartadas dos nós CL após três semanas. O Proto-danksharding permitirá que cada bloco tenha no máximo 4 blobs, cada um capaz de conter até 128 kB de dados adicionais. O limite máximo de espaço de blob de 512 kB pode mudar com base nos testes em andamento do EIP-4844. Os desenvolvedores estão ativamente discutindo a possibilidade de aumentar esse limite de 4 blobs para 6.

No Ethereum, são gerados aproximadamente 7094 blocos por dia. Após o EIP-4844, assumindo um limite de 4 blobs/bloco, é possível processar no máximo 28376 blobs por dia. ( Este é um valor máximo teórico, que na prática pode nunca ser alcançado devido à variação dinâmica das taxas de blob. )

Nos últimos seis meses, os ordenadores que operam na Optimism submeteram cerca de 3126 lotes de transações diariamente à Ethereum. O volume de transações confirmado pela Arbitrum é aproximadamente o dobro do da Optimism. Na Optimism, mais de 90% das taxas vêm das taxas de CALLDATA da Layer 1.

A introdução de um espaço de armazenamento de dados especializado, não importa quão pequeno seja no início, visa reduzir o custo de usar Ethereum como camada de DA para todos os rollups baseados em Ethereum. Estima-se conservadoramente que os desenvolvedores de rollups esperam que as taxas de rollup diminuam entre 100% e 900% após a ativação do EIP-4844. No entanto, essas estimativas podem mudar com base no aumento da adoção e da atividade dos rollups nos meses que se seguem à ativação do banco de dados original.

O custo das transações blob, embora inicialmente possa ser mais barato do que as transações normais com a ativação do EIP-4844, pode rapidamente aumentar se o número de rollups construídos sobre o Ethereum aumentar. Além disso, embora cada blob tenha como objetivo oferecer a um único ordenadora a oportunidade de publicar até 128kB de dados, os ordenadores de rollup podem potencialmente coordenar para que um único blob contenha dados de vários rollups. Os desenvolvedores do Ethereum perceberam que, devido ao número limitado de blocos e que um único lote de transações pode não conseguir aproveitar completamente todo o espaço de dados de 128kB de cada transação blob, pode surgir um mercado secundário para a precificação dos blobs.

O proto-danksharding estabeleceu uma base para a introdução de tecnologias mais avançadas, a fim de reduzir ainda mais os custos de blob sem aumentar a carga computacional dos nós. Chamado de danksharding completo, a concepção completa dos blobs é aumentar o número máximo de blobs por bloco de 4 para 64.

Danksharding completo

Quatro blobs aumentam o tamanho do bloco do Ethereum em 512kB. Seis blobs aumentam ainda mais o tamanho do bloco do Ethereum em 768kB. Como mencionado, o espaço adicional do bloco é estritamente utilizado para transações de blob, e não armazena dados de forma permanente como o espaço de bloco normal. A visão completa do EIP-4844 é introduzir até 64 blobs no Ethereum, fazendo isso sem aumentar significativamente a carga computacional dos nós de validação do bloco. Para alcançar o danksharding completo, o Ethereum precisa implementar duas tecnologias: amostragem de disponibilidade de dados (DAS) e codificação de apagamento.

Amostragem de Disponibilidade de Dados (DAS )

No contexto da verificação de transações de Layer 2 rollup, o objetivo do DAS é garantir que todos os fragmentos de dados agrupados pelo ordenado foram publicados na cadeia. Os nós completos são selecionados aleatoriamente, baixam um bloco de dados do blob e geram uma prova de disponibilidade de dados. Quanto mais vezes um nó completo amostra os dados, maior é a probabilidade determinística de que todos os dados foram fornecidos pelo ordenado sem retenção de dados importantes. Para os nós, o processo de amostragem de dados requer menos recursos computacionais do que baixar todos os dados do blob, mas teoricamente oferece a mesma garantia de disponibilidade de dados. Assim como no proto-danksharding, a amostragem de dados do blob sob o danksharding completo garantirá que as transações do ordenado tenham sido verificadas e publicadas na cadeia, para que qualquer usuário ou parte interessada da rede possa avaliá-las.

