Em breve, precisamos perceber que estamos executando um mundo financeiro legado e que precisamos construir uma infraestrutura digital mais confiável. Na verdade, não é apenas o setor financeiro que precisamos transformar, mas sim todas as áreas que precisam de altos níveis de confiança, segurança e distribuição. Para isso, podemos ter métodos de blockchain de Layer 1, como Ethereum, mas ele mostrou um problema de escalabilidade, onde o livro-razão principal e a infraestrutura de computação não conseguem lidar com mais de 15–30 transações por segundo.

Mas, novos métodos estão sendo aplicados para aliviar a carga no Ethereum — mantendo a confiabilidade e a distribuição. Isso inclui implementações de Layer 1 para compartilhamento e uma transição para Proof-of-Stake (PoS). Os avanços mais interessantes, no entanto, estão acontecendo dentro dos métodos de Layer 2 e que se baseiam na rede Ethereum principal (Mainnet).

Layer 2: Canais de estado

Os canais de estado foram inicialmente implementados com a rede Bitcoin Lightning e, desde então, foram dimensionados no Ethereum. Com isso, temos basicamente dois registros no livro-razão da Mainnet, e onde a parte envolvida deve comprometer alguns fundos que podem ou não ser gastos. Por exemplo, digamos que Bob queira criar um canal lateral para pagar seus clientes e comprometerá 10 Eth. Ele então criará um contrato de canal. O Ether comprometido será então bloqueado durante o tempo do canal e não poderá ser gasto. Bob poderia então dar 2 $Eth para Alice e 3 $Eth para Carol. Depois que ele terminar com isso, ele comprometerá a transação finalizada de volta, e onde Bob receberá 5 $Eth de volta, e Alice receberá 2 $Eth e Carol receberá 3 Eth. No final, Bob apenas publica os dados resumidos e pagará apenas taxas de gas para os dois compromissos com o livro-razão. A implementação de canais de estado é oferecida pela Polygon, e que implementa compatibilidade total com EVM e baixas taxas de transação. Um exemplo de aqui é:

pragma solidity ^0.7.0;

contract PaymentChannel {
    address public sender;
    address public receiver;
    uint256 public expiration;
    uint256 public amount;

    constructor(
        address _receiver,
        uint256 _amount,
        uint256 _expiration
    ) payable {
        sender = msg.sender;
        receiver = _receiver;
        amount = _amount;
        expiration = block.timestamp + _expiration;
    }

    function close(uint256 _payment) public {
        require(
            msg.sender == receiver,
            "Only the receiver can close the channel"
        );
        require(
            _payment <= amount,
            "Payment amount exceeds amount in the channel"
        );
        selfdestruct(receiver);
    }

    function extendExpiration(uint256 _expiration) public {
        require(
            msg.sender == sender,
            "Only the sender can extend the expiration"
        );
        require(
            _expiration > expiration,
            "Expiration must be set to a longer time than the current expiration"
        );
        expiration = _expiration;
    }
}

Layer 2: Roll-ups

Um dos melhores mecanismos para escalar o Ethereum é mover as transações off-chain por meio de roll-ups e side chains.

Roll-ups otimistas

Eles processam as transações off-chain e presumem que as transações são válidas (basicamente, uma abordagem de “confiar e verificar”). Eles só consomem recursos de computação na Mainnet quando há uma disputa nas transações. Haverá, portanto, um atraso no “período de contestação” que é necessário antes que as transações sejam realmente confirmadas na Mainnet.

Com Arbitrum, observadores de fraude analisam as transações e, se uma transação fraudulenta for identificada, o observador publicará uma prova de fraude na Mainnet. Na verdade, Arbitrum pode identificar as linhas do código que se relacionam com a análise de fraude e, em seguida, postar isso na Mainnet. A Mainnet pode então julgar a prova de fraude e decidir se deve executar o código necessário. Para Arbitrum, há um período de retirada de sete dias [aqui].

Optimism também usa métodos off-chain com roll-ups otimistas e presume que as transações são válidas. Ele usa observadores (ou verificadores) para determinar se há uma transação fraudulenta e pode enviar uma prova de fraude, e onde a transação pode ser removida. O observador será recompensado por encontrar uma transação fraudulenta. No geral, há um atraso de cerca de sete dias para o desafio, e onde a transação é revertida se for constatado que a prova de fraude está correta [aqui]:

Rollups de conhecimento zero (zk-Rollups)

Eles movem as computações e o armazenamento do estado para off-chain e envolvem uma abordagem sem confiança. Uma vez postado de volta na Mainnet, haverá atualizações mínimas necessárias para a mudança de estado e as provas associadas a isso. Como temos as provas em uma forma compactada, podemos ter uma validação rápida das transações atualizadas, juntamente com o suporte à privacidade das transações. Com isso, em vez de roll-ups otimistas que levam dias para serem confirmados, com zk-Rollups (baseados em zkSnarks), precisamos de apenas cerca de uma hora para verificar as provas. Isso garante que não haja gastos duplos e que todas as transações sejam solventes. Um exemplo é ZKsync [aqui]:

Com zk-Rollups, há provas criptográficas da validade das transações e, em seguida, elas se conectam à Mainnet. Seria, portanto, extremamente difícil realizar uma transação fraudulenta. Com roll-ups otimistas, há uma falta de prova criptográfica, então, antes que haja um compromisso de volta na Mainnet, e, portanto, um atraso para que transações fraudulentas possam ser detectadas.

Side chains

Esta é uma side chain independente e é um blockchain separado que é conectado à Mainnet. Ao contrário dos métodos de roll-up, as transações atualizadas podem então ser ecoadas de volta na Mainnet quando necessário. No geral, eles têm seu próprio blockchain e seus próprios mecanismos de consenso — como Proof of Authority (PoA). Polygon é um exemplo de uma infraestrutura de side-chain. A fraqueza geral dos canais laterais é que eles provavelmente terão um modelo de segurança diferente da rede Ethereum principal [aqui]:

Conclusões

Para mim, Zero Knowledge Proofs em uma cadeia offline é a melhor solução, pois é rápido para verificar as transações na cadeia principal e para manter a privacidade daqueles que transacionam. Também podemos usar a divulgação seletiva dentro de ZKPs, e que poderia ser útil para revelar informações importantes, como se uma pessoa tem o direito de acessar um recurso.

Com roll-ups otimistas, presumimos que as transações são válidas, a menos que seja provado o contrário, e onde precisamos de um período de contestação para que as transações sejam contestadas antes de serem finalizadas. Com zk-Rollups, nossas transações serão válidas, pois há uma prova associada a isso, e onde temos um compromisso rápido com a Mainnet. Infelizmente, zk-Rollups precisam de um forte entendimento de criptografia e blockchain, o que pode retardar os desenvolvimentos.

Obviamente, Ethereum não é o único show na cidade, e Polygon [aqui], Solana [aqui], Cardano [aqui] e Polkadot [aqui] estão fornecendo alternativas que escalam melhor do que Ethereum. Mas, amamos o blockchain que nos trouxe contratos inteligentes e a EVM (Ethereum Virtual Machine), e muitos esperam que ele possa superar seus problemas de escalabilidade e manter os mesmos níveis de distribuição e segurança.

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