Tudo Que Você Sempre Quis Saber Sobre a Merge do Ethereum

Contexto Importante para Entender "The Merge" (A Fusão)

Para entender completamente o que é "The Merge", vamos cobrir os principais conceitos.

Mecanismos de Consenso

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Notou todos esses zeros iniciais? Os mineradores devem fazer um trabalho imenso para encontrar esses resultados que iniciam com múltiplos zeros.

Para rever o algoritmo de mineração PoW:

1. Reúna um monte de transação não confirmada.
2. Construa com eles um bloco "candidato".
3. Colete o conteúdo dos dados desse bloco usando uma ferramenta SHA256.
4. A produção de hash produziu zeros iniciais suficientes? (ou seja, estava abaixo da dificuldade de destino habilitada para rede desejada?)
5. Se sim, você ganhou! Você encontrou uma proof-of-work válida. Envie este bloco à rede e seja recompensado. Volte ao passo 1 e repita.
6. Caso contrário, repita o passo 4.

Os mineradores competem uns contra os outros para encontrar blocos o mais rápido possível. O algoritmo acima é repetido bilhões a trilhões de vezes pelos mineradores a cada bloco. Matematicamente, ao encontrar um resultado com zeros iniciais suficientes (o seja, resultado com alvo baixo o suficiente) um minerador pode provar que trabalhou para proteger o sistema e assim ser recompensado (no momento, a recompensa do bloco do Bitcoin é de 6,25 BTC, e a recompensa de bloco do ETH é de 2 ETH mais as taxas de transação.

O sistema PoW do Ethereum funciona exatamente da mesma maneira. Se você quiser adicionar blocos à cadeia e ser recompensado por fazê-lo, você deve investir num hardware que executa o algoritmo PoW trilhões de vezes.

Então, é assim que funciona o modelo proof-of-word. Os mineradores gastam muita energia e tempo competindo para encontrar um proof-of-work válido, um processo que serve para assegurar a rede e alcançar o consenso.

Há Muitos Níveis de Consenso

O processo descrito acima é apenas um algoritmo que é executado pelo software de mineração, o Ethereum client. A teoria dos jogos nos obriga a considerar fatores externos apenas ao software. As redes de blockchain, como fortes impulsionadoras da atividade social e econômica, transcendem para os sistemas da vida real. Por exemplo, um minerador PoW deve usar capital para:

1. Comprar equipamentos de hardware;
2. Acessar eletricidade barata em abundância;
3. Possuir WiFi forte;
4. Configurar um espaço e infraestrutura para abrigar máquinas, evitando superaquecimento e poeira.

Todos esses riscos são considerados para uma pessoa se tornar um "minerador" no sistema PoW. Todos esses itens são obrigatórios para que você tenha tudo o que é necessário para apresentar proofs of work válidas e manter a rede segura. No proof-of-work, os mineradores provam que eles colocam seu capital em risco ao gastar energia.

Proof-of-Stake = Outro Mecanismo de Consenso

O proof-of-work é apenas um de muitos mecanismos de consenso que existem para coordenar as redes descentralizadas É o mecanismo de consenso que ficou popular com o Bitcoin e foi copiado pelo Ethereum.

Mas o Ethereum sempre foi projetado para que seu consenso proof-of-work fosse temporário.

Antes de falarmos sobre The Merge, vamos entender o que é proof-of-stake, ou PoS.

Proof-of-stake é um mecanismo de consenso que, como o PoW, é usado para fornecer à rede blockchain os aspectos devidos pelos mecanismos de consenso, como, principalmente:

1. Segurança da rede (sem fraude, sem gasto duplo, sem ataque de 51%)
2. Uma maneira dos nós concordarem qual é a cadeia "verdadeira".

Tezos é uma rede em produção que usa PoS; você deve fazer stake (ou seja: bloquear) 6.000 $XTZ (o token nativo da rede Tezos) para se tornar um "baker", o termo que a Tezos utiliza para "validador" e"minerador." Colocar o capital em risco para apoiar uma rede, com base na teoria dos jogos, incentiva os agentes a serem árbitros honestos da rede, caso contrário, seus investimentos não serão rentáveis.

