Depois que o Ethereum foi lançado com sucesso em 2015, ele deu de cara com alguns problemas que o impediam de atingir todo o seu potencial. A alta demanda levou a uma rede congestionada com custos altos de transação, o crescimento rápido deixou difícil o processo de rodar um node e o mecanismo de consenso Proof-of-Work não estava tornando o Ethereum sustentável.

Para combater esses problemas, o Ethereum decidiu fazer upgrades na sua rede e dividiu esses upgrades em 5 fases, a saber; o Merge, Surge, Verge, Purge, Splurge

Vale notar que essas fases estão acontecendo em paralelo e não em sequência.

O Merge

A primeira fase do grande plano do Ethereum para escalar aconteceu em 15 de setembro de 2022 e marcou a transição do Ethereum do modelo Proof-of-Work, que consome muita energia, para o modelo Proof-of-Stake, que é verde.

O que aconteceu no merge foi que a mainnet, que era a camada de execução do Ethereum rodando em PoW, foi unida à Beacon Chain, que é a nova camada de consenso PoS. Agora a rede é protegida por ETH em staking.

A Beacon Chain

A Beacon Chain foi lançada em 1º de dezembro de 2020. Ela era a blockchain PoS que rodava ao lado da blockchain Ethereum PoW. Ela foi criada para testar a lógica do Proof-of-Stake, garantindo que ela era sólida antes de ser integrada à Mainnet. Agora que o Merge aconteceu, não existem duas blockchains, mas só uma Ethereum Chain PoS.

Resultados do Merge

Mais sustentabilidade -A reestruturação fundamental do Ethereum reduziu o consumo de energia em 99,95%, o que agora torna o Ethereum mais sustentável. Essa reestruturação também tornou possível que o Ethereum receba upgrades. Mais segurança - O Proof of Stake democratizou a participação na rede e isso leva a um nível maior de segurança. O Merge agora possibilita que qualquer pessoa com uma conexão com a internet e saldo suficiente de ETH participe da rede. O Ethereum tem mais validadores do que todas as blockchains PoS juntas, e a quantidade de ETH em staking torna o Ethereum praticamente caro demais para ser atacado. Redução na oferta de ETH - No modelo PoW, a quantidade de ETH liberada em circulação era de cerca de 13.000 ETH por dia (recompensas de mineração), mas agora que o Merge aconteceu, estima-se que a quantidade de ETH liberada em circulação seja de cerca de 1.600 ETH por dia (recompensas de staking). Isso reduz a emissão de novos ETH em aproximadamente 90%. Além disso, o Ethereum planeja queimar cerca de 1.600 ETH todos os dias.

O Surge

A fase do surge é a fase em que o Ethereum introduz o sharding. O conceito de sharding não é exclusivo do mundo blockchain, na verdade ele é um conceito da ciência da computação em que um banco de dados é dividido em partes menores, conhecidas como shards, para reduzir a carga sobre o banco de dados principal.

O objetivo do sharding, é aumentar a velocidade das transações e também reduzir o congestionamento da rede.

No caso do Ethereum, quando o sharding for feito, a rede vai se dividir em 64 shards e cada shard funciona como uma mini blockchain com o seu próprio estado, saldos de contas e smart contracts.

Os validadores não vão mais precisar verificar cada transação transmitida na rede Ethereum, em vez disso, eles vão se concentrar em verificar novos blocos nos seus próprios shards, e depois disso um comitê de 128 validadores confirma na chain principal.

Características do sharding

Todo mundo pode rodar um node - Com o sharding implementado, dá para escalar sem abrir mão da descentralização, porque os requisitos de hardware diminuem. Como os validadores não precisam mais armazenar todos os dados do banco de dados do Ethereum, o custo de armazenar dados cai.

Mais participação na rede - O sharding permite transações mais rápidas porque a rede é dividida em partes menores. Isso significa que as transações podem ser processadas de forma mais rápida e eficiente.

Versões das shard chains

Versão 1: Disponibilidade de dados - Por causa dos requisitos de hardware mais baixos, qualquer pessoa pode rodar o Ethereum usando o seu computador pessoal ou celular. Isso reduz a barreira de entrada e aumenta a segurança da rede, já que agora qualquer um pode participar.

Versão 2: Execução de código - Nesta versão, funcionalidades extras são adicionadas às shard chains para deixá-las bem mais parecidas com a mainnet. Elas vão conseguir executar código, processar transações e ter o seu próprio conjunto de saldos de contas e smart contracts. Também vai existir comunicação entre shards. A necessidade de fazer o upgrade das shard chains da versão 1 para a 2 está sendo debatida na comunidade, considerando o ganho que a versão 1 oferece (ou seja, 100.000 transações por segundo) No início, o Ethereum pensou em fazer o sharding antes do merge, mas com o crescimento das soluções de escalabilidade L2, ficou claro que a transição para PoS era mais importante. O Ethereum sem rollups faz entre 15-40 tps, os rollups sozinhos fazem 1.500-4.000 tps, mas quando o sharding é combinado com o poder dos rollups, podemos chegar a cerca de 100.000 tps.

O Verge

O Verge é a fase em que as verkle trees são introduzidas. As verkle trees são um upgrade poderoso das Merkle trees. O Verge tem como objetivo otimizar o armazenamento e também reduzir o tamanho dos nodes. Para dar contexto, precisamos entender o que são Merkle trees.

O que são Merkle trees

As Merkle trees podem ser descritas como uma árvore binária que usa algoritmos de hash criptográfico. Elas verificam de forma eficiente a correção dos dados e, ao mesmo tempo, reduzem os requisitos de memória da verificação. Uma grande vantagem das Merkle trees é que, comparadas a outras estruturas de dados, elas ocupam menos espaço.

Hoje o Ethereum usa uma Merkle tree chamada Merkle Patricia tree, que fornece uma estrutura de dados que pode ser usada para armazenar todos os vínculos de chave e valor e é autenticada criptograficamente.

O que são Verkle trees

As Verkle trees são muito parecidas com as Merkle trees, mas a sua característica mais importante é a eficiência no tamanho das provas. Uma Merkle tree vai precisar de cerca de 1 kilobyte para fornecer uma prova para uma árvore com 1 bilhão de pontos de dados, mas uma Verkle tree vai precisar de menos de 150 bytes. Usando funções polinomiais, as Verkle trees descrevem os dados com Polynomial Commitments.

Por causa do seu tamanho de prova superior, as Verkle trees reduzem a quantidade de criptografia complexa necessária e também criam uma oportunidade de deixar a blockchain do Ethereum mais eficiente e escalável.

O Purge

O Purge é visto como a fase de limpeza, em que dados históricos são removidos para reduzir o congestionamento da rede. Vitalik disse que o purge tem como objetivo reduzir a quantidade de espaço que você precisa ter no seu disco rígido, tentando simplificar o Ethereum e não exigindo que os nodes armazenem o histórico.

Como mencionado antes, a redução nos requisitos de hardware vai aumentar a descentralização e, como consequência, reforçar a segurança da rede.

O Splurge

Vitalik vê esta fase como “a parte divertida”. ela tem como objetivo fazer a rede rodar sem problemas depois que todos os outros upgrades tiverem acontecido.

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Conclusão

No futuro, quando o Ethereum estiver 100% completo, ele vai parecer uma agregação de blockchains L2, protocolos de disponibilidade de dados e side-chains. O futuro do Ethereum é brilhante, e eu estou empolgado.