Prefácio

A Ethereum opera com base no princípio de que cada nó armazena e executa cada transação submetida pelos utilizadores. Para escalar toda a rede, a Ethereum adotou a solução Rollup. Simplificando, move a maioria do processamento de transações para fora da cadeia (L2), reduzindo assim a carga na mainnet da Ethereum (L1) e baixando as taxas de transação. Rollup = um conjunto de contratos inteligentes em L1 + uma rede de nós em L2, que inclui tanto contratos inteligentes on-chain como agregadores off-chain. Baseia-se na Ethereum para compensação, consenso e disponibilidade de dados, sendo responsável apenas pela execução de transações. Os nós da rede L2 são compostos por várias partes, sendo o mais crítico deles o sequenciador. No entanto, atualmente, os sequenciadores da Rollups enfrentam questões de centralização.

Rollup e Sequencer

O Rollup é uma solução de escalonamento para Ethereum (L1) que executa transações off-chain e as agrupa em blocos. Para cada bloco, o Rollup publica os dados necessários para reconstruir o estado da cadeia (como fonte de disponibilidade de dados) na camada de disponibilidade de dados e publica provas da correção da execução off-chain na camada de liquidação. Existem dois tipos de Rollups: no caso do ZK-rollup, uma prova de conhecimento zero é publicada com cada bloco, enquanto, no caso do Optimistic rollup, uma prova de fraude é publicada apenas quando surge uma disputa. Após o EIP-4844, quando a publicação de dados passa para blobs, esta camada pode ser referida como a "camada de publicação de dados". Os contratos inteligentes do Rollup em L1 verificam as provas publicadas. Cada Rollup tem uma ou mais pontes para permitir a transferência de dados entre cadeias, bem como depósitos e levantamentos.

Na lógica de implementação do Rollup, o sequenciador é um componente chave responsável por receber pedidos de transação no L2, determinar a ordem de execução deles e agrupar as transações em lotes que são eventualmente enviados para o contrato inteligente Rollup no L1. Isso desempenha um papel crucial na melhoria da eficiência de processamento de transações e na redução de custos.

As funcionalidades e os princípios de funcionamento do sequenciador podem ser resumidos em quatro partes principais:

1. Recebimento de transações: O sequenciador recebe solicitações de transações de usuários ou aplicativos. Essas transações são processadas primeiro na L2, em vez de diretamente na mainnet Ethereum.
2. Encomendar Transações: O sequenciador é responsável por encomendar as transações recebidas, determinando a sua sequência de execução. Este processo é semelhante ao que os mineiros de Ethereum fazem antes de agrupar as transações em blocos.
3. Embalagem de Transações: O sequenciador empacota as transações ordenadas em lotes que contêm informações resumidas de várias transações.
4. Submeter para L1: Finalmente, o sequenciador submete os lotes de transações empacotadas à mainnet Ethereum (L1) para liquidação e armazenamento de dados. Isso permite que L1 verifique e armazene as atualizações de estado vindo de L2.

Embora a tecnologia Rollup forneça uma solução eficaz de dimensionamento, ainda existem alguns problemas no design e implementação dos sequenciadores, sendo o principal deles o problema da centralização. A maioria dos projetos Rollup atualmente depende de sequenciadores centralizados, geralmente controlados por uma única entidade ou por algumas entidades, o que apresenta os riscos óbvios de falta de transparência e pontos únicos de falha.

Deixando de lado as explicações rígidas acima, as discussões sobre soluções de sequenciador descentralizado para L2, conforme mencionado nos artigos anteriores da YBB Capital, quer seja a solução L2 da Metis, que abre diretamente o staking dos nós do pool de sequenciadores ao mercado, ou o projeto independente Espresso, a sua essência é a distribuição da "torta de lucro" do sequenciamento e as expectativas futuras de hype de mercado. Portanto, interesse e correção ortodoxa são pontos-chave inevitáveis.

Antecedentes Históricos e Design de Based Rollup

Fonte da imagem: @drakefjustin

O conceito de Rollup foi primeiro proposto pelo fundador da Ethereum, Vitalik Buterin, que inicialmente idealizou alcançar um estado de "Total Anarquia" completamente desimpedido para permitir uma expansão ilimitada de transações. Dadas as questões atuais com os sequenciadores, em 2023, o Pesquisador da Ethereum Justin Drake propôs uma solução chamada Rollups Baseados, onde os sequenciadores são geridos pela própria Ethereum L1. Os detalhes são os seguintes (fonte: ver link de extensão 1):

Definição:

Quando a sequenciação de Rollup é conduzida pela camada base (L1), referimo-nos a ela como sequenciação de Rollup baseada em L1 ou conduzida por L1. Especificamente, um Rollup baseado em L1 significa que o próximo proponente de L1 pode trabalhar sem permissão com pesquisadores e construtores de L1 para incluir o próximo bloco de Rollup no próximo bloco de L1.

