Bitaigen Research Proof of Stake (PoS) Prova de Participação
PoS é um mecanismo de consenso voltado para blockchains públicas, cujo núcleo reside nos direitos econômicos detidos pelos validadores. Diferente da Prova de Trabalho (PoW), que depende da competição de poder computacional, o PoS determina o peso do voto com base na quantidade de ETH depositada. Os validadores propõem blocos em ordem rotativa e votam neles; quanto maior a participação, maior a influência na rede. As vantagens do PoS incluem maior segurança, redução do risco de centralização e economia significativa de energia. No Ethereum 2.0, ativar um único validador requer o depósito de 32 ETH.
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Nesta artigo organizamos os conceitos centrais do Ethereum 2.0, desde a prova de participação até a Beacon Chain, fragmentação (sharding) e os termos-chave de cada fase de evolução, ajudando o leitor a construir rapidamente um quadro completo de entendimento. Ao dominar esses fundamentos, os detalhes técnicos e os caminhos de atualização subsequentes se tornam mais fáceis de compreender. Continue a leitura para aprofundar seu conhecimento.
Fases do Ethereum 2.0
Phase 0 (Fase 0)
A Fase 0 marca o lançamento oficial da Beacon Chain (1 de dezembro de 2020, bloco gênese), realizando a transição do PoW para o PoS. Esta fase tem a única responsabilidade de gerenciar os validadores e concluir a troca de consenso, não oferecendo fragmentação nem execução de contratos; os usuários não podem realizar transações ou chamar contratos inteligentes nesta etapa.
Phase 1 (Fase 1)
Na Fase 1, o sistema introduz cadeias de fragmentos (shard chains) e grava dados nelas, visando aumentar a taxa de transferência do Ethereum. O plano atual prevê a implantação de 64 fragmentos de dados nesta fase, com possibilidade de expansão futura.
Phase 1.5 (Fase 1.5)
Esta fase corresponde ao período de fusão entre as cadeias Ethereum 1.0 e 2.0. Todo o estado e as funcionalidades da Ethereum 1.0 serão migrados para a Beacon Chain com capacidade de execução, garantindo consistência de dados de forma contínua.
Phase 2 (Fase 2)
A Fase 2 pretende integrar todas as funcionalidades do ecossistema 2.0, incluindo uma máquina virtual baseada em eWASM que fornece ambiente de execução para os fragmentos, permitindo a construção de aplicações escaláveis na 2.0. Simultaneamente, a cadeia 1.0 será completamente substituída, e o mecanismo de PoW será totalmente eliminado. O roadmap mais recente suspende temporariamente esta fase, mas ainda mantém a possibilidade de incluir uma VM incorporada.
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Validador e seu ciclo de vida
Validator (Validador) no sistema PoS equivale a um “minerador virtual”. O usuário ativa um validador ao depositar 32 ETH no contrato de depósito; cada depósito corresponde a uma entidade validadora. Os validadores participam da rede por meio de software cliente, que pode operar diretamente como nó da Beacon Chain ou conectar‑se a um nó já existente.
Marcos principais do ciclo de vida
- Depósito: Ao transferir 32 ETH para o contrato de depósito na ETH1, o estado permanece bloqueado por aproximadamente 7 horas, servindo como amortecedor de segurança caso a cadeia ETH1 seja atacada.
- Aguardando ativação: Enquanto o número total de validadores ativos for inferior a 327 680, no máximo 4 validadores podem ser ativados por epoch (cerca de 900 por dia). Após esse limite, 5 validadores podem ser ativados por epoch, e a cada acréscimo de 64 000 validadores ativos a cota de ativação aumenta em 1, com o teto sendo o total de validadores dividido por 64 000.
