Estudo Sobre os Riscos dos Sequenciadores

Nota importante: Se você já sabe algo sobre por que existem sequenciadores, pule para a segunda parte do artigo.

Vamos começar com a escalabilidade da Camada 1 (L1)

De acordo com o trilema da blockchain, também conhecido como triângulo impossível, é necessário processar vários nós, transmitir transações e, finalmente, chegar a um consenso, o que resulta em uma blockchain com pouca escalabilidade, mas que garante sua segurança. Sob essa premissa, a escalabilidade se torna o grande desafio.

Triângulo Impossível da Blockchain: Decentralização, Escalabilidade, Segurança.

Existem duas soluções de escalabilidade convencionais disponíveis, vamos explorá-las.

Escalabilidade da Camada 1

Um projeto bem conhecido é a solução EthStorage, que visa escalar o armazenamento na rede nativa.

Escalabilidade da Camada 2 

A escalabilidade da camada 2 se concentra na separação da camada de execução e na implementação de soluções de Disponibilidade de Dados (DA). As soluções comuns incluem:

• Rollup: como Op, Arb e Scroll
• DA: como Celestia.

Ao separar a camada de execução do Ethereum e processar todas as transações em um ambiente dedicado, módulos independentes podem aproveitar soluções otimizadas para melhorar ainda mais o desempenho. Além disso, o design da Camada 2 do Ethereum enfraquece a solução para o trilema da blockchain. Em outras palavras, ao mesmo tempo em que amplia seu desempenho, ele também obteve segurança equivalente à do Ethereum em grande medida.

Agora, vamos saber mais sobre os sequenciadores, componentes vitais para a segurança da Camada 2.

Sequenciadores da Camada 2

Em termos simples, um sequenciador é responsável por publicar o estado da Camada 2 para os participantes da Camada 1. Sua tarefa também envolve determinar a ordem canônica das transações na Camada 2 e enviar registros. 

Suas taxas podem ser obtidas quando os usuários pagam por transações da Camada 2. Deve-se observar que os sequenciadores não existem necessariamente na Camada 2 e os usuários podem optar por enviar os dados de forma independente.

Roll-ups da camada 2

Há dois tipos de sequenciadores:

• Sequenciadores centralizados (mainstream): únicos e centralizados
• Sequenciadores descentralizados (o foco da próxima fase): multi-nós e distribuídos

As fontes de receita dos sequenciadores são:

• Taxas de gás da camada 2: semelhantes às taxas de gás no Ethereum, todas as transações executadas na camada 2 exigem gás e são calculadas da mesma maneira.
• Taxas de dados de chamada/segurança da Camada 1: Para cobrir o custo de publicação de transações de volta ao Ethereum, sequenciadores ou remetentes de lote na Camada 2 precisam de gás para pagar por esse processo de envio. O custo compartilhado por cada usuário diminui à medida que mais usuários aderem, o que é um dos principais motivos por trás das taxas de gás mais baixas da Camada 2.
• Taxas adicionais: Após a atualização EIP-4844 do Ethereum, um novo tipo de gás será introduzido pela primeira vez. Isto enriquecerá os futuros ajustes no modelo de receitas.

Conforme mencionado acima, os sequenciadores não são obrigatórios na Camada 2. Um dos principais motivos para adotar um sequenciador na Camada 2 é que eles melhoram a experiência do usuário. Especificamente, quando um sequenciador confiável, escalável e econômico for introduzido como camada de transação, os usuários poderão aplicar vários aplicativos descentralizados (dApps) de maneira mais segura, confiável e eficiente. Isto conduz à adoção generalizada da Web3 e pode minimizar os custos para o usuário.

Contudo, deve-se notar que os sequenciadores, especialmente os centralizados (muitas vezes operados pelo proprietário do projeto), representam riscos de segurança. Nas seções a seguir, nos concentraremos na análise de alguns riscos associados aos dois tipos de sequenciadores.

Riscos e Desafios Enfrentados pelos Sequenciadores

1. Problemas relacionados aos sequenciadores centralizados

Atualmente, a maioria das soluções de Camada 2 dependem de sequenciadores centralizados cujos riscos podem advir de ataques externos e das suas próprias vulnerabilidades ou comportamentos maliciosos impulsionados por incentivos económicos. As principais questões são as seguintes:

• Ponto Único de Falha (SPOF)

Todas as máquinas físicas são suscetíveis a falhas. Embora a probabilidade seja baixa, isso afetará extensivamente a enorme base de usuários da Camada 2 quando ocorrer.

• Ataques

Qualquer host na Internet pode sofrer vários ataques, e os sequenciadores de nó único não são exceção. Se um hacker lançar ataques de inundação ou outros tipos de ataques de negação de serviço, o sequenciador de nó único ficará indisponível. Comparado ao ataque a múltiplas máquinas em um sequenciador descentralizado, o custo de atacar um sequenciador de nó único é muito maior.

