Beacon Chain

O que é a Beacon Chain?

A Beacon Chain é a blockchain original de Proof of Stake que introduziu o staking e a lógica da camada de consenso na Ethereum.

No universo cripto, o termo Beacon Chain geralmente se refere à camada de consenso da Ethereum, que coordena validadores, atestações, propostas de blocos, recompensas, penalidades, escolha de fork e finalização.

A documentação oficial da Beacon Chain da Ethereum informa que a Beacon Chain foi lançada em 1º de dezembro de 2020 e formalizou o Proof of Stake como mecanismo de consenso da Ethereum com The Merge, em 15 de setembro de 2022.

Antes de The Merge, a Beacon Chain funcionava separadamente da Ethereum Mainnet.

Durante esse período, ela não processava transações normais de usuários da Ethereum nem executava smart contracts.

Em vez disso, testava e coordenava o sistema de validadores Proof of Stake, enquanto a Ethereum Mainnet continuava usando Proof of Work.

Depois de The Merge, a Beacon Chain deixou de ser uma blockchain paralela separada e se tornou a camada de consenso da Ethereum.

A documentação oficial de The Merge da Ethereum explica que a camada de execução original da Ethereum se uniu à Beacon Chain e que, atualmente, as duas formam uma única rede Ethereum de Proof of Stake.

Hoje, quando as pessoas falam da Beacon Chain, geralmente se referem à parte de consenso da Ethereum, responsável pela segurança do Proof of Stake.

Isso faz da Beacon Chain uma das atualizações mais importantes da história da Ethereum.

Por que a Beacon Chain é importante

A Beacon Chain é importante porque mudou a forma como a Ethereum é protegida.

Antes de The Merge, a Ethereum usava mineração Proof of Work.

Depois de The Merge, a Ethereum passou a usar Proof of Stake, em que validadores protegem a rede fazendo staking de ETH e executando software validador.

A Beacon Chain tornou essa transição possível ao introduzir a coordenação de validadores antes de a Ethereum Mainnet abandonar completamente a mineração.

A documentação de The Merge informa que a atualização reduziu o consumo de energia da Ethereum em cerca de 99.95%.

Essa mudança foi importante porque removeu a mineração com alto consumo de energia do processo de produção de blocos da Ethereum.

A Beacon Chain também tornou o processo de consenso da Ethereum mais explícito e organizado.

Ela acompanha validadores, saldos dos validadores, atestações, penalidades, saídas, saques e pontos de verificação de finalização.

Esse registro de validadores é importante porque a Ethereum agora sabe quais validadores estão aptos a propor blocos e atestar por eles em determinado momento.

Isso é diferente do Proof of Work, em que mineradores podiam entrar ou sair sem fazer parte de um registro de validadores.

Para os usuários, a Beacon Chain é praticamente invisível durante o uso normal da carteira.

Para a segurança da Ethereum, ela é central.

A Beacon Chain antes de The Merge

Antes de The Merge, a Beacon Chain era uma blockchain Proof of Stake separada, que funcionava em paralelo com a Ethereum Mainnet.

Ela foi criada para testar o consenso Proof of Stake da Ethereum antes que ele fosse usado para proteger transações reais na Ethereum.

A Beacon Chain tinha validadores, slots, épocas, atestações, recompensas, penalidades e lógica de consenso.

No entanto, em sua fase inicial, ela não executava smart contracts da Ethereum nem processava transações normais da Mainnet.

A página da Beacon Chain da Ethereum a descreve como uma cadeia de blocos vazios, antes de começar a aceitar dados de transações dos clientes de execução.

Essa separação permitiu que desenvolvedores e participantes de staking da Ethereum testassem o Proof of Stake em condições reais, sem substituir imediatamente a rede Proof of Work existente.

Os validadores podiam depositar ETH, ativar o software validador e participar do consenso da Beacon Chain.

Enquanto isso, os usuários da Ethereum continuavam usando a Mainnet como antes.

Essa abordagem em etapas reduziu os riscos, pois a Ethereum não alterou todo o seu sistema de consenso de uma só vez.

Portanto, a Beacon Chain era ao mesmo tempo uma rede ativa e uma camada de preparação de longo prazo para The Merge.

A Beacon Chain após The Merge

Após The Merge, a Beacon Chain se tornou a camada de consenso da Ethereum.

A Ethereum Mainnet original passou a ser a camada de execução.

A camada de consenso determina quais blocos são válidos de acordo com o consenso Proof of Stake.

A camada de execução processa transações, smart contracts, saldos de contas, execução da Ethereum Virtual Machine e alterações de estado.

A página da Beacon Chain explica que, após The Merge, deixaram de existir duas blockchains separadas da Ethereum.

Em vez disso, a Ethereum se tornou uma única rede Proof of Stake com duas camadas principais de software.

Isso significa que The Merge não criou um “novo ETH” nem um “ETH antigo”.

