blockchain modular: soluções plugáveis quebram os gargalos de desempenho do Blockchain
A blockchain monolítica é conhecida por sua abrangência, assumindo de forma independente todos os aspectos da rede, desde o armazenamento de dados até a validação de transações. Por outro lado, o blockchain modular, ao separar as diferentes funcionalidades do blockchain em módulos independentes, pode fornecer suporte de desempenho e uma experiência de usuário fluida em funcionalidades específicas, resolvendo, até certo ponto, o problema do "triângulo impossível".
O Ethereum, como a primeira plataforma de blockchain a suportar contratos inteligentes, fornece a base para o design modular. Com o desenvolvimento da tecnologia blockchain, o ecossistema Bitcoin também começou a explorar a possibilidade de modularidade, adicionando novos módulos para alcançar funcionalidades mais avançadas, como proteção de privacidade aprimorada, processamento de transações mais eficiente ou funcionalidades de contratos inteligentes melhoradas.
A tecnologia modular representa uma abordagem de produto "mais flexível" e plugável, no futuro surgirão soluções de Blockchain mais flexíveis e personalizáveis, onde vários serviços e funcionalidades podem ser facilmente inseridos e removidos como peças de Lego. Essa flexibilidade permite que os desenvolvedores construam e implementem rapidamente soluções de Blockchain com base nas necessidades de cenários de aplicação específicos.
blockchain modular de estrutura e vantagens
Quando discutimos blockchain modular, devemos primeiro entender o conceito de blockchain monolítico. Cad chains, como Bitcoin, Ethereum, etc., são conhecidos por sua abrangência, assumindo de forma independente todos os aspectos da rede, desde o armazenamento de dados até a validação de transações, passando pela execução de contratos inteligentes. Nesse processo, a cadeia monolítica desempenha um papel multifacetado, envolvendo-se em todos os aspectos.
Tomando como exemplo o Ethereum, uma blockchain monolítica madura pode ser grosso modo dividida em quatro arquiteturas:
Camada de execução
Camada de liquidação
Camada de disponibilidade de dados
Camada de consenso
Através desta analogia, podemos entender mais claramente como as várias arquiteturas do Blockchain trabalham em conjunto. O Blockchain monolítico concentra todas as funções na mesma cadeia, enquanto o blockchain modular é um novo tipo de arquitetura de blockchain que decompõe o sistema de blockchain em vários componentes ou camadas especializadas, cada um responsável por lidar com tarefas específicas, como consenso, disponibilidade de dados, execução e liquidação.
blockchain modular como um grupo de especialistas, focados na exploração profunda e inovação técnica em seus respectivos campos. Esse foco permite que o blockchain modular ofereça desempenho e experiência do usuário excepcionais em funções específicas, por exemplo, eles podem fornecer velocidades de processamento de transação mais rápidas a um custo menor.
Em termos de arquitetura de nós, a cadeia monolítica depende de nós completos, que devem baixar e processar a cópia completa dos dados da Blockchain. Isso não apenas impõe requisitos elevados em termos de recursos de armazenamento e computação, mas também limita a velocidade de expansão da rede. Em contraste, a blockchain modular adota um design de nós leves, que apenas precisam processar as informações do cabeçalho do bloco, melhorando significativamente a velocidade das transações e a eficiência da rede.
Uma das vantagens notáveis do blockchain modular é a sua flexibilidade e colaboratividade. Eles podem terceirizar funções não essenciais para outros especialistas, formando um efeito de sinergia que resulta em uma melhoria significativa no desempenho global. Esta filosofia de design é semelhante aos blocos de Lego, permitindo que os desenvolvedores combinem livremente diferentes módulos de acordo com as necessidades do projeto, criando soluções diversificadas.
Apesar de as blockchains monolíticas terem vantagens em termos de controle global, segurança e estabilidade, também enfrentam desafios em escalabilidade, dificuldade de atualização e adaptação a novas necessidades. As blockchains modulares destacam-se pela sua elevada flexibilidade e personalização, simplificando o processo de criação e otimização de novas blockchains.