Ethereum + Proof-of-Stake

O Ethereum foi projetado para usar o proof-of-work temporariamente: os criadores sempre planejaram mudar para proof-of-stake. O proof-of-work se mostrou um modelo de sucesso no consenso para o Bitcoin, sendo assim utilizado como mecanismo pelo Ethereum, enquanto se arquitetava o projeto completo do Ethereum como proof-of-stake, com um plano para implementá-lo na hora certa, quando o sistema estivesse totalmente estudado, sem problemas e pronto.

Para se tornar um validador no Ethereum, você deve fazer stake de 32 $ETH (o token nativo da rede Ethereum) e executar o Ethereum client em uma máquina de alto tempo de atividade na Internet (até mesmo um laptop!). Ao fazer isso, você sinaliza para a rede que você irá verificar e criar blocos honestamente. Por que? Porque é do seu próprio interesse fazer isso. Se você for desonesto você perderá as recompensas do validador e poderá até mesmo perder seu stake - o valor do próprio token pode começar a cair, ou seja, você ataca a si mesmo.

Conceitos Conhecidos do Ethereum PoS vs Ethereum PoW

• Um bloco em PoW é adicionado à cadeia por aquele que resolver o problema alvo de dificuldade do hashing. Um bloco em PoS é adicionado à cadeia selecionando um nó de validação aleatório para propor um bloco. Um segundo conjunto de validadores é então escolhido aleatoriamente para verificar o bloco proposto pelo validador.
• O Ethereum PoW tem "mineradores" responsáveis por verificar e adicionar os blocos. O PoS do Ethereum possui "validadores" responsáveis pela verificação do bloco e por adicioná-lo. Os mineradores ganham recompensas por encontrar uma solução válida para o alvo de hash, os validadores ganham recompensas ao construir um bloco quando escolhidos aleatoriamente para fazê-lo.
• Para adicionar blocos, o Ethereum PoS não requer alto consumo de energia, enquanto o Ethereum PoW requer uso extremo de energia a fim de realizar cálculos de hash rapidamente. Estimativas colocam o uso de energia necessária para PoS em cerca de 99,95% a menos que o PoW.
• O capital em jogo no PoW é o tempo da pessoa, assim como o hardware e a eletricidade. O capital em jogo no PoS é o tempo da pessoa + seus 32 ETH. Considerando a teoria dos jogos, os agentes honestos ganham mais do que os desonestos.
• A taxa de blocos PoW é determinada pela dificuldade da rede, normalmente determinada por um tempo específico - que pode ser maior ou menor. Um alvo de hash válido pode levar um tempo variável para ser localizado. A taxa de blocos PoS tem um tempo definido. O tempo do PoS do Ethereum é dividido em slots (12 segundos) e epochs (32 slots). Há vários mecanismos que funcionam com base neste tempo determinado, por exemplo, em cada slot, um comitê de validadores é selecionado aleatoriamente e encarregado de votar se o bloco proposto por outro validador aleatório é válido.

Termos e Conceitos do Ethereum + PoS

• Validador: como validador, você será responsável por armazenar dados, processar transações e adicionar novos blocos na blockchain. Para fazer isso é necessário fazer stake de 32 $ETH + hardware ativo + software client. Os validadores devem deter hardware e conexão com a internet suficientes para ganhar recompensas através da validação/proposta de blocos.
• Slashing: o comportamento malicioso de um validador pode resultar em seu stake ser "slashed", ou subtraído, em quantidades cada vez maiores (lembre-se que você pode sofrer um slashed até mesmo por comportamentos não maliciosos como o seu nó ficar offline!).
• Slot: 12 segundos.
• Epoch: 32 slots.
• Mainnet: A atual cadeia "verdadeira" do Ethereum que funciona no consenso PoW. Ao contrário de uma rede de teste como a Göerli, o Ether vale muito dinheiro na mainnet.
• Ethereum client: um software executado pelos nós do Ethereum que consiste em duas camadas: execução e consenso. O nó executado no client pode ser um nó completo ou um nó de mineração.
• Camada de execução: a camada do Ethereum client responsável pela gestão e execução das transações. É aqui onde o EVM executa os códigos de operação e lógica de programação. Os clients de execução incluem: Geth, Erigon e Nethermind.
• Camada de consenso: camada do Ethereum client responsável pelo consenso. É aqui onde moram as regras sobre o que torna um bloco ou transação válida. Os clients do consenso para a Beacon Chain incluem Lighthouse, Prysm e Teku.
• A Beacon Chain: blockchain separada de proof-of-stake criada em 1º de dezembro de 2020. Ela existe completamente paralela à Mainnet do Ethereum e está em produção desde sua criação, sendo usada para testes. Assim que estiver pronta, ela se tornará o novo mecanismo de consenso para executar as futuras transações do Ethereum.