Vantagens:

Liveness: O Based Rollup desfruta das mesmas garantias de liveness que o L1. Note que os Rollups não-Based com escape hatches têm liveness reduzida (escape hatches são um mecanismo de segurança nos Rollups que permitem aos utilizadores retirar ativos com segurança do L2 de volta para a cadeia principal L1 em caso de problemas no sistema Rollup. É semelhante a uma saída de emergência).

Garantias de Liquidação Mais Fracas: As transações através de escotilhas de escape devem aguardar um período de espera antes que a liquidação seja garantida.

MEV da Censura: As Rollups com escotilhas de fuga são vulneráveis aos efeitos adversos de MEV da censura do sequenciador a curto prazo durante o período de timeout.

Riscos dos Efeitos de Rede: Saídas em massa desencadeadas por falhas de vivacidade do sequenciador (por exemplo, um ataque de 51% aos mecanismos de sequenciamento PoS descentralizados) irão perturbar os efeitos de rede do Rollup. Note que, ao contrário do L1, o Rollup não consegue recuperar elegantemente de falhas de vivacidade do sequenciador usando consenso social. Em todos os designs conhecidos de Rollup não Baseados, as saídas em massa são a espada de Dâmocles.

Penalidade de gás: As transações liquidadas através das saídas de emergência normalmente incorrem numa penalidade de gás para os utilizadores (por exemplo, devido a compressão de dados não otimizada de transações não agrupadas em lotes).

Descentralização: O Rollup Baseado herda a descentralização do L1, reutilizando naturalmente a infraestrutura de pesquisador-construtor-proponente do L1. Os pesquisadores e construtores do L1 são incentivados a incluir blocos Rollup em seus blocos L1 para extrair o MEV do Rollup. Isso, por sua vez, incentiva os proponentes de blocos do L1 a empacotar blocos Rollup no L1.

Simplicidade: A sequência baseada em Rollup é a mais simples, ainda mais simples do que a sequência centralizada. O Rollup baseado não requer a verificação de assinaturas do sequenciador, escotilhas de fuga ou consenso externo de PoS.

Nota histórica: Em janeiro de 2021, Vitalik referiu-se à sequenciação baseada em L1 como 'Anarquia Total', o que representava o risco de vários blocos Rollup serem submetidos simultaneamente, levando ao desperdício de gás e carga de trabalho. O esquema atual de Separação Proposer-Builder (PBS) pode controlar estritamente a sequenciação L1, permitindo no máximo um bloco Rollup por bloco L1, e sem desperdício de gás. Quando o bloco n+1 do Rollup (ou para k >= 1, n+k) inclui a prova SNARK do bloco n, é possível evitar o desperdício de provas de ZK-rollup.

Custo: O custo adicional de gás da Based Rollup é zero - nem sequer exige a verificação de assinaturas de sequenciadores descentralizados ou centralizados. A simplicidade da Based Rollup reduz os custos de desenvolvimento, encurta os tempos de lançamento e minimiza a exposição a vulnerabilidades de código. A sequenciação da Based Rollup também é isenta de tokens, evitando os encargos regulamentares associados aos sequenciadores baseados em tokens.

Alinhamento Económico L1: O MEV derivado do Based Rollup flui naturalmente para a sua base L1. Este fluxo fortalece a segurança económica L1 e, no caso da queima de MEV, aumenta a escassez económica dos tokens nativos L1. Este estreito alinhamento económico com L1 pode ajudar a construir a legitimidade do Based Rollup. Importante, apesar de sacrificar a receita MEV, o Based Rollup mantém a opção de obter receitas provenientes de taxas de congestionamento L2 (por exemplo, na forma de taxas base EIP-1559).

Soberania: Apesar de delegar a sequenciação para L1, o Based Rollup mantém a soberania. O Based Rollup pode ter um token de governança, cobrar taxas base e utilizar as receitas dessas taxas base conforme apropriado (por exemplo, o Optimism financia bens públicos).