No entanto, a blockchain modular também enfrenta desafios próprios. Sua arquitetura complexa aumenta a carga de trabalho dos desenvolvedores em termos de design, desenvolvimento e manutenção. Como uma tecnologia emergente, a blockchain modular ainda não passou por testes de segurança abrangentes e pela prova das flutuações de mercado, e sua estabilidade e segurança a longo prazo ainda precisam ser validadas.
blockchain modular e o "triângulo impossível"
Por que a tecnologia blockchain modular está recebendo ampla atenção e é prevista como "tendência futura"? Isso está intimamente relacionado à famosa teoria do "triângulo impossível" no campo da blockchain.
O "triângulo impossível" da blockchain refere-se à dificuldade de uma rede de blockchain em alcançar ao mesmo tempo um estado otimizado nas três propriedades centrais de segurança, descentralização e escalabilidade.
A escalabilidade refere-se à capacidade da rede de processar um grande número de transações e de manter uma operação eficiente e de baixo custo à medida que o número de usuários e transações aumenta. Geralmente é medida através de TPS e latência.
A segurança envolve o custo e a dificuldade de proteger a rede Blockchain contra ataques. Por exemplo, o mecanismo POW do Bitcoin exige que os atacantes controlem mais de 51% da capacidade de computação da rede, enquanto o mecanismo POS do Ethereum requer que mais de ⅓ dos nós conspirem.
A descentralização descreve o funcionamento da rede que não depende de um único nó central, mas é distribuído entre vários nós; quanto mais nós houver e mais ampla for a distribuição geográfica, maior será o grau de descentralização da rede.
"Triângulo Impossível" é um conceito central que indica que é difícil otimizar um sistema de blockchain em relação a essas três características. Por exemplo: entre muitas blockchains públicas, o Bitcoin e o Ethereum se destacam em descentralização e segurança devido à sua ampla distribuição de nós e ao número suficiente de nós.
No entanto, eles sacrificaram certa escalabilidade, resultando em velocidades de transação mais lentas e taxas de transação mais altas: o tempo de criação de blocos do Bitcoin é de cerca de 10 minutos, o TPS do Ethereum é de aproximadamente 13, e durante picos de volume de transação, as taxas de transação do Ethereum podem chegar a centenas de dólares.
É neste contexto que a tecnologia de blockchain modular surge, resolvendo os desafios de escalabilidade e custo de transação das blockchains públicas tradicionais ao distribuir diferentes funcionalidades em módulos especializados. Por exemplo, a Lightning Network do Bitcoin e a tecnologia Rollup do Ethereum são ambas manifestações do pensamento modular.
As vantagens do blockchain modular residem na sua arquitetura em camadas, permitindo que cada camada seja otimizada para necessidades específicas. A camada de dados pode se concentrar no armazenamento e validação de dados, enquanto a camada de execução pode lidar com a lógica dos contratos inteligentes. Essa separação não apenas melhora o desempenho e a eficiência, mas também promove a interoperabilidade entre diferentes blockchains, fornecendo a base para a construção de um ecossistema aberto e interconectado.
Em suma, a tecnologia blockchain modular oferece uma nova maneira de resolver as limitações das blockchains públicas tradicionais. Ela alcança uma maior escalabilidade e custos de transação mais baixos, mantendo a descentralização e a segurança, o que tem um significado profundo para a ampla aplicação e o desenvolvimento a longo prazo da tecnologia Blockchain.
classificação do blockchain modular
A blockchain modular, de acordo com suas características de arquitetura, pode ser dividida em diferentes tipos. Entre esses tipos, a camada de disponibilidade de dados e a camada de consenso, devido à sua estreita interdependência, costumam ser projetadas como um todo unificado. Isso ocorre porque, quando os nós recebem dados de transação, geralmente também determinam a ordem das transações, que é o núcleo da segurança e da imutabilidade da blockchain.
Com base nesses princípios de design, podemos entender os diferentes projetos de blockchain modular a partir de três aspectos: camada de execução, camada de disponibilidade de dados e camada de consenso, e camada de liquidação.
