Proto-danksharding: conceito e funcionamento

Com a conclusão da fusão e da atualização de Xangai, o Ethereum conseguiu fazer a transição do consenso de prova de trabalho para o consenso de prova de participação. O próximo projeto importante no roteiro de desenvolvimento do Ethereum é a Proposta de Melhoria do Ethereum (EIP) 4844, também conhecida como "sharding de dados protótipo". Essa mudança de código visa melhorar a escalabilidade dos rollups construídos sobre o Ethereum. O EIP 4844 é nomeado em homenagem aos desenvolvedores principais do Ethereum, "Protolambda" e Dankrad Feist, e introduz um novo tipo de transação chamado blobs, que aumenta os requisitos de dados e armazenamento dos blocos do Ethereum e cria um novo mercado de taxas, separando o preço dos blobs das transações regulares.

Rollups são protocolos que dependem de blockchains de Layer 2 ( como Ethereum ) para a funcionalidade de disponibilidade de dados ( DA ) (, que dissemina amplamente e armazena temporariamente lotes de dados de transações. De modo geral, os rollups baseados em contratos inteligentes não apenas dependem da DA do Ethereum, mas também do Ethereum para a liquidação de transações ) e validação (. Esses rollups leem dados de DA de camadas como o Ethereum e executam transações válidas e código de contratos inteligentes. Os rollups construídos sobre o Ethereum dependem dos dados de transação em lotes contidos nos blocos do Ethereum para garantir a autenticidade das transações. Os ordenadores processam e comprimem as transações dos usuários de maneira econômica, para submetê-las aos agentes da camada DA.

Normalmente, o custo de publicar uma grande quantidade de dados na Ethereum é alto, em parte porque a rede armazena os dados permanentemente como parte do histórico de transações em um campo chamado "CALLDATA". Com o EIP 4844, cada bloco criará espaço adicional de 512kB ou 768kB para rollup. Os desenvolvedores principais da Ethereum estão ponderando quanto espaço extra deve ser criado para transações blob. É importante notar que os dados publicados nesse espaço serão armazenados por cerca de três semanas. Devido à brevidade dos dados verificados por transações blob, bem como ao mercado de cobrança independente para preços de blob isolados de outros tipos de transações, teoricamente, o custo de publicar dados em rollup na Ethereum será consideravelmente reduzido. Com o tempo, os desenvolvedores pretendem introduzir técnicas de amostragem de dados, de modo que os dados blob não precisem ser totalmente baixados para que os nós completos da Ethereum possam verificar, reduzindo ainda mais os custos de rollup. O proto-danksharding é um prelúdio e "protótipo" do danksharding completo, que permitirá que os nós da Ethereum baixem fragmentos de dados blob para determinar a disponibilidade do blob completo.

Este relatório explora em profundidade os detalhes do funcionamento do EIP-4844, as limitações do protótipo de sharding, o plano de evolução do EIP-4844 para sharding completo, e inclui algumas considerações sobre os benefícios diretos que as mudanças no código, programadas para serem implementadas no outono de 2023, trarão para os usuários finais e desenvolvedores de aplicativos descentralizados )dapp(. Tendo em conta que o foco do danksharding original é apoiar o ecossistema Layer 2 rollup e expandir o Ethereum de forma modular, as mudanças no código a serem implementadas na próxima atualização do Ethereum serão um importante campo de teste para a teoria de blockchain modular aplicada em escala em uma das maiores blockchains públicas do mundo.

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Contexto

O EIP-4844 é considerado uma atualização de escalabilidade para o Ethereum. No entanto, é importante notar que a alteração do código não aumentou ou introduziu melhorias substanciais na capacidade de transação do Ethereum em si. O Proto-danksharding reduziu o custo de publicar grandes quantidades de dados no Ethereum, diminuindo assim os custos operacionais de rollup. O EIP-4844 é visto como uma melhoria na escalabilidade do Ethereum, pois torna as redes Layer 2 construídas sobre o Ethereum mais econômicas, mas a alteração do código não aumentou a escalabilidade do Ethereum como uma blockchain geral para transações e execução de código de contratos inteligentes.

Nos últimos quatro anos, a atividade de transações do rollup do Ethereum tem crescido. Uma plataforma de dados estima que o volume de transações por segundo implementado em todas as redes Layer 2 seja )TPS(, o que equivale a 3,8 vezes a média diária de TPS do Ethereum.

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De acordo com os dados fornecidos por uma determinada instituição de pesquisa através de uma plataforma de análise, em comparação com o custo de implantar código diretamente no Ethereum e realizar transações, os rollups economizam mais de 99% das taxas de gas para os usuários finais e desenvolvedores de dapps.

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

O objetivo do EIP-4844 é reduzir os custos de rollup através da introdução de um novo tipo de transação, conhecido como objeto binário grande, ou blob. A seguir está uma explicação passo a passo do ciclo de vida das transações blob definidas pelo EIP-4844:

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O EIP-4844 não afeta como as transações normais enviadas para o mempool do Ethereum são incluídas nos blocos, nem afeta o mercado de taxas que determina o preço do espaço de bloco do Ethereum, mas o EIP-4844 aumenta, de fato, os requisitos de armazenamento dos blocos do Ethereum. O espaço de dados adicional é para anexar transações de blob ao bloco. Um blob é como um reboque, que pode ser anexado ao bloco do Ethereum, sem afetar ou ocupar o espaço de bloco existente para processar transações normais. O espaço de bloco de blob será leiloado com base em seu próprio mercado de taxas, seguindo o design do mercado de taxas do EIP 1559. Inicialmente, as transações de blob terão custo quase nulo. Após isso, para cada bloco confirmado, se mais da metade do espaço de bloco de blob ) for utilizado, pelo menos 256kB (, o custo das transações de blob aumentará em 12,5%. Para cada bloco em que o espaço de bloco de blob não estiver suficientemente utilizado, ou seja, se o espaço de bloco de blob estiver preenchido a menos de 50%, o custo do blob diminuirá em 12,5%.

