Introdução

O Trilema do Blockchain

Devido à sua descentralização, imutabilidade e transparência, a tecnologia blockchain tornou-se a base para a inovação em várias indústrias. No entanto, o bem-conhecido Trilema Blockchain tem desafiado consistentemente a sua adoção - a dificuldade de alcançar simultaneamente descentralização, segurança e escalabilidade. Esses três fatores são inherentemente interdependentes, tornando desafiador para os sistemas blockchain otimizar todos os três de uma vez.

• A descentralização garante que a rede blockchain opera de forma independente de qualquer entidade controladora única. No entanto, uma rede altamente descentralizada pode levar a uma eficiência de transação reduzida.
• A segurança é essencial para proteger a rede contra ataques maliciosos, mas aumentar a segurança muitas vezes requer recursos computacionais adicionais, o que pode retardar o processamento de transações.
• A escalabilidade foca em melhorar a velocidade e capacidade de transação, contudo, alcançar isso frequentemente vem ao custo de descentralização ou segurança.

À medida que as aplicações de blockchain se expandem, encontrar um equilíbrio ideal dentro do trilema tornou-se um desafio chave para desenvolvedores e pesquisadores.

Diagrama: O Trilema do Blockchain (Fonte: Página inicial de TI)

Roteiro do Ethereum

O cofundador da Ethereum, Vitalik Buterin, estabeleceu uma meta ambiciosa para a próxima fase de escalonamento de rede da Ethereum: exceder 100.000 transações por segundo. Em uma postagem de blog de outubro de 2024, ele refletiu sobre os primeiros dias da tecnologia blockchain, destacando duas estratégias de escalabilidade principais descritas no roteiro do Ethereum: protocolos Sharding e Layer 2 (L2).

• Sharding reduz o fardo sobre os nós individuais, permitindo-lhes verificar e armazenar apenas um pequeno subconjunto de transações, de forma semelhante à operação de redes peer-to-peer como o BitTorrent. Esta abordagem melhora a escalabilidade da rede distribuindo eficientemente a carga de trabalho.
• Os protocolos de camada 2 são construídos em cima da mainnet do Ethereum, mantendo os dados e cálculos fora da cadeia, ao mesmo tempo que herdam as garantias de segurança do Ethereum.

Diagrama: A Surge - Edição do Roteiro de 2023 (Fonte:Blog do Vitalik)

Significant progress has been made in Ethereum’s scaling strategy throughout 2024. However, several challenges persist:

• Rollups requerem largura de banda substancial de dados on-chain, o que significa que ainda dependem fortemente dos recursos da mainnet do Ethereum.
• Os sequenciadores centralizados nos rollups representam riscos de censura de transações e exploração de Valor Minerável Extraível (MEV).
• O ecossistema fragmentado da Camada 2 força os desenvolvedores a enfrentarem desafios de interoperabilidade e complexidades de tomada de decisão na Gate.io.

O blog de Vitalik enfatiza que a prioridade atual é refinar o roadmap centrado em rollup, garantindo ao mesmo tempo a resiliência e a descentralização da Camada 1 (L1) do Ethereum. Nesse contexto, surgiram novas inovações de escalonamento, como Based Rollups e Pré-confirmação:

• Sequenciadores Compartilhados: Fornecem um serviço unificado de ordenação de transações para várias cadeias de Camada 2. No entanto, como operadores de terceiros, eles introduzem preocupações de confiança e incentivo.
• Rollups baseados: Dependem do Ethereum L1 para sequenciamento de transações, simplificando a arquitetura e fortalecendo a descentralização. No entanto, a velocidade de finalização das transações ainda é limitada pelo tempo de bloco do Ethereum.
• Pré-confirmação: Oferece confirmação preliminar da transação monitorando a atividade da mempool antes da inclusão oficial em um bloco. Isso reduz significativamente os tempos de espera do usuário, desbloqueando novas possibilidades para melhorar a eficiência e a experiência do usuário.

O artigo de hoje mergulhará nos princípios técnicos da Pré-confirmação, seus casos de uso e como ajuda a alcançar um melhor equilíbrio entre eficiência e descentralização nas redes de Blockchain.

O que é Pré-confirmação?

O Conceito de Pré-confirmação

A pré-confirmação pode ser compreendida como um compromisso confiável com uma transação antes que seja oficialmente confirmada na blockchain. Esse mecanismo fornece um sinal de confirmação precoce, reduzindo os tempos de espera do usuário e melhorando a eficiência da transação. É particularmente útil em cenários de alto volume ou sensíveis ao tempo, onde o feedback rápido é crucial.