Desvantagens:

Nenhuma Receita de MEV: A Rollup Baseada renuncia ao MEV para L1, limitando sua receita às taxas base. Contraintuitivamente, isso pode aumentar a receita geral da Rollup Baseada. A razão é que o cenário da Rollup parece ser de vencedor leva tudo, onde a Rollup bem-sucedida pode alavancar a segurança, descentralização, simplicidade e consistência da Rollup Baseada para alcançar a dominância e, em última análise, maximizar a receita.

Sequenciamento Restrito: Delegar o sequenciamento para L1 reduz a flexibilidade de sequenciamento. Isso torna certos serviços de sequenciamento mais difíceis, ou até mesmo impossíveis:

Pré-Confirmação: A pré-confirmação rápida não é um problema para a sequenciação centralizada e pode ser alcançada através de consenso PoS externo. O uso de sequenciação L1 para pré-confirmação rápida é uma questão em aberto, com muitas direções de pesquisa promissoras, incluindo EigenL, Listas de Inclusão e Builder Bonds.

Primeiro a chegar, primeiro a ser servido (FCFS): É incerto se a sequenciação FCFS no estilo Arbitrum pode ser implementada no Based Rollup. EigenL pode fornecer uma sobreposição FCFS para o Based Rollup sequenciado pelo L1.

Nomeação:

O nome “Based Rollup” vem da sua proximidade com a cadeia base (Base L1). Isto coincide coincidentemente com o anúncio recente da cadeia Base da Coinbase. Curiosamente, a Coinbase partilhou dois objetivos de design no seu anúncio Base:

Tokenlessness: "Não temos planos de emitir um novo token de rede." Descentralização: "Planeamos descentralizar progressivamente a blockchain ao longo do tempo."

Base pode alcançar descentralização sem token ao se tornar um Based Rollup.

Fonte da imagem: @jchaskin22

Em resumo, o Based Rollup permite que qualquer pessoa escale blocos Rollup, publicando as alterações de estado de transação sequenciadas para L1 para extrair MEV de L2, com toda a sequenciação e segurança fornecidas pelo Ethereum L1. Esta abordagem evita a necessidade de consenso externo de PoS e tokens Rollup específicos. Comparado a outros Rollups que exigem uma função essencial de "escotilha de emergência" para proteger ativos, a visão do Based Rollup elimina essa necessidade, garantindo a conclusão suave da transação no Rollup, desde que o Ethereum continue a funcionar com segurança.

Baseado em Rollup e Taiko Labs

Fonte da imagem: Site Oficial do Taiko

A Taiko Labs é a equipa principal que desenvolve e promove o Based Rollup, uma solução de escalonamento da camada 2 da Ethereum. A sua visão é resolver os problemas de escalabilidade da mainnet da Ethereum através de tecnologias inovadoras como o Based Rollup. A Taiko Labs tem três características principais:

1. Totalmente Equivalente ao Ethereum (Tipo 1) ZK-EVM: Utilizando um zkEVM Tipo 1 que oferece total compatibilidade com o Ethereum, os desenvolvedores podem migrar perfeitamente aplicativos descentralizados (dApps) entre o Ethereum e o Taiko sem se preocupar com falhas na execução de contratos inteligentes.
2. Open Source: Todo o código fonte do Taiko está disponível no GitHub, permitindo que qualquer pessoa o visualize, construa ou modifique. Esta abordagem de código aberto garante que o desenvolvimento da tecnologia blockchain não se limite a uma pequena equipa, mas inclua contribuições de uma comunidade global de desenvolvedores.
3. Totalmente descentralizado: Além de garantir alta compatibilidade com EVM, Taiko está empenhado em alcançar total descentralização. Taiko planeia submeter blocos e gerar zkPs através de proponentes e validadores descentralizados, garantindo a natureza descentralizada do protocolo.

Taiko tem como objetivo construir um ZK-EVM totalmente equivalente ao Ethereum Tipo 1, como mencionado por Vitalik Buterin em "Os diferentes tipos de ZK-EVMs" (ver Link de Extensão 2). Esta busca por equivalência plena e intransigente com o Ethereum tem como objetivo a compatibilidade completa para verificar os blocos do Ethereum (pelo menos a camada de execução, excluindo o consenso da chain beacon, mas incluindo todas as transações, contratos inteligentes e lógica de conta sem substituir hash, árvores de estado/transação e outras lógicas de consenso). Portanto, em comparação com outros tipos, o Tipo 1 é a solução mais complexa e desafiadora para abordar a solução nativa.