- Ativo: Um validador pode ser pausado se atender a qualquer uma das seguintes condições:
- Saldo cair abaixo de 16 ETH (aciona a expulsão)
- Saída voluntária
- Penalidade (slashing)
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Contrato de Depósito
Deposit Contract (Contrato de Depósito) é implantado na cadeia PoW do Ethereum e funciona como ponto de entrada para o staking. Usuários que desejam se tornar validadores do Eth2 enviam a quantidade requerida de ETH para esse contrato, que registra o histórico de depósitos e bloqueia os fundos na cadeia PoW, transferindo‑os posteriormente para a Beacon Chain. Vale notar que nas fases iniciais o contrato de depósito permite apenas transferência unidirecional; o capital depositado não pode ser retornado do Eth2 para a cadeia PoW.
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Beacon Chain (Cadeia Beacon)
A Beacon Chain constitui a camada central da Fase 0 do Eth2, também vista como a “camada de coordenação” do sistema. Ela desempenha as seguintes funções:
- Atribuir tarefas e papéis aos validadores
- Finalizar checkpoints
- Gerar números aleatórios no nível de protocolo (RANDAO)
- Manter a segurança e conectividade geral da cadeia
- Fornecer base de votação para escolha de forks
- Gerenciar a transição e troca de dados com as cadeias de fragmentos
O bloco mais recente da cadeia é chamado de Chain head (cabeça da cadeia); a cada slot, o bloco passa por uma votação LMD GHOST para confirmar sua validade.
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Proposta de bloco e Comitês
Block proposer (Propositor de bloco)
Em cada slot de 12 segundos, o RANDAO seleciona aleatoriamente um validador para atuar como propositor de bloco, sendo o único responsável por submeter o próximo bloco.
Committees (Comitês)
Tanto a Beacon Chain quanto as shard chains formam, a cada slot, um comitê composto por pelo menos 128 validadores. Os validadores são distribuídos entre os comitês por meio de um processo pseudo‑aleatório do RANDAO e são responsáveis por votar (Attestation) nos blocos propostos, avaliando sua validade.
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Attestation e conceitos relacionados
- Attestation (Atestado): Informação de voto enviada pelos validadores; após agregação de assinaturas, serve para confirmar a validade do bloco, com peso de voto proporcional ao saldo do validador.
- Attester (Atestador): Validador que, na Beacon Chain, pode tanto propor blocos quanto votar neles.
- Justification (Justificação): Quando mais de 2/3 dos validadores concordam sobre o checkpoint de origem (source) e o checkpoint de destino (target) de um mesmo epoch, esses dois checkpoints são considerados “justificados”. Se dois epochs consecutivos são justificados (ou ocorre justificação cruzada entre epochs), o primeiro epoch pode ser tratado como Finalization (finalização).
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Checkpoints e Epochs
- Checkpoint (Checkpoint): Bloco que ocupa o primeiro slot de cada epoch. Caso nenhum bloco seja produzido nesse slot, o checkpoint passa a ser o bloco mais recente anterior. Um bloco pode servir simultaneamente como checkpoint de múltiplos epochs.
- Epochs (Epochs): Conjunto de 32 slots; cada slot tem 12 segundos, logo um epoch dura 6,4 minutos.
- EBB (Epoch Boundary Block): Em algumas literaturas, EBB é sinônimo de checkpoint, usado para marcar a fronteira de um epoch.
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Regra de escolha de fork
O Eth2 utiliza LMD GHOST (Latest Message Driven GHOST) como mecanismo de seleção de fork. Essa regra baseia‑se nas “mensagens mais recentes” — ou seja, nas Attestations dos validadores — para determinar qual ramificação recebe a maioria dos votos e, assim, se tornar a cabeça da cadeia. Em comparação ao tradicional “longest chain”, o LMD GHOST reduz a eficácia de ataques em ambientes com alta latência e limita a profundidade de reorganizações da cadeia.
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Casper FFG e mecanismo de votação
Casper FFG é um framework de finalização de blocos baseado em PoS que incorpora princípios de tolerância a falhas bizantinas (BFT). Ele fornece uma camada de finalização independente, permitindo validar a imutabilidade de um bloco sem depender exclusivamente do crescimento da cadeia. Os validadores votam no checkpoint de destino do epoch mais recente e no checkpoint de origem do epoch anterior; esses votos são propagados pela rede P2P e, finalmente, incluídos nos blocos pelos produtores.