• Performance

Tanto os sequenciadores tipo ZK quanto os tipo OP inevitavelmente enfrentam problemas de desempenho:

Problemas relacionados aos sequenciadores tipo ZK:

• Complexidade computacional: A utilização de Provas de Conhecimento Zero (ZK) para verificar a exatidão e a validade das transações requer tempo e recursos computacionais substanciais. Isso pode resultar em atrasos no processamento de transações e em altos custos computacionais. Só podemos contar com o desenvolvimento de hardware para resolver esses problemas.
• Dependência verificável: Rollups ZK dependem de entidades externas para verificação de contrato. A verificação externa do contrato é necessária para validar a exatidão das provas ZK. Isso envolve o risco de ataques contratuais.

Problemas relacionados aos sequenciadores tipo OP:

• Atraso e incerteza nas transações: Durante a execução das transações, os rollups otimistas mantêm a suposição otimista de que todas as transações são válidas e não resultarão em disputas. No entanto, se houver disputas ou transações inválidas, todo o sistema pode necessitar de reversão e reexecução, conduzindo a um certo nível de incerteza e atraso no processamento. Durante o atraso, também existe a probabilidade de atividades maliciosas.

Baixa Resistência à Censura

Diferente dos milhares de nós distribuídos no Ethereum, os sequenciadores centralizados podem não garantir que as transações dos usuários serão eventualmente incluídas na rede principal. Os sequenciadores controlados por diferentes entidades podem excluir seletivamente transações devido a políticas e leis relevantes.

Existem também muitos outros mecanismos utilizados para melhorar a resistência à censura, tais como saque forçado, canais de fuga, listas de inclusão e criptografia de limite. No entanto, a baixa resistência à censura continua a ser uma questão inevitável e também um risco incerto no desenvolvimento futuro.

Potencial para Suborno

Embora um sequenciador de nó único não possa aumentar ou modificar maliciosamente as transações normais dos utilizadores, a sua falta de transparência significa que suborno pode passar despercebido pelos utilizadores. Os resultados registrados na Camada 2 podem não ser os mesmos registrados simultaneamente na Camada 1. 

Durante o período de janela simultânea, vários eventos inesperados podem ocorrer.

Valor Máximo Extraível dos Mineradores (MEV)

Os mineradores (validadores ou sequenciadores) podem lucrar com sua capacidade de incluir, excluir ou reordenar arbitrariamente transações dos blocos que produzem. MEV é uma medida do lucro. Os mineradores devem ser capazes de priorizar as transações para proteger blockchains não autorizadas contra spam e ataques DoS. 

Em termos simples, os empacotadores ganham dinheiro interrompendo a execução de transações pendentes. Os métodos comuns (empregados pelos proprietários do sequenciador ou em cooperação com terceiros) incluem:

1. Arbitragem DEX: O preço pode variar de uma corretora descentralizada (DEX) para outra. Com as transações atômicas da blockchain, pode-se comprar em uma DEX com preço menor e vender em outra com preço maior, conseguindo uma arbitragem sem risco.
   
2. Liquidação de empréstimos: De acordo com o protocolo de empréstimo, quando o índice de garantias cai abaixo de um limite predefinido, o protocolo normalmente permite que qualquer pessoa liquide a garantia e reembolse imediatamente o credor.
   
   Durante a liquidação, os mutuários muitas vezes precisam pagar taxas de liquidação substanciais, parte das quais vai para o liquidatário. O que também apresentará uma oportunidade para o MEV. Os proprietários do sequenciador ou seus colaboradores podem realizar liquidações a um custo menor e vender os ativos liquidados a um preço mais elevado, garantindo lucros.
   
3. Operação Antecipada: Quando pioneiros detectam uma transação lucrativa, eles enviam a mesma transação com uma taxa mais alta, o que permite que essa segunda transação enviada seja incluída no bloco antes da transação original. Ao fazer isso, quem chegar primeiro obterá lucros.
   
   A execução antecipada não significa simplesmente reenviar a mesma transação. Em sentido amplo, envolve inserir uma transação antes de outra para obter lucros.
   
4. Back running: Para corretoras descentralizadas (DEXs) que adotam o mecanismo Criador de Mercado Automatizado (AMM), as transações em grande escala podem resultar em uma derrapagem significativa. Após a ocorrência de transações em grande escala, o mercado perderá o equilíbrio. É aí que os proprietários do sequenciador ou seus colaboradores podem adicionar transações para comprar ativos a um preço inferior ao preço de equilíbrio do mercado.
   
5. Negociação Sanduíche (sandwich trading): é uma mistura dos dois pontos anteriores, ou seja, quem chega primeiro e quem sai primeiro. Especificamente, os proprietários de sequenciadores ou seus colaboradores podem comprar um ativo por um preço baixo antes de uma transação em grande escala. Quando a transação em grande escala aumenta o preço, eles vendem a um preço elevado para garantir lucros substanciais.