Ok, Então, O Que É The Merge?

Com os termos e contextos importantes apresentados acima, será mais fácil entender o que está acontecendo com "The Merge".

A transição do Ethereum para proof-of-stake originalmente foi dividida em duas partes principais (excluindo os hard forks como Berlin e London, que ocorreram como atualizações gerais para a pré-Merge do Ethereum):

1. Lançamento da Beacon Chain. A Beacon Chain é uma blockchain PoS paralela que foi usada para realizar testes sem afetar a Mainnet do Ethereum ou as centenas de bilhões de dólares que existem nela. Outra razão importante para o lançamento da Beacon Chain antes da fusão oficial foi dar tempo suficiente para os interessados fazerem stake, uma vez que é necessário que haja ETH em stake para proteger a rede. No momento que escrevemos este artigo, a Beacon Chain possui 14.000.434 ETH.
2. The Merge. A fusão da camada de consenso da Beacon Chain com o EVM da Mainnet do Ethereum.

The Merge irá efetivamente mudar a maneira como o Ethereum clients agrupam as camadas de execução e de consenso, separando-as em seus próprios Clients. Isso significa que um nó completo de PoS do Ethereum pode executar um client com: Geth (execução) + Lighthouse (consenso) —  ou qualquer variação possível do client de execução/consenso. E tudo isso é feito em tempo real.

Ok, The Merge É a Etapa Final da Atualização do Ethereum para Proof-of-Stake, Mas o Que Isso Quer Dizer?

Então, é isso. Após ler este artigo, você deve estar familiarizado com todos os termos e conceitos importantes relacionados a sistemas de consenso de blockchain, em particular, proof-of-work e proof-of-stake. Quando alguém pergunta a você qual é a The Merge, a resposta natural deve ser: "A etapa final no processo de transição do Ethereum de PoW para o modelo de segurança PoS."

Esta mudança é arriscada? Claro! Proof-of-work é um modelo de segurança testado que tem dado ao Bitcoin um tempo de atividade quase perfeito por quase duas décadas. O proof-of-stake, por outro lado, é um modelo de segurança relativamente novo e mais complexo. Resta ver se o modelo conseguirá proteger as centenas de bilhões de dólares na rede Ethereum.

Assim que o Ethereum alcançar seu proof-of-stake, muitas outras atualizações já programadas devem ajudar o Ethereum a aumentar o escalonamento e a descentralização. Estes próximos marcos incluem:

1. The Merge: o encerramento do Ethereum PoW e o começo do Ethereum PoS (a ser lançado em 15 de setembro)
2. The Surge: sharding (fragmentação) para ajudar na escalabilidade, particularmente dos rollups (não há data definida)
3. The Verge: "clients" sem estado, tornando os nós do Ethereum mais fácies de serem executados (não há data definida)
4. The Purge: exclusão de dívida técnica + exclusão de histórico de dados (não há data definida)
5. The Splurge: recursos extras (não há data definida)

O que você acha? A "atualização" do Ethereum para um novo modelo de segurança funcionará? Eles deviam ter ficado com o consenso PoW, dado que esse é um modelo de segurança aparentemente mais confiável? Isso aumentará a adoção geral do Ethereum ou o prejudicará no longo prazo?

Um agradecimento especial ao CryptoPunk 6068 por emprestar sua experiência para escrever este artigo.