Camada de execução: tecnologia Layer 2
A tecnologia Layer 2, como uma extensão da camada de execução na arquitetura de blockchain, é uma manifestação do conceito de blockchain modular. Ela se dedica a melhorar a escalabilidade da cadeia principal, construindo uma rede, sistema ou tecnologia fora da cadeia, sobre a blockchain subjacente.
As soluções Layer 2 permitem um processamento de transações mais rápido e com maior custo-benefício, ao mesmo tempo que mantém a segurança e a descentralização da blockchain subjacente. De acordo com o painel Dune criado por @0xning, pode-se observar que a proporção de gas consumido por validações e liquidações Layer 2 no ecossistema Ethereum é, em média, inferior a 10%, economizando significativamente os custos de transação dos usuários.
A tecnologia Rollup é atualmente a solução mais popular para Layer 2, cujo conceito central é "execução off-chain, verificação on-chain", realizando o processamento de cálculos e outras tarefas off-chain e, em seguida, enviando os dados calldata de volta para a mainnet.
Execução off-chain:
No modelo Rollup, as transações são executadas fora da cadeia, enquanto a blockchain subjacente é responsável apenas por verificar as provas de transação nos contratos inteligentes e armazenar os dados de transação originais. Este design alivia significativamente a carga computacional da cadeia principal, reduzindo a necessidade de armazenamento, permitindo assim um processamento de transações mais eficiente.
Para reduzir ainda mais os custos, o Rollup adotou a tecnologia de empacotamento de transações. Pode-se compará-lo à consolidação de carga na logística, onde enviar cada item individualmente gera altas taxas de frete. A tecnologia Rollup, ao empacotar várias transações juntas, requer apenas um "transporte", reduzindo significativamente o custo de cada transação.
Verificação em cadeia:
A verificação on-chain é a chave para a segurança das redes Layer 2. As redes Layer 2 devem fornecer provas criptográficas para resolver potenciais divergências na blockchain subjacente. Atualmente, os dois mecanismos de prova mais populares são a prova de erro e a prova de validade, que suportam respetivamente os Optimistic Rollups e os ZK Rollups.
Prova de erro dos Optimistic Rollups:
As Rollups otimistas adotam uma suposição otimista, onde todas as transações são consideradas válidas, a menos que haja evidências claras de que há um erro. Este modelo depende da prova de erro durante o período de contestação ( e da prova de fraude ), onde qualquer participante da rede pode apresentar provas para contestar o estado do contrato inteligente, garantindo a justiça e a transparência da rede.
De acordo com os dados da L2BEAT, atualmente existem 16 Layer 2 que utilizam o mecanismo Optimistic Rollups, como: Arbitrum, OP, Base, Blast, entre outros.
Prova de validade dos ZK Rollups:
Ao contrário dos Optimistic Rollups, os ZK Rollups adotam uma abordagem mais cautelosa, exigindo que todas as transações passem por uma prova de validade antes de serem aceites. Este mecanismo de prova é semelhante a um processo de verificação, garantindo que cada transação e cálculo na rede Layer 2 sejam precisos.
Em resumo, a prova de validade é a pedra angular dos ZK-Rollups, exigindo que cada lote de transações venha acompanhado da respectiva prova, garantindo que os contratos inteligentes na blockchain subjacente possam validar e aprovar as alterações de estado. Para os nós de validação, os ZK Rollups oferecem um mecanismo de liquidação sem erros, já que cada transação deve passar por uma verificação rigorosa de validade.
De acordo com os dados da L2BEAT, atualmente existem 11 Layer 2 que utilizam o mecanismo ZK Rollups, como: Linea, Starknet, zkSync, entre outros.
Camada de disponibilidade de dados e camada de consenso
Celestia
Celestia, como pioneira no campo das blockchains modulares, é essencialmente uma camada de disponibilidade de dados que fornece uma base sólida para o desenvolvimento de dApps e Rollups. Ao implantar sobre a camada de disponibilidade de dados e a camada de consenso da Celestia, os desenvolvedores de aplicativos podem se concentrar na otimização da lógica de execução, enquanto a complexidade da disponibilidade de dados e do mecanismo de consenso é deixada para a Celestia.