As transações Blob não serão armazenadas indefinidamente na Ethereum, mas sim na camada de consenso da Ethereum )CL(, ou seja, na Beacon Chain, e serão descartadas dos nós CL após três semanas. O Proto-danksharding permitirá que cada bloco tenha até quatro blobs, cada um podendo conter até 128kB de dados adicionais. O limite máximo de espaço de blob de 512kB por bloco 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. Cada blob representa uma oportunidade única para um ordenhador de rollup confirmar um lote de transações na Ethereum. Aproximadamente 7094 blocos são produzidos diariamente na Ethereum, e após o EIP 4484, assumindo um limite de 4 blobs por bloco, até 28376 blobs podem ser processados diariamente. ) este é um valor máximo teórico que, devido à variação dinâmica das taxas de blob, pode nunca ser alcançado na prática. O custo de processar continuamente o número máximo de blobs por bloco é extremamente caro para um ordenhador (.

Nos últimos seis meses, um sequenciador operando em um determinado rollup foi o segundo rollup Ethereum mais popular, em termos de atividade de transações, com cerca de 3126 lotes de transações enviados diariamente para o Ethereum.

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O volume de transações confirmado em um determinado rollup é aproximadamente o dobro do desse rollup, e assim como esse rollup, depende dos ordenadores para publicar dados na Ethereum através de CALLDATA para completar transações. Outros exemplos de rollups populares na Ethereum incluem, mas não se limitam a certos rollups. Em um determinado rollup, mais de 90% das taxas vêm das taxas de CALLDATA do Layer 1.

A introdução de um espaço de armazenamento de dados dedicado, independentemente de quão pequeno seja no início, visa reduzir o custo de usar o Ethereum como camada de DA para todos os rollups baseados em Ethereum. Conservadoramente, os desenvolvedores de rollups estimam que, desde a ativação do EIP 4844, as taxas de rollup podem diminuir entre 100% e 900%. No entanto, essas estimativas podem mudar com base na adoção e no aumento da atividade de rollup nos meses anteriores e posteriores à ativação do banco de dados original.

O custo das transações blob, embora possa ser mais barato do que as transações comuns no início da ativação da EIP 4844, pode rapidamente aumentar se o número de rollups construídos sobre o Ethereum aumentar. Além disso, embora cada blob tenha como objetivo fornecer a um único ordenadora a oportunidade de publicar até 128kB de dados, os ordenadores de rollup podem coordenar-se para que um único blob contenha dados de vários rollups. Os desenvolvedores do Ethereum estão cientes de que, devido ao número limitado de blocos e ao fato de que um único lote de transações pode não conseguir aproveitar totalmente o espaço de dados de 128kB de cada transação blob, pode surgir um mercado secundário para a precificação de blobs. Embora prevenir o surgimento de um mercado secundário fora da cadeia seja uma prioridade, em vez de introduzir um nível mais alto de complexidade de protocolo para evitar essa possibilidade, atualmente, os desenvolvedores estão adotando uma abordagem de "esperar e ver", introduzindo blobs através da EIP 4844, e pretendem otimizar ainda mais a EIP 4844 no futuro.

O protótipo de fragmentação estabeleceu as bases para a introdução de tecnologias mais avançadas, a fim de reduzir ainda mais o custo dos blobs sem aumentar a carga computacional dos nós. Chamado de fragmentação completa, a ideia completa para os blobs é aumentar o número máximo de blobs por bloco de 4 para 64.

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Completo Danksharding

Quatro blobs fazem com que o tamanho do bloco do Ethereum aumente em 512kB. Seis blobs aumentarão o tamanho do bloco do Ethereum em mais 768kB. Como mencionado anteriormente, o espaço adicional do bloco é estritamente reservado para transações de blob, e não armazena dados de forma permanente como o espaço normal do bloco. A visão completa do EIP 4844 é introduzir até 64 blobs no Ethereum, fazendo isso sem aumentar significativamente a carga de computação dos nós de validação de 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 validação de transações de Layer 2 rollup, o objetivo do DAS é garantir que todos os fragmentos de dados agrupados pelo sequenciador tenham sido publicados na cadeia. Nós completos são escolhidos aleatoriamente, baixando um pedaço de dados do blob e gerando uma prova de disponibilidade de dados. Quanto mais vezes um nó completo amostra dados, maior é a probabilidade determinística de que todos os dados tenham sido fornecidos pelo sequenciador sem reter dados importantes. Para os nós, o processo de amostragem de dados é menos computacionalmente exigente do que baixar todo o dado do blob, mas teoricamente oferece a mesma garantia de disponibilidade de dados. Assim como na fragmentação prototípica, a amostragem de dados do blob sob fragmentação completa garantirá que as transações do sequenciador tenham sido verificadas e publicadas na cadeia, para que qualquer usuário ou parte interessada da rede possa avaliar. Em seguida, os usuários e partes interessadas têm um período de tempo para revisar essas transações, confirmando que foram finalmente concluídas em uma camada de DA como a Ethereum, e construindo novos lotes de transações com base no lote anterior.

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Através do DAS, os desenvolvedores de Ethereum têm confiança em não aumentar