Através do DAS, os desenvolvedores de Ethereum têm confiança em aumentar a quantidade e o volume de blobs publicados no Ethereum sem aumentar a carga computacional dos nós. Além disso, os desenvolvedores também planejam, nas futuras atualizações, reduzir ainda mais a carga computacional dos nós implementando sugestões como a expiração histórica. Nas palavras do pesquisador de Ethereum, Dankrad Feist, com o tempo, o Ethereum se tornará como "um painel de avisos público em vez de um sistema de arquivamento", transferindo a responsabilidade de manter cópias completas do histórico de transações para as partes interessadas da rede que frequentemente utilizam esses dados, como Layer 2 rollup e empresas de infraestrutura blockchain como Infura, Alchemy e Blockdaemon. Embora o EIP-4844 tenha introduzido blobs, este é um exemplo inicial que ilustra como todas as transações um dia poderão se tornar armazenamento de blobs no Ethereum.

apagar código

A técnica de codificação de apagamento melhorou a capacidade de amostragem de dados. Se um ordenador malicioso retiver um pequeno número de blocos de dados, em qualquer lugar entre 1% e 49% dos dados blob, a amostragem de transações pode, de forma probabilística, levar a que certas amostras provem desde o início serem corretas, em vez de erradas. A codificação de apagamento assegura que se pelo menos metade dos blobs forem verificados, o restante dos blobs pode ser reconstruído. Esta técnica só é válida quando os dados são representados como polinómios, ou seja, expressões com mais de dois termos algébricos. A forma mais comum de codificação de apagamento depende do código Reed-Solomon(RS), que é uma fórmula matemática avançada capaz de resolver dados em falta com base em fragmentos de dados conhecidos suficientes. Intuitivamente, confiar apenas na amostragem pode não garantir eficazmente a disponibilidade de grandes volumes de dados, especialmente na suposição de que um ordenator malicioso reteve um único dado de um blob. A codificação de apagamento introduz redundância de dados nos blobs, de modo que um ordenator malicioso precisaria reter uma parte significativa dos dados blob para conseguir reter qualquer quantidade de dados.

A combinação de DAS e codificação de apagamento é a base da tecnologia de danksharding completa. Essas tecnologias também são a base de alguns níveis de DA, como Polygon Avail e Celestia. De muitas maneiras, a visão de suportar computação em blockchain modular está sendo testada em pequena escala por meio de outros projetos de blockchain, e será testada em grande escala na Ethereum, em parte através do proto-danksharding, e testada seriamente através do danksharding completo.

Compromisso KZG

Antes que DAS e codificação de apagamento possam ser implementados no Ethereum, o danksharding completo precisa implementar o esquema de compromisso KZG. O compromisso KZG de Kate Zaverucha Goldberg( é um sistema de prova de conhecimento zero) ZK( que permite a avaliação de polinômios sem revelar o polinômio completo. Objetos de dados grandes, como blobs, podem ser manipulados e provados de forma eficiente por computadores se forem primeiramente representados como polinômios. O EIP-4844 é importante porque introduz o compromisso KZG como parte do processo de validação e geração de provas para blobs. Para rollups de Layer 2 que dependem de provas ZK, o compromisso KZG pode representar o cálculo das transações e o estado do protocolo de rollup. No contexto do EIP-4844, o compromisso KZG pode verificar as propriedades dos blobs sem precisar ler todo o conteúdo das transações do blob.

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Cerimônia KZG

O esquema de compromisso KZG para validar blobs depende de valores secretos gerados uma única vez através de uma configuração confiável. Alguns protocolos criptográficos, como Zcash, Tornado Cash e Filecoin, dependem de configurações confiáveis para gerar um valor secreto de forma segura, usado em cálculos em cadeia repetidos. A cerimônia de configuração confiável do EIP-4844 começou em janeiro de 2023. Recebeu quase 100.000 contribuições da comunidade Ethereum. Como contexto, a cerimônia de configuração confiável é um processo único que gera um bloco de dados a partir das contribuições de mais de uma parte para um protocolo criptográfico. O objetivo de combinar a entropia de várias contribuições na cerimônia de configuração confiável é gerar um valor secreto que seja quase impossível de regenerar ou adivinhar. É crucial que o que é gerado a partir da cerimônia de configuração confiável seja o mais.