O design da arquitetura da Celestia oferece soluções diversificadas para a expansão modular, e sua arquitetura consiste principalmente em três tipos:
Rollup soberano: Celestia fornece uma camada de disponibilidade de dados e uma camada de consenso, enquanto a camada de liquidação e a camada de execução são implementadas de forma independente por suas respectivas cadeias soberanas.
Liquidação Rollup( por exemplo o projeto Cevmos): na camada de DA e consenso fornecida pela Celestia, o Cevmos oferece serviços de camada de liquidação, enquanto a cadeia de aplicativos assume o papel da camada de execução.
Celestium: A camada de disponibilidade de dados é responsabilidade da Celestia, a camada de consenso e a camada de liquidação dependem da poderosa rede do Ethereum, enquanto a cadeia de aplicações continua a focar na camada de execução.
Como a blockchain modular pode superar os gargalos de desempenho: Análise de soluções plugáveis.
blockchain modular: soluções plugáveis quebram os gargalos de desempenho do Blockchain
A blockchain monolítica é conhecida por sua abrangência, assumindo de forma independente todos os aspectos da rede, desde o armazenamento de dados até a validação de transações. Por outro lado, o blockchain modular, ao separar as diferentes funcionalidades do blockchain em módulos independentes, pode fornecer suporte de desempenho e uma experiência de usuário fluida em funcionalidades específicas, resolvendo, até certo ponto, o problema do "triângulo impossível".
O Ethereum, como a primeira plataforma de blockchain a suportar contratos inteligentes, fornece a base para o design modular. Com o desenvolvimento da tecnologia blockchain, o ecossistema Bitcoin também começou a explorar a possibilidade de modularidade, adicionando novos módulos para alcançar funcionalidades mais avançadas, como proteção de privacidade aprimorada, processamento de transações mais eficiente ou funcionalidades de contratos inteligentes melhoradas.
A tecnologia modular representa uma abordagem de produto "mais flexível" e plugável, no futuro surgirão soluções de Blockchain mais flexíveis e personalizáveis, onde vários serviços e funcionalidades podem ser facilmente inseridos e removidos como peças de Lego. Essa flexibilidade permite que os desenvolvedores construam e implementem rapidamente soluções de Blockchain com base nas necessidades de cenários de aplicação específicos.
blockchain modular de estrutura e vantagens
Quando discutimos blockchain modular, devemos primeiro entender o conceito de blockchain monolítico. Cad chains, como Bitcoin, Ethereum, etc., são conhecidos por sua abrangência, assumindo de forma independente todos os aspectos da rede, desde o armazenamento de dados até a validação de transações, passando pela execução de contratos inteligentes. Nesse processo, a cadeia monolítica desempenha um papel multifacetado, envolvendo-se em todos os aspectos.
Tomando como exemplo o Ethereum, uma blockchain monolítica madura pode ser grosso modo dividida em quatro arquiteturas:
Através desta analogia, podemos entender mais claramente como as várias arquiteturas do Blockchain trabalham em conjunto. O Blockchain monolítico concentra todas as funções na mesma cadeia, enquanto o blockchain modular é um novo tipo de arquitetura de blockchain que decompõe o sistema de blockchain em vários componentes ou camadas especializadas, cada um responsável por lidar com tarefas específicas, como consenso, disponibilidade de dados, execução e liquidação.
blockchain modular como um grupo de especialistas, focados na exploração profunda e inovação técnica em seus respectivos campos. Esse foco permite que o blockchain modular ofereça desempenho e experiência do usuário excepcionais em funções específicas, por exemplo, eles podem fornecer velocidades de processamento de transação mais rápidas a um custo menor.
Em termos de arquitetura de nós, a cadeia monolítica depende de nós completos, que devem baixar e processar a cópia completa dos dados da Blockchain. Isso não apenas impõe requisitos elevados em termos de recursos de armazenamento e computação, mas também limita a velocidade de expansão da rede. Em contraste, a blockchain modular adota um design de nós leves, que apenas precisam processar as informações do cabeçalho do bloco, melhorando significativamente a velocidade das transações e a eficiência da rede.
