Olá neste artigo vamos falar sobre Escalabilidade com Ethereum, uma renovada Ethereum que será sustentável, escalável e segura é a solução para as limitações da rede atual e o caminho para um mundo melhor.
Limitações da Rede Ethereum Atualmente
Por mais incrível que seja, a blockchain da Ethereum tem, ao longo do tempo, mostrado que alguns ajustes precisam ser feitos para que se torne uma plataforma ainda mais acessível a todos. Atualmente, como o preço da moeda já está beirando os $4000,00, a taxa envolvida para transacionar na blockchain do Ethereum está muito alta para o público comum que não comprou ETH em seus primórdios e o poder computacional exigido para se tornar um minerador ou validador é muito além da realidade do poder computacional de um cidadão comum.
Além desses dois problemas, o alto poder computacional requerido exige muito do meio ambiente, e isto deve ser solucionado, principalmente na crise mundial energética a qual estamos enfrentando.
Como solução, o time de desenvolvedores do Ethereum, juntamente com a comunidade ativa da rede, têm estado em um debate que já dura anos a fim de decidir quais são as melhores soluções para estes problemas a fim de tornar, de forma sustentável, o Ethereum acessível universalmente.
Ao conjunto de soluções que estão já em fase de desenvolvimento, teste e implementação, damos o nome de Ethereum 2.0.
Um Novo Futuro com o Ethereum 2.0
A Ethereum 2.0 será uma nova camada da Ethereum, construída acima da camada existente. Existem três objetivos a serem alcançados com a implementação da nova camada: escalabilidade, segurança e sustentabilidade.
Soluções que Virão com a Ethereum 2.0
O time do Ethereum, os ávidos participantes da comunidade dessa blockchain e todos aqueles que acreditam no potencial da descentralização e consenso advindos por meio da tecnologia da blockchain tem esperança de um dia ver esta tecnologia acessível para todas as pessoas no mundo, a fim de não só a usarem, mas participarem no funcionamento dela.
Atualmente, isso ainda não é possível. O problema principal é o preço a ser pago para fazer parte da Ethereum. O custo das taxas para executar uma transação na rede tem sido muito grande devido ao congestionamento da rede ocasionado pelo interesse dos novos usuários do sistema blockchain.
Mais pessoas causam uma competição maior para que sua transação seja validada pelos mineradores e validadores, o que, consequentemente, gera uma taxa maior na hora da transação. E o problema só piora devido ao número de transações que podem acontecer na rede em um segundo, que atualmente é de 15 transações. Além disso, o hardware necessário para participar no processo de mineração exige um espaço de no mínimo 400GB, que cresce cerca de 1GB – a cada dia.
A solução encontrada para resolver estes problemas relacionados ao custo alto de se usar a rede é a substituição do algoritmo PoW (proof of work) pelo algoritmo PoS (proof of stake) no processo de validação das transações. Invés de requerer que um validador tenha um poder computacional cada vez maior para conseguir aguentar a blockchain, será requerido uma quantidade de depósito inicial de 32 ETH para que alguém tenha a possibilidade de ser um validador no qual os poderes computacionais exigidos serão reduzidos drasticamente.
O ETH em stake (depositado) não poderá ser sacado a qualquer momento, mas depois de um período de tempo determinado depois do depósito – e enquanto isso, o validador estará recebendo mais ETH como recompensa de validar transações, deixando a rede mais segura. Essa mudança de algoritmo só ocorrerá se outras atualizações forem feitas na infraestrutura do Ethereum.
Vamos aprender um pouco sobre cada uma delas e como elas em conjunto alterarão a infraestrutura da Ethereum que conhecemos hoje.
Uma Nova Corrente Principal: The Beacon Chain
Como dito, o processo para tornar o Ethereum disponível a todos exige uma mudança no algoritmo de validação das transações. Tal mudança exige uma mudança muito grande no ecossistema, tão grande que até a própria corrente principal de blocos terá que migrar para uma nova corrente. Esta nova corrente é a Beacon Chain. Ele é a corrente principal do Ethereum 2.0, assim como a mainnet é a corrente de blocos do Ethereum atual. Na verdade, a Beacon Chain já é uma realidade.
Ela já foi construída e está disponível desde o dia 1 de Dezembro de 2020. Nesta nova corrente de blocos, um bloco é adicionado à corrente de blocos a cada 12 segundos. A este bloco, o nome de slot é dado e ao conjunto de 32 slots é dado o nome de epoch. Cada slot receberá um validador que será selecionado de forma pseudo aleatória, a fim de promover mais segurança por ter mais participação de diferentes validadores, distribuindo o sistema de validação dos blocos.
Dessa forma, caso algum indivíduo ou time malicioso queira intervir nas decisões sobre os slots adicionados à rede, eles terão que ter no mínimo 51% de todo o ETH em stake (depositado) no sistema – o que é muito, muito dinheiro. Além disso, mais abaixo explicaremos o processo de sharding, que torna um ataque como esse matematicamente quase improvável.