Pré-confirmação é semelhante a situações do mundo real onde um compromisso preliminar é dado antes da confirmação final:

• Reservas de restaurante: Quando você reserva uma mesa, o restaurante confirma sua reserva, mas a confirmação final acontece quando você chega. Isso é semelhante à pré-confirmação - uma prévia confiável de uma execução futura.
• Pedidos de Compras Online: Quando você faz um pedido, o status pode mostrar "Processando", o que significa que o comerciante recebeu sua solicitação e reservou o estoque. No entanto, a confirmação final requer verificação de pagamento e envio. Isso reflete a pré-confirmação da blockchain, onde uma transação é provisoriamente aprovada, mas ainda requer validação final.
• Reserva de voo: Após a compra de um bilhete, o seu assento é temporariamente reservado, representando uma pré-confirmação. A confirmação final ocorre durante o check-in. Da mesma forma, a pré-confirmação na Blockchain fornece um compromisso inicial com uma transação sem ser a sua confirmação final.

Conceito 0conf do Bitcoin

Nos primeiros dias do blockchain, a comunidade do Bitcoin explorou um conceito semelhante chamado "0conf" (transações de zero confirmação). Esta abordagem permitiu que as transações fossem temporariamente consideradas válidas antes de serem totalmente confirmadas no blockchain.

0conf foi particularmente útil para cenários de pagamento rápido que exigem processamento imediato de transações. No entanto, devido aos riscos de gastos duplos, onde atores maliciosos poderiam transmitir transações conflitantes, 0conf nunca se tornou uma solução mainstream.

Pré-confirmação baseada em cadeia do Ethereum

Em 2023, o pesquisador de blockchain Uri Klarman estendeu o conceito de pré-confirmação para o Ethereum, introduzindo a ideia de “pré-confirmação baseada em cadeia”. A inovação chave foi que os futuros pré-confirmadores herdam os registros de pré-confirmação anteriores, formando uma cadeia contínua de pré-confirmação que aumenta a confiabilidade da transação.

Naquele mesmo ano, a equipe Primev avançou ainda mais a tecnologia de pré-confirmação ao projetar mev-commit, uma plataforma destinada a coordenar o Valor Extrativo do Minerador (MEV). Ao integrar um mecanismo de leilão, o mev-commit tornou a pré-confirmação de transações mais eficiente e confiável.

Quais problemas a pré-confirmação visa resolver?

Na tecnologia blockchain — especialmente em sistemas baseados em Rollup — as ineficiências de confirmação de transações têm sido há muito tempo um grande ponto de dor para a experiência do usuário. Quando os usuários enviam transações na Camada 2 (L2), a confirmação final depende de postar dados de volta para a Camada 1 (L1). Esse processo introduz vários desafios, especialmente em cenários de negociação de alta frequência ou finanças descentralizadas (DeFi), tais como:

• Atrasos nas transações e Incerteza na confirmação
  Nos mecanismos Rollup, a confirmação final da transação de um usuário requer esperar pela geração do bloco L1. Esse processo pode ser atrasado devido à congestão de rede ou problemas de sequenciamento de transações. Por exemplo, nos Rollups Optimistas, a janela de desafio geralmente dura sete dias para evitar transações fraudulentas, causando atrasos em saques e reduzindo a liquidez. Enquanto os ZK Rollups oferecem confirmação mais rápida, a geração de provas de conhecimento zero requer recursos computacionais significativos.

• Perdas na Negociação de Alta Frequência
  Usuários de DeFi e arbitragem dependem da imediatidade das transações para aproveitar oportunidades de mercado. No entanto, quando a finalização da transação demora muito ou quando a ordem da transação muda, os usuários podem sofrer perdas financeiras.

• Problemas de confiança com sequenciadores centralizados
  A maioria dos Rollups depende de sequenciadores centralizados para ordenar transações, o que introduz riscos potenciais, como censura de transações e execução injusta de transações devido ao Valor Extratável de Mineradores (MEV).

A Solução Pré-confirmação

Pré-confirmação fornece uma confirmação inicial antes que as transações sejam oficialmente registradas na cadeia, abordando as questões mencionadas acima:

• Reduz o tempo de espera do usuário - Oferece feedback de status de transação em tempo real, minimizando a incerteza causada por atrasos.
• Aumenta a confiança do usuário - Permite que os usuários acompanhem o progresso da transação de forma mais transparente, aumentando a confiança na rede.
• Melhora a transparência da sequência de transações – Compromete-se com a ordem de transações antecipadamente, mitigando as perdas financeiras causadas por mudanças de ordem.