Uma das vantagens notáveis do blockchain modular é a sua flexibilidade e colaboratividade. Eles podem terceirizar funções não essenciais para outros especialistas, formando um efeito de sinergia que resulta em uma melhoria significativa no desempenho global. Esta filosofia de design é semelhante aos blocos de Lego, permitindo que os desenvolvedores combinem livremente diferentes módulos de acordo com as necessidades do projeto, criando soluções diversificadas.
Apesar de as blockchains monolíticas terem vantagens em termos de controle global, segurança e estabilidade, também enfrentam desafios em escalabilidade, dificuldade de atualização e adaptação a novas necessidades. As blockchains modulares destacam-se pela sua elevada flexibilidade e personalização, simplificando o processo de criação e otimização de novas blockchains.
No entanto, a blockchain modular também enfrenta desafios próprios. Sua arquitetura complexa aumenta a carga de trabalho dos desenvolvedores em termos de design, desenvolvimento e manutenção. Como uma tecnologia emergente, a blockchain modular ainda não passou por testes de segurança abrangentes e pela prova das flutuações de mercado, e sua estabilidade e segurança a longo prazo ainda precisam ser validadas.
blockchain modular e o "triângulo impossível"
Por que a tecnologia blockchain modular está recebendo ampla atenção e é prevista como "tendência futura"? Isso está intimamente relacionado à famosa teoria do "triângulo impossível" no campo da blockchain.
O "triângulo impossível" da blockchain refere-se à dificuldade de uma rede de blockchain em alcançar ao mesmo tempo um estado otimizado nas três propriedades centrais de segurança, descentralização e escalabilidade.
"Triângulo Impossível" é um conceito central que indica que é difícil otimizar um sistema de blockchain em relação a essas três características. Por exemplo: entre muitas blockchains públicas, o Bitcoin e o Ethereum se destacam em descentralização e segurança devido à sua ampla distribuição de nós e ao número suficiente de nós.
No entanto, eles sacrificaram certa escalabilidade, resultando em velocidades de transação mais lentas e taxas de transação mais altas: o tempo de criação de blocos do Bitcoin é de cerca de 10 minutos, o TPS do Ethereum é de aproximadamente 13, e durante picos de volume de transação, as taxas de transação do Ethereum podem chegar a centenas de dólares.
É neste contexto que a tecnologia de blockchain modular surge, resolvendo os desafios de escalabilidade e custo de transação das blockchains públicas tradicionais ao distribuir diferentes funcionalidades em módulos especializados. Por exemplo, a Lightning Network do Bitcoin e a tecnologia Rollup do Ethereum são ambas manifestações do pensamento modular.
As vantagens do blockchain modular residem na sua arquitetura em camadas, permitindo que cada camada seja otimizada para necessidades específicas. A camada de dados pode se concentrar no armazenamento e validação de dados, enquanto a camada de execução pode lidar com a lógica dos contratos inteligentes. Essa separação não apenas melhora o desempenho e a eficiência, mas também promove a interoperabilidade entre diferentes blockchains, fornecendo a base para a construção de um ecossistema aberto e interconectado.
Em suma, a tecnologia blockchain modular oferece uma nova maneira de resolver as limitações das blockchains públicas tradicionais. Ela alcança uma maior escalabilidade e custos de transação mais baixos, mantendo a descentralização e a segurança, o que tem um significado profundo para a ampla aplicação e o desenvolvimento a longo prazo da tecnologia Blockchain.
classificação do blockchain modular
A blockchain modular, de acordo com suas características de arquitetura, pode ser dividida em diferentes tipos. Entre esses tipos, a camada de disponibilidade de dados e a camada de consenso, devido à sua estreita interdependência, costumam ser projetadas como um todo unificado. Isso ocorre porque, quando os nós recebem dados de transação, geralmente também determinam a ordem das transações, que é o núcleo da segurança e da imutabilidade da blockchain.
Com base nesses princípios de design, podemos entender os diferentes projetos de blockchain modular a partir de três aspectos: camada de execução, camada de disponibilidade de dados e camada de consenso, e camada de liquidação.
Camada de execução: tecnologia Layer 2
A tecnologia Layer 2, como uma extensão da camada de execução na arquitetura de blockchain, é uma manifestação do conceito de blockchain modular. Ela se dedica a melhorar a escalabilidade da cadeia principal, construindo uma rede, sistema ou tecnologia fora da cadeia, sobre a blockchain subjacente.
