Inovação na camada de consenso do Ethereum: As cinco grandes transformações trazidas pela Beam Chain

Ethereum tem passado por uma grande transformação desde o seu nascimento, passando de PoW para PoS. No entanto, um dos principais pesquisadores da Fundação Ethereum acredita que, apesar dos efeitos iniciais significativos do PoS, nos últimos anos acumularam-se algumas dívidas técnicas, e seu design não conseguiu aproveitar plenamente tecnologias de ponta como provas de conhecimento zero. Portanto, a camada de consenso do Ethereum precisa urgentemente de uma atualização significativa.

Na recente conferência de desenvolvedores, pesquisadores do Ethereum apresentaram uma proposta significativa chamada "Beam Chain", que visa reformar completamente a camada de consenso do Ethereum. Isso faz parte do planejamento de desenvolvimento de longo prazo do Ethereum, com o objetivo de aproveitar os avanços atuais na criptografia de conhecimento zero para aumentar significativamente a escalabilidade e o desempenho da rede, sem a necessidade de iniciar uma nova rede. Sem dúvida, isso se tornará uma das atualizações mais críticas do Ethereum nos próximos 3 a 5 anos.

É importante esclarecer que a Beam Chain não é uma nova blockchain, mas sim uma nova infraestrutura construída dentro da rede principal do Ethereum. Ela irá melhorar significativamente a velocidade, segurança e eficiência das transações na rede principal. Há opiniões que consideram a Beam Chain como Ethereum 3.0, mas essa interpretação não é precisa. A Beam Chain foca em resolver problemas da camada de consenso, sem alterar a estrutura da camada de dados ou da camada de execução.

A Beam Chain trará cinco grandes transformações principais:

1. Confirmação de bloco mais rápida: alcançar um tempo de slot de 4 segundos e finalização de slot único
2. Manter a descentralização: manter ou melhorar o atual nível de descentralização
3. Reduzir o limite de staking: reduzir o requisito de staking de ETH de 32 ETH para 1 ETH
4. Proteger usuários comuns: eliminar o MEV baseado em reestruturação de blocos
5. Voltado para o futuro: conferir ao Ethereum capacidade contra quantum

A abordagem e os princípios da atualização da Beam Chain

1. Aumentar a eficiência da produção de blocos

O plano da Beam Chain é aumentar a quantidade de produção de blocos para três vezes o atual, a fim de melhorar a capacidade de processamento de transações do Ethereum. Ao mesmo tempo, será introduzido o mecanismo FOCIL (Fork Choice Mandatory Inclusion List) para aumentar a resistência à censura, garantindo que as transações não sejam facilmente excluídas de forma maliciosa.

Os validadores realizarão o leilão de forma isolada, o que não só garantirá um desempenho mais forte e descentralização, mas também permitirá que mais usuários sejam protegidos dos efeitos do MEV. Além disso, o Ethereum implementará a finalização determinística em um único slot e um tempo de bloco de 4 segundos, acelerando a velocidade de confirmação das transações e aumentando a eficiência da rede.

É importante notar que essa mudança fará com que as trocas não precisem mais esperar por várias confirmações de blocos, pois no futuro uma única confirmação de bloco será suficiente.

2. Otimização do mecanismo de staking

A Beam Chain irá ajustar o modelo de emissão de recompensas dos validadores, proporcionando maiores retornos para os stakers. Ao mesmo tempo, os requisitos de staking para validadores independentes serão reduzidos de 32 ETH para 1 ETH, diminuindo significativamente a barreira de entrada e tornando o staking independente mais acessível.

Este avanço revolucionário deve-se à aplicação da tecnologia de provas de zero conhecimento, permitindo que o Ethereum aumente a velocidade enquanto acomoda mais nós a participar do consenso, sem aumentar significativamente os requisitos de hardware, rompendo o triângulo impossível do staking.

3. Reforçar a segurança

A Beam Chain introduzirá criptografia quântica resistente, garantindo que a rede possa resistir a potenciais ameaças de computação quântica no futuro, tornando-se a pioneira em resistência quântica entre as blockchains mainstream.

A tecnologia de prova de conhecimento zero (como zkSNARK e zkVM) será profundamente integrada ao Ethereum, melhorando ainda mais a proteção da privacidade, escalabilidade e segurança. Ao aproveitar a tecnologia RISC-V, o Ethereum realizará a SNARKização da blockchain, aumentando a eficiência e a escalabilidade da geração de provas.