No entanto, neste exato momento, a Beacon Chain está funcionando paralelamente à mainnet – que é a principal corrente de blocos da Ethereum. Você pode conferir o site https://beaconscan.com/ para ver quais foram os epochs já criados e os slots dentro de cada epoch – além de quem validou cada slot.
A fase “Merge”
A pergunta que fica no ar é: quando então a Beacon Chain se unirá com a mainnet do Ethereum? Como especificado no site oficial da Ethereum, este merge – que significa fusão – acontecerá no primeiro ou segundo trimestre do ano de 2022. Há um grande otimismo em relação a essa fusão. Depois disso, não haverá mais o uso do algoritmo PoW (proof of work). Isto significa que o propósito de ser sustentável está perto de ser alcançado, pois não será mais necessário utilizar muita energia por não ser exigido um hardware super potente – como placas de vídeos de última geração, HDs, SSDs gigantescos.
Isso é bom para o planeta e torna mais possível alguém ser um validador usando qualquer dispositivo. Na verdade, a meta da comunidade é que em um futuro não distante, qualquer pessoa consiga ser um validador usando um smartphone simples, tornando a rede acessível e muito mais segura. Os antigos mineradores que usavam o algoritmo PoW poderão usar seus ETH ganhados no processo de mineração na mainnet como stake a fim de também serem validadores na Beacon Chain a fim de continuar ganhando recompensas.
A fusão ocorrerá, mas ainda está em processo, pois tudo o que está na mainnet será transferido, sem perda de dados, para a Beacon Chain: contratos inteligentes, histórico de transações, contas e seu balanço, etc. Essa característica dá a Ethereum 2.0 o nome de Layer 2, ou seja, camada 2. Será uma nova blockchain construída em cima da blockchain antiga – a camada 1 da rede do Ethereum.
Até aqui aprendemos como a fusão da nova corrente de blocos – Beacon Chain – trará sustentabilidade à rede por meio de um novo algoritmo que não exige poder computacional para a blockchain funcionar. Por outro lado, introduziremos o conceito de sharding a fim de explicar como o Ethereum resolverá o problema de taxas de transação (gas cost) muito altos por meio de diminuir o congestionamento da rede.
Expansão por meio do Sharding
Supondo que você tenha um supermercado na sua cidade com 10 caixas disponíveis. No início, poucas pessoas compram lá e cada caixa consegue suportar com tranquilidade a quantidade de compras sendo feitas ao longo do dia enquanto o fluxo está baixo. Agora, imagine que o mercado comece a atrair o público de toda a cidade! Várias pessoas comprarão e ficarão na fila dos caixas para que sejam atendidas e possam processar o pagamento a fim de levar as compras para casa.
E imagine então que os atendentes no caixa deem prioridade àquelas pessoas que dão uma gorjeta a eles e quanto maior a gorjeta, mais rápido o cliente virá para o início da fila. É exatamente assim que Ethereum funciona atualmente! A quantidade enorme de demanda por transações faz com que a “gorjeta” tenha que ser maior para que sua transação seja feita, tornando-a inviável em alguns casos, pois imagine ter que pagar R$50 reais como gorjeta para comprar uma caixa de leite de R$4 reais. Não faz sentido! O que você faria como dono do mercado?
- Aumentaria a eficácia dos 10 atendentes a fim de ajudá-los a processar as compras de forma mais rápida, reduzindo o fluxo.
- Aumentaria a quantidade de atendentes a fim reduzir o fluxo em cada caixa.
A opção escolhida pela comunidade e time do Ethereum foi a opção 2. Promover a participação de mais validadores na rede é um dos propósitos do Ethereum – tornar possível com que qualquer pessoa seja um validador e contribua para a rede independentemente do lugar, seja num smartphone, notebook ou computador.
Source: ethos.dev/beacon-chain
As duas opções dadas a fim de resolver o problema do mercado são dois conceitos da Ciência da Computação que abordam o problema da escalabilidade. Tornar os nós mais potentes a fim de executar transações mais rápidas é uma escalabilidade vertical, enquanto que distribuir o trabalho entre mais nós é a escalabilidade horizontal.
A escalabilidade horizontal permitirá que um maior número de transações seja feito, alterando a quantidade de transações que podem ser feitas em um segundo. Atualmente o máximo de transações por segundo é de 15. Na fase do sharding, este número será na casa dos milhares, provavelmente entre 2 mil a 4 mil transações por segundo.
Com o sharding integrado ao modelo de PoS da Beacon Chain, o Ethereum funcionará, de forma simplificada, da seguinte forma: Imagine que tenhamos 10000 validadores na rede e que em determinado momento 100 blocos precisam ser validados. Um computador comum não é capaz de validar todos eles em um período curto de tempo. Logo, uma quantidade de 100 validadores – por exemplo – será selecionada aleatoriamente a fim de validar o primeiro bloco, 100 outros para validar o segundo, e assim por diante.