Diferenças Entre Mecanismos de Pré-Confirmação e Confirmação Tradicional

Conceito Básico e Operação

• Mecanismo de Confirmação Tradicional:

  • Uma transação é primeiro enviada para o mempool e, em seguida, os mineradores aguardam para incluí-la no próximo bloco. A transação só é considerada oficialmente confirmada quando o bloco é validado por meio de um mecanismo de consenso (como Prova de Trabalho (PoW) ou Prova de Participação (PoS)). Esse processo requer aguardar pelo menos o tempo de geração de um bloco.

• Pré-confirmação:

  • Após uma transação entrar na mempool, a probabilidade de ser incluída no próximo bloco é prevista com base em fatores como taxas de gás, prioridade e condições de rede. Os usuários podem receber um sinal de confirmação inicial em poucos segundos, sem precisar esperar pelo processo completo de geração de bloco.
  • Para melhorar a confiabilidade, os sequenciadores centralizados da Camada 2 (L2) (por exemplo, Rollups) podem fornecer compromissos, ou mecanismos de pré-confirmação on-chain podem ser utilizados.

Velocidade de Confirmação

• Mecanismo de Confirmação Tradicional:
• A confirmação da transação requer esperar pela geração do bloco e múltiplas confirmações.
• Uma vez que uma transação é incluída em um bloco, esse bloco se torna parte do Blockchain.
• À medida que mais blocos subsequentes são vinculados a ele, sua contagem de confirmação aumenta, tornando a transação mais segura.
• Congestionamento da rede ou atrasos no consenso podem retardar o processo.

Confiabilidade de Confirmação

• Mecanismo de Confirmação Tradicional:

  • Alta confiabilidade - Uma vez que uma transação é confirmada várias vezes, ela é praticamente irreversível e imutável, tornando-a ideal para aplicações de alta segurança.
  • Garantia de finalidade - A confirmação é respaldada pelo mecanismo de consenso da blockchain e, uma vez que uma transação atinge um certo número de confirmações, é quase impossível reverter.

• Pré-confirmação:

  • Compromisso inicial apenas - Ele fornece uma previsão de que a transação é "provável" de ser incluída no próximo bloco, mas não garante a finalidade.
  • Risco de reordenação ou cancelamento - Se as condições de rede mudarem ou o sequenciador se comportar de forma diferente, a transação ainda pode ser descartada ou repriorizada. Adequado para cenários de alta velocidade onde a finalidade é menos crítica.

Custos de Tecnologia e Implementação

• Mecanismo de Confirmação Tradicional:
  • Depende inteiramente do mecanismo de consenso do blockchain.
• Pré-confirmação:
  • Requer uma extensa análise de dados da mempool, algoritmos de ordenação de transações e sequenciadores confiáveis.
  • Precisa de mecanismos de fallback no caso de falha na pré-confirmação.

Tabela: Comparação entre Mecanismo Tradicional e Pré-confirmação (Fonte: Auto-compilado)

Estudo de caso: Pré-confirmação no Taiko

Aprimorando Eficiência e Descentralização com o Mecanismo de Pré-confirmação da Taiko

Taiko é um projeto descentralizado de Rollup ZK-EVM construído na Ethereum. Seu design central concentra-se em alcançar total compatibilidade com a Ethereum, ao mesmo tempo que aproveita um mecanismo de pré-confirmação e um sistema de proponentes descentralizado para abordar questões de eficiência e equidade de transações.

(Source: Site Oficial da Taiko)

Visão geral do Taiko

• Experiência do Usuário Sem Costuras - O EVM da Taiko é totalmente compatível com o Ethereum, não exigindo recompilação ou alterações nas ferramentas de desenvolvimento. Os desenvolvedores podem usar contratos inteligentes e ferramentas existentes do Ethereum sem modificações.
• Comunidade-Driven – Taiko é totalmente de código aberto, permitindo que a comunidade use e modifique livremente seu código, promovendo a descentralização e a participação da comunidade.
• Abordagem de segurança em primeiro lugar – Como um pacote cumulativo baseado em Ethereum, o Taiko apresenta uma rede descentralizada e sem permissão de proponentes e proversores, herdando a segurança e a descentralização do Ethereum.
• Sequenciamento Baseado em Ethereum - O Taiko utiliza um mecanismo de sequenciamento de transações baseado em Ethereum, onde os validadores do Ethereum lidam com a ordenação de transações. Isso garante simplicidade ao mesmo tempo que mantém a vivacidade e neutralidade com minimização de confiança do Ethereum.

Mecanismo de Pré-confirmação do Taiko

O mecanismo de sequenciamento baseado em Taiko permite que os validadores do Ethereum participem diretamente da ordenação de transações da Camada 2 (L2). Os validadores podem conectar o ETH à rede Taiko usando o serviço de ponte da Taiko para fornecer pré-confirmação instantânea, aprimorando a imediatez das transações e a experiência do usuário, ao mesmo tempo em que mantêm a descentralização e a segurança.

