Perspectivas de atualização técnica do protocolo Ethereum: A parte The Merge

Desde Outubro de 2022, o co-fundador do Ethereum apresentou uma série de ideias sobre o futuro desenvolvimento do Ethereum, abrangendo seis áreas principais: The Merge, The Surge, The Scourge, The Verge, The Purge e The Splurge. Este artigo irá focar na primeira parte, The Merge, explorando as potenciais melhorias técnicas do mecanismo de prova de participação e seu caminho de implementação.

The Merge é considerado um dos marcos mais importantes na história do Ethereum, marcando a transição de prova de trabalho para prova de participação. Após quase dois anos de operação, o sistema de prova de participação tem demonstrado excelente estabilidade, desempenho e descentralização. No entanto, ainda há algumas áreas críticas que precisam de mais otimização.

O roteiro técnico do Ethereum em 2023 concentra-se principalmente em dois aspectos: primeiro, melhorar características técnicas, como aumentar a estabilidade, o desempenho e a acessibilidade para pequenos validadores; segundo, enfrentar os riscos de centralização por meio de ajustes nos mecanismos econômicos.

O principal objetivo do Merge

1. Implementar a Determinística de Slot Único (SSF): reduzir o tempo de confirmação final do bloco de cerca de 15 minutos para dentro de um único slot.

2. Confirmar e concluir transações na maior velocidade possível, mantendo a descentralização.

3. Reduzir o limite de garantia, aumentando a viabilidade da participação de validadores independentes.

4. Aumentar a robustez geral do sistema.

5. Aumentar a resistência e a capacidade de recuperação do Ethereum a ataques de 51%, incluindo a prevenção de reversões de finalização, bloqueio e censura.

Determinismo de Slot Único e Democratização do Staking

Atualmente, a confirmação de blocos do Ethereum leva de 2 a 3 épocas (aproximadamente 15 minutos), e o limite mínimo de staking é de 32 ETH. Isso é para buscar um equilíbrio entre maximizar o número de validadores, minimizar o tempo de confirmação e reduzir os custos de operação dos nós.

Idealmente, o Ethereum espera alcançar duas melhorias enquanto mantém a finalidade econômica:

1. Reduzir o tempo de finalização do bloco para um único slot (12 segundos ou menos).
2. Reduzir o limite mínimo de staking de 32 Éter para 1 Éter.

Essas melhorias beneficiarão mais usuários com um nível mais alto de segurança e aumentarão significativamente a viabilidade do staking independente. No entanto, alcançar esses dois objetivos aumentará os custos operacionais dos nós, que também é a razão pela qual o Ethereum não adotou a determinística de instante único inicialmente.

Esquema determinístico de um único slot

Para resolver o problema de determinismo de um único slot em situações com um grande número de validadores, enquanto evita custos operacionais excessivos para os nós, atualmente existem algumas soluções principais:

1. Otimização do protocolo de agregação de assinaturas: pode-se utilizar a tecnologia ZK-SNARKs para processar milhões de assinaturas de validadores em um único slot.

2. Mecanismo do Comitê Orbit: selecionando aleatoriamente um comitê de tamanho médio responsável pela confirmação final da cadeia, aliviando a carga dos nós ao mesmo tempo que mantém altos custos de ataque.

3. Mecanismo de dupla garantia: estabelece dois tipos de garantidores, apenas os garantidores de alto nível participam diretamente do processo de finalização econômica.

Cada opção tem suas vantagens e desvantagens, e é necessário pesar entre segurança, descentralização e viabilidade técnica.

Eleição de Líder Único Secreto

Atualmente, o próximo proponente do bloco é previsível, o que pode levar a ataques DoS direcionados. O protocolo de eleição de um único líder secreto cria um ID de "validador" "cego" para cada validador através de tecnologia criptográfica e permite que vários proponentes reestruturem e re-cessem o pool de IDs para resolver este problema.

No entanto, a implementação de um protocolo de eleição de um único líder secreto que seja simples e eficaz ainda enfrenta desafios, especialmente em manter a simplicidade do protocolo e a resistência quântica.

Confirmação de transação mais rápida

Reduzir ainda mais o tempo de confirmação de transações (por exemplo, de 12 segundos para 4 segundos) melhorará significativamente a experiência do usuário e aumentará a eficiência do protocolo DeFi. Existem principalmente dois caminhos técnicos:

1. Reduzir o tempo de intervalo para 8 segundos ou 4 segundos.
2. Permitir que os proponentes publiquem pré-confirmações em um único intervalo de tempo.

No entanto, a redução do tempo de intervalo pode aumentar o risco de centralização dos validadores, enquanto o método de pré-confirmação pode melhorar o tempo médio de confirmação, mas não consegue otimizar o desempenho no pior caso.

Resistência a Ataques Quânticos

Perante a potencial ameaça da computação quântica, o Ethereum precisa desenvolver alternativas baseadas em hash ou outras soluções resistentes a quântica para a parte do protocolo que atualmente depende de curvas elípticas. Isso destaca a razoabilidade de adotar hipóteses de desempenho conservadoras no design de prova de participação.

Conclusão

A evolução técnica do sistema de prova de participação do Ethereum enfrenta vários desafios. A determinística final em um único slot de tempo, a democratização da participação, a eleição de um único líder secreto, a confirmação mais rápida de transações e o desenvolvimento de alternativas contra ataques quânticos são todos problemas importantes que precisam ser resolvidos.

A equipe do Ethereum está ativamente explorando e inovando, avaliando diferentes soluções tecnológicas para encontrar o melhor caminho de desenvolvimento, alcançando maior segurança, desempenho e grau de descentralização. Este processo continuará a impulsionar o desenvolvimento e a melhoria do ecossistema Ethereum.