Um grupo de validadores designado para validar um bloco é chamado de comitê. Cada membro do comitê que valida um determinado bloco publicará uma assinatura criptografada atestando que aquelas transações são honestas. Logo, os outros nós não incluídos no comitê do bloco 1, por exemplo, apenas validarão a assinatura, invés de validar o bloco inteiro.
E caso algum validador seja malicioso e valide algo que está incorreto, a quantidade de ETH do validador será diminuída em seu stake e este será banido do processo de validação. Esse processo de descontar ETH de uma determinada conta devido a um comportamento malicioso na rede é chamado de slashing. E para tornar o processo ainda mais seguro, os validadores serão embaralhados não só em relação a qual bloco validarão, mas também em relação ao shard na qual validarão os blocos.
Slashing
Mecanismo de punição para os validadores maliciosos na Ethereum 2.0. Qualquer indivíduo que tenha ETH em stake e seja um validador perde ETH e é banido da condição de validador caso proponha um bloco com transações falsas. Este indivíduo pode ser identificado por outros validadores ao checarem as transações aprovadas.
Sharding
Processo de criação de várias correntes de blocos paralelas à corrente de bloco principal da Ethereum 2.0. Shards são estas correntes paralelas. O projeto para a Ethereum 2.0 é que haja 64 shards. Logo, ao invés de um indivíduo baixar toda a blockchain da Ethereum, ele pode ser um validador ao baixar apenas um “shard” da rede, recebendo todas as informações incluídas naquele shard. Esse processo de criação de várias correntes de blocos paralelas tem por objetivo diminuir os requisitos de hardware para alguém participar na blockchain da Ethereum, além de possibilitar maior quantidade de transações na rede em um segundo, devido à diminuição do congestionamento em uma única corrente de blocos.
Sharding provavelmente ocorrerá no ano de 2023 e será a última fase para que a Ethereum 2.0 funcione como planejada.
Enquanto o merge e o sharding, à medida que há várias pessoas trabalhando duro para que essas mudanças aconteçam, a comunidade tem estado ativa propondo EIPs. EIPs (Ethereum Improvement Proposals) são propostas que podem ser enviadas por qualquer pessoa a fim de propor alguma reforma na rede.
Você pode criar sua EIP caso tenha alguma ideia que seja útil à rede. Um exemplo de EIP é a EIP 137 que torna possível a substituição de um endereço hexadecimal como representação de uma conta por um domínio mais entendível aos humanos. Por exemplo, invés de transacionar usando o endereço “0x…” para enviar ETH a João Barros, é possível usar essa melhora proposta a fim de enviar ETH usando o domínio Ethereum: “joaobarros.eth”.
Aqui o link para uma lista completa de todas as EIPs propostas até agora: https://github.com/ethereum/EIPs/tree/master/EIPS.
Recapitulando tudo o que vimos até agora: a Beacon Chain traz o uso do algoritmo proof of stake, em substituição ao proof of work e será a nova corrente de blocos principal, sendo que a mainnet se tornará apenas uma shard. 64 shards formarão o que chamados de Ethereum atualmente, trazendo muito mais velocidade para que transações sejam feitas, diminuição de poder computacional exigido para que pessoas sejam mineradores e, consequemente, um ambiente que funciona de forma sustentável.
A primeira fase já foi feita, que é a criação da Beacon Chain e a próxima será a fusão da Beacon Chain com a mainnet, e, posteriormente, a implementação da fase sharding.
Possibilidades com a Ethereum 2.0
“Um futuro digital numa escala global”, é assim que a visão do Ethereum está resumida oficialmente. Por meio das atualizações que acontecem de forma gradual, uma fase por vez, o Ethereum está se fortalecendo com uma rede peculiar usando-se do modelo blockchain. A forte comunidade ativa faz com que o crescimento da rede seja muito mais rápido, inteligente, colaborativo, distribuído e justo.
O objetivo é que esta blockchain se torne acessível a qualquer pessoa de qualquer lugar de forma a descentralizar qualquer tipo de serviço, processo e produtos a fim de promover um mundo com menos injustiça, exploração e desigualdade. Fica claro, portanto, que aprender sobre essa tecnologia e estar por dentro do que acontece na rede é sumamente importante.
Estamos aqui participando dessa trajetória ao divulgar mais conhecimento sobre a rede e as possíveis consequências dela no nosso desenvolvimento como pessoas e país. Fique à vontade para continuar explorando o resto do material que temos no blog falando sobre o funcionamento da Ethereum e também, caso tenha interesse, há também alguns cursos focados em conhecimento ou formação como profissional de tecnologia blockchain. Um mundo de possibilidades já se abriu. E você, vai participar?
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Se você se interessou mais sobre o assunto veja mais sobre introdução ao bitcoin e blockchain.
