Em breve, a rede principal da blockchain Ethereum se fundirá com o sistema Beacon Chain. Neste post discutimos brevemente os principais aspectos da operação e das tecnologias envolvidas.

O evento marcará o abandono – no âmbito do Ethereum – do sistema de validação de transações baseado no método da “prova de trabalho” [proof-of-work, usado pelo Bitcoin] e a transição completa para uma nova abordagem chamada de “prova de participação” [proof-of-stake – ver abaixo]. A data para o acontecimento havia sido definida vagamente como o segundo trimestre de 2022. Alguns canais da Internet especulam que será em agosto. Não sei até que ponto a atual crise nas criptos interfere no cronograma.

Essa movimentação prepara o cenário para futuros melhoramentos de escala nessa rede, incluindo a adoção da tecnologia ‘sharding’ [ver notas, no final], que vai trazer inovações ao processo de validação. A fusão, também conhecida como “The Merge”, pretende reduzir o consumo de energia do Ethereum em ~99,00%.

The Merge – o que é

“The Merge” é um “upgrade” na rede Ethereum, que vai substituir o atual mecanismo de consenso baseado na “prova de trabalho” (PdT) por um mecanismo de consenso chamado de “prova de participação” (PdP), mais sustentável, eficiente e seguro. A partir da fusão, todos os blocos no Ethereum serão produzidos via PdP. A PdP já está ativa na rede Ethereum e passou por seu primeiro hard fork em outubro de 2021.

Discussão

Ethereum em seu estado atual usa o método da prova de trabalho para garantir o consenso entre os milhares de chamados “nós” na rede. A PdT é confiável e segura, mas consome muita energia. Para produzir cada bloco na rede, o processo envolve calcular códigos alfanuméricos válidos – chamados hashes – para verificar as transações e adicionar o próximo bloco ao blockchain. Para isso os participantes precisam usar equipamento com unidades de processamento [GPUs] poderosas e famintas de energia.

A prova de participação, por outro lado, pretende garantir a segurança da rede de uma maneira diferente: o validador precisa provar é um participante [daí o nome], um stakeholder, com claro interesse no bom andamento das transações da rede.

Essa prova do interesse na participação consiste no depósito de 32 ETH – uma quantia considerável. Qualquer pessoa pode fazer esse depósito e se tornar um nó validador – um nó que participa do algoritmo de consenso da rede.

Se você depositar mais de 32 ETH, você receberá vários “slots validadores”. A recompensa pelo status de validador é uma comissão das taxas de transação validadas em seus slots. Os requisitos de hardware aumentam quanto mais você participar como validador.

O protocolo determina que 2/3 de todos os validadores ativos assinem a finalização de um bloco. Se um agente malicioso tentar adulterar o protocolo usando um grande número de validadores para reverter um bloco finalizado, seus fundos sofrerão cortes – o que significa que perdem parte de, ou todo, o ETH depositado previamente. Isso torna os ataques extremamente caros e, portanto, improváveis.

A PdP não requer o mesmo hardware poderoso, de uso intensivo de energia que a PdT. Qualquer hardware relativamente recente deverá ser capaz de executar o software necessário para operar um nó de participação de 32 ETH.

Comparando os dois métodos

A PdP busca uma maior resistência à centralização e à censura. PdT e PdP são bastante semelhantes. Ambas são sistemas que não dependem de confiança [trustless], onde qualquer pessoa pode participar. Ambos os processos se baseiam no fato de que se torna exponencialmente difícil atacar a blockchain à medida que mais blocos são adicionados; é dispendioso ser um validador. O impacto que você tem na rede e, portanto, as recompensas que você pode ganhar, são proporcionais à quantidade de recursos econômicos que você coloca (hardware de computador e eletricidade no caso da PdT – moedas em PdP). No entanto, existem diferenças importantes entre os dois métodos.

Para minerar em uma rede PdT, é preciso investir em hardware especializado, ter acesso a uma fonte de energia barata e confiável e ter um nível substancial de habilidade técnica para administrar e manter sua “fazenda de mineração”. É possível minerar em pequena escala, mas as peculiaridades das leis econômicas tornam difícil competir com fazendas de mineração maiores e mais ricas.

A prova de participação parece ser mais amigável para os participantes menores da blockchain. Para participar como validador e começar a apostar, é preciso depositar 32 ETH (é possível com menos, mas foge ao escopo deste post). O equipamento necessário para se tornar um nó e participar do consenso de PdP pode ser qualquer hardware de consumo razoavelmente moderno.

A prova de participação e o consumo de energia

Na prova de trabalho, quem resolver o bloco primeiro recebe a recompensa. Ou seja, a PdT é uma “corrida armamentista”. Se você tiver mais capacidade de computação [taxa de hash] do que seus concorrentes, é mais provável que você ganhe. O resultado final é que os mineradores PdT trabalham com 100% de capacidade, 24 horas por dia. Essa demanda extrema de energia continua a crescer com o valor das recompensas nos blocos que eles estão tentando ganhar.

Por outro lado, na prova de participação os proponentes do bloco são selecionados aleatoriamente – removendo completamente a exigência de uma corrida armamentista. Não há como aumentar a probabilidade de que qualquer nó específico seja escolhido para propor um bloco – portanto, não há necessidade de consumir cada vez mais energia para melhorar suas chances competitivas.

Como os nós PdP são estimados em 99% (ou mais) mais eficientes do que seus equivalentes PdT, o PdP representa um grande avanço para a eficiência energética da tecnologia blockchain.

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Notas

Sharding e Beacon Chain

Sharding [fragmentação] é o processo de dividir um banco de dados horizontalmente para distribuir a carga – é um conceito comum em ciência da computação. No contexto do Ethereum, o sharding funcionará com outros módulos para dividir os rollups da camada 2 em fragmentos de rede, distribuindo o fardo de lidar com a grande quantidade de dados necessários para rollups em toda a rede. Os fragmentos podem ser pensados também como sub-redes na blockchain. O propósito é reduzir o congestionamento da rede e aumentar as transações por segundo.

O Beacon Chain contém toda a lógica para manter os fragmentos de rede [shards] seguros e sincronizados. A Beacon Chain coordenará os validadores da blockchain, encaminhando-os aos fragmentos nos quais eles precisam trabalhar. Também facilitará a comunicação entre os fragmentos, recebendo e armazenando dados de transação dos fragmentos que podem ser acessados por outros fragmentos. Isso dará aos fragmentos um instantâneo do estado do Ethereum para manter tudo sincronizado.

Triplo halving

“The Triple Halving” é o nome que a comunidade Ethereum dá à grande queda na emissão de ETH que ocorrerá quando “The Merge” ocontecer e o Ethereum estiver totalmente portado para o algoritmo de prova de participação. “The Triple Halving” é uma brincadeira com o “Halving” do Bitcoin. Enquanto o Bitcoin reduz pela metade sua taxa de emissão a cada 4 anos, o Ethereum verá sua taxa de emissão reduzida em cerca de 90% no momento da fusão. Isso é equivalente a 3 Bitcoin “halvings” acontecendo ao mesmo tempo. O Ethereum experimentará uma redução de emissão repentino, o que levará mais de 12 anos para ser correspondido na rede do Bitcoin.

Fontes:

https://ethereum.org

https://ethmerge.com