Tipos de infrações de voto
- Double proposal (Dupla proposta): O mesmo validador submete mais de um bloco no mesmo slot.
- Double vote (Duplo voto): O validador vota duas vezes para o mesmo checkpoint de destino usando checkpoints de origem diferentes, configurando a versão PoS de um “double spend”.
- Surround vote (Voto envolvente): Um voto posterior tem intervalo de origem‑destino que engloba completamente o intervalo de um voto anterior, caracterizando comportamento proibido.
Essas infrações acionam o Slashing (penalização).
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Mecanismo de penalização
Quando um validador é comprovadamente responsável por alguma das infrações acima (duplo voto, voto envolvente ou dupla proposta), parte ou a totalidade do ETH depositado é queimada, e o validador é forçado a sair. A penalidade mínima é de 1 ETH, podendo chegar ao saldo total do validador. O ETH queimado é redistribuído proporcionalmente entre os validadores que foram penalizados no mesmo período, evitando que um único erro cause punições excessivas. Para que um atacante consiga efetuar um ataque bem‑sucedido, ele precisaria controlar um número considerável de validadores, o que aumentaria proporcionalmente a severidade das penalizações.
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Conceito de saldo
- Current Balance (Saldo Atual): Quantidade total de ETH que o validador possui no momento.
- Effective Balance (Saldo Efetivo): Valor calculado a partir do saldo atual e usado como base para recompensas ou penalizações, com limite máximo de 32 ETH.
O aumento do saldo efetivo requer que “Saldo Atual ≥ Saldo Efetivo + 1,25 ETH”. Por exemplo, se o saldo efetivo for 20 ETH, o saldo atual precisa atingir 21,25 ETH para que o saldo efetivo suba para 21 ETH. Caso o saldo atual caia abaixo do limiar, o saldo efetivo será reduzido proporcionalmente.
Exemplos
- Saldo Atual 32 ETH → Saldo Efetivo 32 ETH
- Saldo Atual diminui de 22 ETH para 21,76 ETH → Saldo Efetivo permanece 22 ETH
- Saldo Atual cai para 21,749 ETH → Saldo Efetivo reduz para 21 ETH
- Saldo Atual sobe para 19,25 ETH com saldo efetivo anterior de 18 ETH → Saldo Efetivo sobe para 19 ETH
- Saldo Atual sobe para 22,25 ETH com saldo efetivo anterior de 21 ETH → Saldo Efetivo sobe para 22 ETH
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Slots (Slots)
Cada slot tem duração de 12 segundos; durante esse intervalo um validador é escolhido aleatoriamente para ser o propositor de bloco. Um slot pode gerar um bloco ou permanecer vazio. Dentro de cada epoch, os validadores são distribuídos aleatoriamente entre slots e fragmentos, formando comitês de no mínimo 128 membros; os participantes que não são propositores ficam responsáveis pelas Attestations.
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Sharding (Fragmentação) e mecanismo de embaralhamento
Fragmentação (sharding) consiste em dividir horizontalmente um grande banco de dados; nas blockchains, isso aumenta a capacidade de escala descentralizada. Cada cadeia de fragmentos possui seu próprio conjunto de validadores e nós, processando apenas as transações daquele fragmento. O Eth2 planeja, na Fase 1, implementar 64 fragmentos e estabelecer comunicação entre a Beacon Chain e os fragmentos.
Shuffling (Embaralhamento) redistribui aleatoriamente os validadores entre diferentes fragmentos, impedindo que um pequeno grupo malicioso domine um fragmento específico. Modelos matemáticos demonstram que, enquanto o atacante controle menos de um terço dos validadores totais, será praticamente inviável comprometer um fragmento.
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Esta é a visão geral dos conceitos centrais do Glossário Ethereum 2.0, projetada para ajudar iniciantes a se familiarizarem rapidamente com a Beacon Chain, PoS, fragmentação e outros elementos fundamentais. Para mais detalhes, acompanhe a Bitaigen (比特根) e seus artigos temáticos!
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