Modelo Rollup Contestável Baseado em Taiko (BCR)

Taiko adota o modelo Based Contestable Rollup (BCR), projetado para garantir justiça e transparência por meio de um sistema aberto e sem permissão:

• ✅ Totalmente sem permissão e descentralizado - Qualquer pessoa pode participar no sistema Taiko sem permissões especiais, garantindo um alto grau de descentralização.
• ✅ Modelo de Proponente Competitivo - Os proponentes competem pelo Valor Máximo Extraível (MEV) e outros incentivos econômicos, ao mesmo tempo que assumem responsabilidade operacional, melhorando a eficiência e estabilidade do sistema.
• ✅ Sequenciamento Integrado do Ethereum - Taiko elimina a necessidade de um sequenciador centralizado ao compartilhar o mesmo papel dos proponentes de bloco do Ethereum, dependendo totalmente da infraestrutura do Ethereum.
• Mecanismo de Eleição de Líder ✅ - Em qualquer momento dado, apenas um proponente é eleito como líder, concedendo a ele direitos exclusivos para finalizar um bloco. Isso evita desperdício de recursos e conflitos.

Nota: Atualmente, Taiko usa SGX como prova de Ambiente de Execução Confiável (TEE), RiscZero e SP1 para Provas de Conhecimento Zero (ZKP), e Guardian (verificação de assinatura múltipla) pela Taiko Labs. Mais detalhes podem ser encontrados em Documentação do Taiko.

Exemplo: Processo de Taiko Baseado em Rollup Contestável

Visão Geral do Processo:

Proposta de Bloco - Um proponente envia um novo bloco.

Envio de Prova Primária - Um provador de primeiro nível (por exemplo, usando SGX TEE) envia uma prova de validade para o bloco e fornece um depósito TAIKO como garantia.

Período de Refrigeração e Desafio (~4 horas) - Durante este tempo, qualquer pessoa pode desafiar a prova de validade, enviando seu próprio depósito (por exemplo, "Cindy" no diagrama).

Verificação Avançada de Prova – Um provador de nível superior (por exemplo, usando ZKPs da RiscZero ou Succinct) verifica a correção da prova principal.

Resultado & Incentivos:

• Se a prova primária estiver correta → O provador primário recebe o reembolso do depósito e ganha uma recompensa, enquanto o desafiante perde seu depósito.
• Se a prova primária estiver incorreta → O desafiante recebe o reembolso do depósito e ganha uma recompensa, enquanto o provador primário perde seu depósito.

Esse mecanismo de prova de várias camadas garante que qualquer pessoa possa desafiar provas em diferentes níveis, aumentando a segurança e descentralização do sistema.

Diagrama: Exemplo do Processo de Rollup Contestável da Taiko (Fonte:Documentação do Rollup Contestável da Taiko)

Conclusão

A tecnologia de pré-confirmação está surgindo como uma solução chave para melhorar a eficiência das transações em Blockchain e a experiência do usuário. Enquanto os mecanismos tradicionais de confirmação de transações oferecem alta segurança e confiabilidade, eles sofrem com longos atrasos e baixa eficiência, tornando-os inadequados para negociações de alta frequência e aplicações em tempo real, como pagamentos. A pré-confirmação, com sua abordagem de feedback rápido e compromisso preliminar, ajuda a mitigar essas limitações, oferecendo aos usuários uma experiência de transação mais imediata e transparente.

Por exemplo, o projeto Taiko integra um modelo competitivo Rollup para equilibrar a descentralização e a eficiência. Além disso, a estrutura de prova de várias camadas do Taiko e o mecanismo de eleição de líderes garantem justiça e segurança por meio de incentivos econômicos e competição transparente, servindo como uma referência valiosa para futuros designs de escalabilidade de Blockchain.

No entanto, a pré-confirmação não é uma solução perfeita. A confiabilidade das confirmações iniciais e o risco de revogação da transação ainda requerem mais otimizações técnicas e mecanismos de fallback. A inovação contínua é necessária para aprimorar as experiências de transação ao mesmo tempo em que se aborda o trilema do blockchain de descentralização, segurança e escalabilidade.

Além da mera inovação técnica, a pré-confirmação é uma ferramenta de construção de confiança que pode acelerar a adoção da Blockchain. À medida que a tecnologia de pré-confirmação se expande além da negociação de alta frequência para os pagamentos do dia a dia, a Blockchain se tornará mais integrada à vida diária, ajudando a realizar a visão da inclusão financeira global.