No contexto da centralização de sequenciadores, os proprietários do sequenciador podem manipular facilmente a lógica para maximizar seus lucros. Os dois primeiros MEVs podem fornecer liquidez ao mercado e ajudá-lo a regressar rapidamente ao equilíbrio. No entanto, os dois últimos MEVs maliciosos prejudicam os interesses do usuário. A operação antecipada e a negociação sanduíche podem levar a uma experiência do usuário ruim e a perdas mais graves. 

Pesquisadores competitivos de MEV envolvidos em leilões de gás causarão impactos negativos, como congestionamento da rede e taxas de gás mais altas.

Em resumo, todas as medidas de segurança são sustentadas pela confiança em sequenciadores centralizados (normalmente aqueles operados pelos proprietários do projeto), o que obviamente vai contra o espírito da Web3. Portanto, a indústria está ativamente explorando e avançando os sequenciadores compartilhados para reduzir a dependência de confiança (veja a figura abaixo).

Desafios enfrentados por sequenciadores compartilhados

Em primeiro lugar, vamos dar uma olhada em como funcionam os sequenciadores compartilhados. Como um componente modular das blockchains, os sequenciadores compartilhados são responsáveis por ordenar as transações sem executá-las. Isso separa as tarefas originais de ordenar, executar e provar transações e forma camadas de sequenciamento independentes, reduzindo assim o grau de acoplamento. Além disso, os nós não precisam mais armazenar o estado completo de todos os diferentes rollups, e alguns gargalos relacionados aos sequenciadores de nó único foram superados.

Este processo acontece da seguinte maneira:

1. Os usuários enviam transações para a camada de sequenciamento.
2. A camada de sequenciamento ordena transações e constrói blocos.
3. O bloco é enviado ao agregador.
4. O rollup executa transações na ordem fornecida pela camada de sequenciamento.
5. Por fim, o rollup envia as transações à camada de liquidação ou à camada de Disponibilidade de Dados (DA) para confirmação final.

Em essência, a transição de um sequenciador centralizado para um sequenciador compartilhado descentralizado pode ser realizada por vários rollups escolhendo usar um sequenciador. A interoperabilidade e a compatibilidade entre diferentes rollups também devem ser abordadas.

Desafios na promoção de sequenciadores compartilhados:

1. Trade-off pelo proprietário do projeto

Se um sequenciador compartilhado for usado por várias redes da Camada 2, o proprietário do projeto terá que abrir mão de uma grande parte da receita. É por isso que muitos proprietários de projetos têm sido relutantes em promover a descentralização dos sequenciadores, apesar do seu compromisso em fazê-lo. Enfrentando a concorrência acirrada no ecossistema da Camada 2, os proprietários de projetos também precisam dos lucros obtidos com os sequenciadores para sustentar seus ecossistemas de projetos.

2. Comprometimento na experiência do usuário

De acordo com o trilema da blockchain, a segurança e a descentralização melhorarão às custas da escalabilidade, levando a problemas como atrasos nas transações e menor TPS (transações por segundo). Isso também resulta em algumas diferenças na experiência do usuário em comparação com a centralização.

3. Maior dependência de recursos

O mercado cripto já não é uma indústria não regulamentada. O desenvolvimento de todos os projetos depende da integração e coordenação de diversos recursos, e com a implementação de sequenciadores descentralizados, diferentes rollups precisam ser integrados. Sem uma experiência sólida e a capacidade de integrar recursos, a integração de outros rollups pode ser um desafio.

O proprietário do projeto deve ter a capacidade de resolver vários problemas, como distribuição de lucros, protocolos de interface unificados, consistência de conteúdo e coordenação entre redes.

4. Desafios na compatibilidade de rollups

Quando diferentes rollups são conectados a um sequenciador compartilhado, todos eles precisam se adaptar aos protocolos correspondentes. No entanto, diferentes rollups possuem protocolos diferentes, o que apresentará inúmeros desafios técnicos.

Em resumo, o desenvolvimento de sequenciadores compartilhados tem sido lento porque todas as partes interessadas ainda não chegaram a um consenso sobre questões como interesses e objetivos de desenvolvimento.

Conclusão

A chave para promover sequenciadores descentralizados reside na prevenção da censura das transações dos usuários, na minimização de MEVs maliciosos e no aprimoramento da atividade do ecossistema, alterando o modelo de receita e, ao mesmo tempo, mantendo a lucratividade do projeto. 

À medida que o ecossistema evolui, espera-se que a promoção de sequenciadores partilhados acelere. Vamos esperar por um ecossistema mais próspero. Neste artigo, discutimos detalhadamente alguns riscos associados a sequenciadores centralizados e descentralizados. Esperamos também inspirar mais discussões sobre sequenciadores e facilitar conjuntamente o desenvolvimento da indústria.

Autor Coinex:

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