A documentação de The Merge alerta os usuários que ETH continuou sendo ETH e que alegações sobre a necessidade de atualizar fundos depois de The Merge são sinais de golpe.

Atualmente, a Beacon Chain gerencia a propagação de blocos, a lógica de consenso, a escolha de fork, as funções dos validadores, as recompensas e as penalidades.

A camada de execução gerencia o processamento de transações e o estado da Ethereum.

Juntas, essas camadas fazem a Ethereum moderna funcionar.

Camada de consenso

A camada de consenso é a parte da Ethereum que coordena o acordo Proof of Stake.

Essa é a função moderna da Beacon Chain.

A camada de consenso mantém os nós da Ethereum alinhados quanto à cabeça da blockchain.

Ela acompanha os validadores e seus saldos efetivos.

Organiza as funções dos validadores em slots e épocas.

Processa atestações que votam em blocos e pontos de verificação.

Aplica recompensas e penalidades conforme o comportamento dos validadores.

Também oferece suporte à finalização por meio do design de consenso Proof of Stake da Ethereum.

A documentação oficial da arquitetura de nós da Ethereum explica que o cliente de consenso gerencia a lógica que mantém um nó sincronizado com a rede Ethereum Proof of Stake.

Esse cliente de consenso costuma ser chamado de Beacon Node.

Um Beacon Node pode acompanhar a blockchain mesmo sem um validador, enquanto um cliente validador acrescenta as funções de staking.

Camada de execução

A camada de execução é a parte da Ethereum que processa transações e mantém o estado da rede.

Ela inclui saldos de contas, código de smart contracts, atividade de tokens, lógica de aplicativos e execução da Ethereum Virtual Machine.

Antes de The Merge, essa lógica de execução estava combinada ao consenso Proof of Work nos clientes de execução da Ethereum.

Depois de The Merge, os clientes de execução precisam trabalhar em conjunto com os clientes de consenso.

A documentação de arquitetura de nós informa que um nó Ethereum é composto por um cliente de execução e um cliente de consenso.

O cliente de execução valida e executa transações, enquanto o cliente de consenso gerencia o crescimento da blockchain Proof of Stake e a escolha de fork.

Quando um validador é selecionado para propor um bloco, o cliente de consenso solicita um payload de execução ao cliente de execução.

O cliente de execução cria ou valida o payload de transações.

O cliente de consenso envolve esse payload com dados de consenso e transmite o bloco para a rede Ethereum.

Essa separação é uma das mudanças de arquitetura mais importantes introduzidas por The Merge.

Engine API

A Engine API é a interface de comunicação entre o cliente de consenso e o cliente de execução da Ethereum.

Após The Merge, um nó não pode funcionar corretamente usando apenas uma das partes da pilha de software.

O cliente de consenso e o cliente de execução precisam trocar dados de blocos e payloads, resultados de validação e informações sobre a cabeça da blockchain.

A página da Beacon Chain informa que a camada de consenso e a camada de execução se comunicam por meio da Engine API.

Essa interface permite que o cliente de consenso solicite um payload de execução quando chega o momento de propor um bloco.

Também permite que o cliente de execução verifique se um payload proposto segue as regras de execução da Ethereum.

Para operadores de nós, a Engine API é importante porque os dois clientes precisam estar conectados e autenticados corretamente.

A documentação de The Merge informa que, depois da atualização, os operadores de nós devem executar um cliente de consenso e um cliente de execução.

Se os dois clientes não estiverem conectados corretamente, o nó talvez não acompanhe a Ethereum de forma adequada.

Por isso, operar validadores exige conhecimento de blockchain e disciplina de administração de sistemas.

Validadores

Validadores são os participantes que protegem a Ethereum após The Merge.

A documentação oficial da Ethereum sobre Proof of Stake explica que os validadores fazem staking de ETH e são responsáveis por verificar novos blocos e, às vezes, criar novos blocos.

Tradicionalmente, para se tornar validador, o usuário deposita 32 ETH no contrato de depósito da Ethereum e executa um software validador.

Após a ativação, o validador recebe funções da Beacon Chain.

Essas funções podem incluir propor blocos, atestar por blocos, participar de comitês de sincronização e ajudar a finalizar pontos de verificação.

Um validador não é, por si só, o mesmo que um nó completo.

Um nó completo acompanha e verifica a Ethereum, enquanto um validador participa ativamente do consenso Proof of Stake.

A documentação da arquitetura de nós informa que, se quiser propor novos blocos, um nó precisa executar um cliente validador além de um cliente de execução e um cliente de consenso.

Os validadores podem receber recompensas em ETH por participar corretamente.

Também podem perder ETH por meio de penalidades ou slashing se não cumprirem suas funções ou agirem de forma desonesta.

Staking

Staking é o processo de bloquear ETH para ativar as funções de validador no sistema Proof of Stake da Ethereum.

O staking substituiu a mineração como modelo de segurança para a produção de blocos da Ethereum.