Em resumo, este processo pode ser resumido como a ZKização de toda a rede Ethereum.

Além disso, a Beam Chain também irá introduzir um mecanismo de aleatoriedade mais robusto, garantindo a equidade de processos críticos da rede, como a seleção de validadores, enquanto melhora a resistência à censura e minimiza o risco de ataques automatizados, como ataques de sanduíche.

4. Princípios de funcionamento

Desde que o design atual da camada de consenso do Ethereum foi determinado, os criptógrafos fizeram avanços significativos na tecnologia SNARK. Ao transformar a função de conversão de estado do Ethereum em SNARK, é possível alcançar um tempo de slot de 4 segundos e finalização em um único slot.

Esta melhoria não só pode aumentar significativamente a experiência de transação do Ethereum L1, reduzindo o tempo de espera, mas também pode reduzir o valor potencial extraído das transações, eliminando a estratégia de reorganização de blocos remotos, e diminuir a dívida técnica da camada de consenso.

Além disso, a SNARKização permitirá que a rede Ethereum tenha capacidade de resistência quântica, uma característica essencial para as blockchains do futuro.

A Beam Chain irá promover a atualização do Ethereum das seguintes formas:

• Utilizar tecnologia de fragmentação para acelerar a velocidade de processamento: dividir os dados em partes menores, permitindo o processamento em paralelo, reduzindo os gargalos de transação e acelerando a velocidade das transações.
• Implementar segurança contra computação quântica: utilizar tecnologias de criptografia avançadas para garantir que a segurança da rede não seja ameaçada por futuros computadores quânticos.
• Integração com o roteiro do Ethereum: Beam Chain não é uma rede independente, mas sim uma fase importante do roteiro de expansão e melhoria de segurança do Ethereum nos próximos 5 anos.

5. Importância significativa

O Beam Chain é crucial para aumentar a capacidade do Ethereum de lidar com o crescente número de aplicações descentralizadas. Ele melhorará a escalabilidade do Ethereum, reduzirá os custos de transação e aumentará a segurança geral, permitindo que a rede suporte mais usuários e aplicações complexas ao longo do tempo.

A tecnologia de prova baseada em SNARK permite que os stakers comuns equipados com hardware padrão alcancem as vantagens de desempenho mencionadas. Quando o limite de staking é reduzido de 32 ETH para 1 ETH, a melhoria no desempenho da rede também resultará em uma melhoria significativa na descentralização da comunidade de stakers do Ethereum.

Em particular, a redução do limiar pode impulsionar a popularização de dispositivos de verificação de nível doméstico, consolidando ainda mais o Ethereum como a blockchain mais descentralizada e com o maior número de nós no mundo.

Embora a visão do Beam Chain não mude imediatamente o Ethereum, nem altere de forma significativa seu roteiro a longo prazo, ela mudará a ordem de prioridade do desenvolvimento do roteiro, acelerando o desenvolvimento de certos componentes. Por exemplo, algumas atualizações importantes no roteiro atual estavam previstas para serem implementadas em 2029, enquanto o Beam Chain pode acelerar a chegada dessas atualizações.

Se a Beam Chain obtiver apoio suficiente da comunidade, os desenvolvedores podem começar a elaborar as especificações no próximo ano, e em 2026 a equipe de desenvolvimento poderá escrever código de produção, seguido de testes em 2027, antes que possa ser implementado de forma segura na rede principal do Ethereum. Embora a implementação da Beam Chain pareça ainda estar a alguma distância, essas redundâncias de segurança são necessárias para um software de código aberto desenvolvido de forma descentralizada.

Em suma, a Beam Chain, através da abordagem ZK, resolveu de uma vez por todas a "dívida técnica" do passado, e essas melhorias prometem, ao manter a "descentralização de classe mundial" do Ethereum, melhorar significativamente suas funcionalidades L1.

Ao mesmo tempo, as soluções de longo prazo, como a resistência quântica introduzida pela nova abordagem, colocarão a camada de consenso do Ethereum em "modo de manutenção", garantindo que o Ethereum permaneça seguro, eficiente e adaptável nas próximas décadas, estabelecendo uma base para inovações futuras sem a necessidade de um redesenho disruptivo.

Ethereum continua a realizar um planeamento de longo prazo, o que é um progresso empolgante para toda a indústria de blockchain. Isto também nos proporciona uma base sólida para manter uma atitude otimista em relação ao Ethereum no atual ambiente de mercado em crescimento.