Fonte da imagem: Vitalik Buterin: "Os diferentes tipos de ZK-EVMs"

Outras Estruturas Principais:

Base Competitive Rollup (BCR)

Base Competitive Rollup é uma solução inovadora de escalação de blockchain desenvolvida pela Taiko Labs. BCR tem como objetivo melhorar a eficiência e segurança do Rollup através de um mecanismo competitivo, permitindo que diferentes participantes compitam livremente na submissão de blocos e geração de provas, melhorando assim o desempenho geral da rede e a descentralização.

Características:

1. Competição Aberta: Permite que qualquer participante elegível compita na submissão de blocos e na geração de provas. Esse mecanismo aberto reduz o controle centralizado e aumenta a descentralização da rede. Os competidores são incentivados a fornecer melhores serviços para ganhar recompensas e taxas de transação.
2. Escalonamento eficiente: Melhora efetivamente a eficiência de geração e verificação de blocos. Vários concorrentes podem trabalhar em paralelo, evitando pontos únicos de falha e melhorando a velocidade de processamento de transações e escalabilidade da rede.
3. Segurança: Através de um mecanismo competitivo de várias partes, a resistência a ataques do sistema é melhorada. Blocos e provas gerados por várias partes aumentam a transparência e segurança do sistema, tornando difícil para uma única entidade controlar ou atacar.

Vantagens:

1. Compatibilidade EVM: BCR é totalmente compatível com a Máquina Virtual Ethereum (EVM), permitindo que contratos inteligentes e dApps existentes no Ethereum migrem facilmente para o BCR sem modificações significativas.
2. Alta Capacidade de Processamento: Como a BCR pode processar transações e gerar blocos em paralelo, a capacidade de processamento da rede é significativamente aumentada, capaz de lidar com volumes de transações mais elevados, ao mesmo tempo que reduz os custos e a latência das transações.
3. Descentralização: O mecanismo de geração de blocos descentralizado e a prova garantem a descentralização da rede, reduzindo o risco de controlo por entidades centralizadas.

Desvantagens:

1. Complexidade acrescida: A complexidade do sistema requer algoritmos sofisticados e protocolos para coordenar a geração de blocos e a verificação entre múltiplos concorrentes. Os contratos inteligentes podem precisar de lógica adicional para lidar com resultados competitivos.
2. Questões Potenciais: No mecanismo competitivo da BCR, vários concorrentes a calcular e a submeter blocos simultaneamente podem resultar em taxas mais elevadas. Os utilizadores podem enfrentar custos de transação mais altos, especialmente durante períodos movimentados ou altamente competitivos. Além disso, nós grandes ricos em recursos podem dominar a competição, levando à centralização.

BBR (Base Booster Rollup)

No BBR, um Booster é um participante especial responsável por otimizar lotes de transações, comprimir dados de transações e processar vários lotes de transações em paralelo. Sua função principal é separar execução e armazenamento, garantindo que, enquanto L2 lida com a execução, L1 permanece descentralizado, e os endereços de contratos inteligentes permanecem consistentes em toda L1 e todos os BBRs.

No entanto, o BBR enfrenta desafios como o aumento da complexidade do sistema, o consumo de recursos e a potencial centralização. Os desenvolvimentos futuros exigirão uma otimização e expansão adicionais para atender às demandas em evolução da tecnologia blockchain.

Fonte da Imagem: Taiko Labs

Conclusão

Atualmente, o Based Rollup representa uma mudança significativa nos métodos de escalonamento da camada 2 do Ethereum. Delega a sequência do Rollup diretamente aos proponentes da Camada 1, utilizando o design de separação de proponentes-construtores. Isso permite que a Camada 1 desempenhe todos os papéis de sequenciamento para o Rollup. Simultaneamente, ele estende o MEV, permitindo que os pesquisadores da L2 agrupem transações e as enviem para os construtores da L2, que também são pesquisadores da L1. Esses blocos completos da L2 tornam-se então parte dos blocos da L1, sendo processados em última instância pelos construtores da L1 e pela mainnet Ethereum.

Embora ainda reste saber se o Based Rollup pode ser considerado a solução definitiva para os Rollups, representa inegavelmente uma grande inovação na escalabilidade da Camada 2 da Ethereum, proporcionando uma solução mais segura e descentralizada. Se aplicarmos o mesmo pensamento ao ecossistema do Bitcoin, alcançar uma VM nativa e descentralizada com a extensibilidade da Ethereum será, sem dúvida, um desafio. A indústria como um todo ainda tem um longo caminho a percorrer para resolver o problema da escalabilidade verdadeiramente descentralizada.

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