A Beacon Chain introduziu o staking na Ethereum antes que ele passasse a proteger os dados de execução da Mainnet.

Na prática, fazer staking exige capital e operação de software.

O ETH em staking do validador funciona como colateral.

Se o validador agir corretamente, poderá receber recompensas.

Se agir de forma incorreta, poderá receber penalidades.

Se cometer infrações passíveis de slashing, parte do seu staking poderá ser destruída.

Isso cria segurança criptoeconômica porque os ataques se tornam dispendiosos.

Portanto, staking não é apenas uma forma de obter rendimento.

É o mecanismo de segurança que substituiu a mineração Proof of Work na Ethereum.

Slots e épocas

A Beacon Chain organiza o tempo em slots e épocas.

A documentação sobre Proof of Stake informa que o tempo na Ethereum é dividido em slots de 12 segundos e épocas com 32 slots.

Um slot é uma janela curta de tempo em que um validador é escolhido aleatoriamente para propor um bloco.

Se o validador selecionado estiver online e funcionando corretamente, poderá propor um bloco para aquele slot.

Se estiver offline ou falhar, o slot poderá ser perdido.

Uma época é um grupo de 32 slots.

As épocas são importantes porque as atribuições de validadores, as atestações, a justificação, a finalização, as recompensas e as penalidades são organizadas em torno delas.

Essa programação fixa substituiu o tempo variável dos blocos na mineração Proof of Work.

Slots e épocas são o ritmo da camada de consenso Proof of Stake da Ethereum.

Para os usuários, essa programação ajuda a explicar por que os blocos da Ethereum aparecem regularmente e por que a finalização leva mais tempo do que a criação de um bloco.

Propostas de blocos

Uma proposta de bloco ocorre quando um validador selecionado cria e transmite um novo bloco da Ethereum.

A documentação sobre mecanismos de consenso explica que um validador é selecionado aleatoriamente em cada slot para propor um bloco.

O cliente de consenso do proponente solicita um conjunto de transações ao cliente de execução associado.

Esse conjunto de transações se torna o payload de execução.

O validador envolve o payload de execução com informações de consenso.

Em seguida, o bloco é enviado a outros nós da Ethereum.

Outros validadores verificam o bloco e enviam atestações se concordarem com ele.

As recompensas por proposta de bloco compensam os validadores por cumprirem corretamente essa função.

Propostas perdidas podem reduzir as recompensas dos validadores.

Propostas maliciosas podem acarretar risco de slashing se violarem as regras de consenso.

As propostas de blocos são os momentos em que novos blocos da Ethereum entram na blockchain.

Atestações

Atestações são votos dos validadores no consenso Proof of Stake da Ethereum.

Um validador faz uma atestação quando verifica um bloco e vota a favor do que considera a cabeça correta da blockchain e o estado correto dos pontos de verificação.

A documentação sobre Proof of Stake informa que os validadores enviam votos chamados atestações a favor de blocos válidos.

As atestações ajudam a Ethereum a determinar qual blockchain tem o maior peso.

Também ajudam a justificar e finalizar pontos de verificação.

A maioria das funções dos validadores envolve atestar, e não propor blocos.

Isso acontece porque apenas um validador propõe um bloco em cada slot, enquanto muitos validadores fazem atestações ao longo das épocas.

As atestações precisam ser pontuais e corretas para que o validador receba as recompensas integrais.

Atestações atrasadas, ausentes ou incorretas podem reduzir as recompensas.

Atestações conflitantes podem levar a slashing se violarem as regras do protocolo.

A Beacon Chain se concentra bastante no processamento de atestações, pois elas são o sistema de votação do Proof of Stake da Ethereum.

Escolha de fork

A escolha de fork é a regra que determina qual cabeça da blockchain os nós da Ethereum devem seguir quando existem vários blocos possíveis.

Em sistemas Proof of Work, a escolha da blockchain costuma depender do trabalho acumulado.

Na Ethereum Proof of Stake, a escolha depende dos votos dos validadores, ponderados pelo ETH em staking.

A documentação sobre mecanismos de consenso informa que a Ethereum usa um algoritmo de escolha de fork que mede o peso das atestações dos validadores.

O consenso Proof of Stake da Ethereum é comumente chamado de Gasper.

O Gasper combina o mecanismo de escolha de fork LMD-GHOST com a lógica de finalização Casper FFG.

A regra de escolha de fork é importante porque as redes podem receber blocos temporariamente em ordens diferentes.

Ela também é importante quando um proponente perde um slot ou quando a latência da rede cria visões concorrentes.

A escolha de fork permite que os nós cheguem a uma única cabeça canônica da blockchain.

Sem uma regra sólida de escolha de fork, validadores e usuários poderiam discordar sobre o estado atual da Ethereum.

Finalização

Finalização significa que é extremamente difícil reverter um bloco depois que a rede o finalizou.