As soluções Layer 2 permitem um processamento de transações mais rápido e com maior custo-benefício, ao mesmo tempo que mantém a segurança e a descentralização da blockchain subjacente. De acordo com o painel Dune criado por @0xning, pode-se observar que a proporção de gas consumido por validações e liquidações Layer 2 no ecossistema Ethereum é, em média, inferior a 10%, economizando significativamente os custos de transação dos usuários.
A tecnologia Rollup é atualmente a solução mais popular para Layer 2, cujo conceito central é "execução off-chain, verificação on-chain", realizando o processamento de cálculos e outras tarefas off-chain e, em seguida, enviando os dados calldata de volta para a mainnet.
Execução off-chain:
No modelo Rollup, as transações são executadas fora da cadeia, enquanto a blockchain subjacente é responsável apenas por verificar as provas de transação nos contratos inteligentes e armazenar os dados de transação originais. Este design alivia significativamente a carga computacional da cadeia principal, reduzindo a necessidade de armazenamento, permitindo assim um processamento de transações mais eficiente.
Para reduzir ainda mais os custos, o Rollup adotou a tecnologia de empacotamento de transações. Pode-se compará-lo à consolidação de carga na logística, onde enviar cada item individualmente gera altas taxas de frete. A tecnologia Rollup, ao empacotar várias transações juntas, requer apenas um "transporte", reduzindo significativamente o custo de cada transação.
Verificação em cadeia:
A verificação on-chain é a chave para a segurança das redes Layer 2. As redes Layer 2 devem fornecer provas criptográficas para resolver potenciais divergências na blockchain subjacente. Atualmente, os dois mecanismos de prova mais populares são a prova de erro e a prova de validade, que suportam respetivamente os Optimistic Rollups e os ZK Rollups.
Prova de erro dos Optimistic Rollups:
As Rollups otimistas adotam uma suposição otimista, onde todas as transações são consideradas válidas, a menos que haja evidências claras de que há um erro. Este modelo depende da prova de erro durante o período de contestação ( e da prova de fraude ), onde qualquer participante da rede pode apresentar provas para contestar o estado do contrato inteligente, garantindo a justiça e a transparência da rede.
De acordo com os dados da L2BEAT, atualmente existem 16 Layer 2 que utilizam o mecanismo Optimistic Rollups, como: Arbitrum, OP, Base, Blast, entre outros.
Prova de validade dos ZK Rollups:
Ao contrário dos Optimistic Rollups, os ZK Rollups adotam uma abordagem mais cautelosa, exigindo que todas as transações passem por uma prova de validade antes de serem aceites. Este mecanismo de prova é semelhante a um processo de verificação, garantindo que cada transação e cálculo na rede Layer 2 sejam precisos.
Em resumo, a prova de validade é a pedra angular dos ZK-Rollups, exigindo que cada lote de transações venha acompanhado da respectiva prova, garantindo que os contratos inteligentes na blockchain subjacente possam validar e aprovar as alterações de estado. Para os nós de validação, os ZK Rollups oferecem um mecanismo de liquidação sem erros, já que cada transação deve passar por uma verificação rigorosa de validade.
De acordo com os dados da L2BEAT, atualmente existem 11 Layer 2 que utilizam o mecanismo ZK Rollups, como: Linea, Starknet, zkSync, entre outros.
Camada de disponibilidade de dados e camada de consenso
Celestia
Celestia, como pioneira no campo das blockchains modulares, é essencialmente uma camada de disponibilidade de dados que fornece uma base sólida para o desenvolvimento de dApps e Rollups. Ao implantar sobre a camada de disponibilidade de dados e a camada de consenso da Celestia, os desenvolvedores de aplicativos podem se concentrar na otimização da lógica de execução, enquanto a complexidade da disponibilidade de dados e do mecanismo de consenso é deixada para a Celestia.
O design da arquitetura da Celestia oferece soluções diversificadas para a expansão modular, e sua arquitetura consiste principalmente em três tipos:
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