Cadeias SKALE

As cadeias SKALE são um componente importante da Rede SKALE, oferecendo uma abordagem diferente para escalabilidade e desempenho de blockchain, operando como um blockchain independente adaptado para aplicações específicas e usando nós validadores containerizados. Cada cadeia funciona como uma sidechain elástica capaz de escalar horizontalmente para lidar com o aumento do volume de transações. Isso é alcançado por meio da alocação dinâmica de recursos de rede entre um conjunto de 16 nós, que são periodicamente rotacionados e selecionados aleatoriamente para aprimorar a segurança e a descentralização.

A arquitetura das Chains da SKALE é projetada para suportar alta taxa de transferência e baixa latência. Cada chain opera de forma autônoma, processando transações e executando smart contracts de forma independente, o que garante que elas sejam capazes de lidar com requisitos complexos de dApps sem serem limitadas pelas restrições de uma única blockchain monolítica. O uso de nós validadores containerizados permite um gerenciamento eficiente de recursos, possibilitando que as Chains forneçam um ambiente eficaz para aplicações descentralizadas.

A arquitetura híbrida da SKALE integra tanto as características da Camada 1 quanto da Camada 2: como uma solução da Camada 1, cada cadeia gerencia seu próprio processamento de transações, consenso e armazenamento de dados, beneficiando-se da segurança e orquestração fornecidas pela mainnet do Ethereum, ao mesmo tempo em que funciona como uma extensão da Camada 2.

Mecanismo de Consenso

A Rede SKALE emprega o protocolo de Acordo Bizantino Binário Assíncrono (ABBA) para seu mecanismo de consenso, que é especificamente projetado para enfrentar os desafios de ambientes descentralizados, como latência de rede e falhas de nós. Esse protocolo garante que as transações sejam processadas rapidamente e com segurança, com finalidade alcançada assim que um bloco é incluído na cadeia. O protocolo ABBA também suporta Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT), permitindo que a rede permaneça operacional mesmo se alguns nós se comportarem maliciosamente ou tiverem tempo de inatividade.

Como funciona o ABBA

O protocolo ABBA alcança consenso em sistemas descentralizados com até um terço de nós bizantinos (falhos ou maliciosos). Ele garante acordo sobre um valor binário (0 ou 1) apesar de atrasos arbitrários nas mensagens. Funciona seguindo os passos abaixo:

1. Criação de Proposta de Bloco:

• Os nós criam propostas para blocos contendo transações.
• Se houver transações pendentes suficientes, um bloco é proposto.
• Se não houver transações, é proposto um bloco vazio.

2. Comunicação confiável:

• As propostas são enviadas para outros nós usando um protocolo de disponibilidade de dados.
• Isso garante que as propostas alcancem uma supermaioria (mais de dois terços) dos nós.

3. Votação e Agregação de Assinaturas:

• Ao receber uma proposta, os nós a adicionam ao seu banco de dados e enviam de volta uma assinatura parcial.
• Quando um nó coleta assinaturas parciais suficientes para formar uma supermaioria, ele as aggreGate.ios em uma única assinatura de limite e a transmite.

4. Decisão por consenso:

• Os nós usam as assinaturas do aggreGate.iod para votar no bloco proposto.
• Múltiplas instâncias do protocolo ABBA são executadas para votar em várias propostas.
• Um bloco com uma votação de supermaioria é aceito e adicionado ao blockchain.

5. Randomização:

• Valores aleatórios (moedas) influenciam a tomada de decisão para garantir o progresso, apesar dos nós bizantinos.
• Mecanismos de moeda comuns ajudam nós honestos a convergir para a mesma decisão.

6. Segurança e Finalidade:

• Utiliza assinaturas de limiar e propriedades BFT para segurança.
• Garante que se todos os nós honestos começarem com o mesmo valor, concordarão com ele em um número finito de rodadas.
• Uma vez que um valor é decidido, ele é final.

Criptografia BLS

A criptografia de limiar BLS (Boneh-Lynn-Shacham) faz parte do processo de consenso da SKALE. Ela permite que um grupo de participantes gere uma assinatura em colaboração. Isso é particularmente útil em sistemas descentralizados para garantir um consenso seguro e verificável.

Em BLS , cada participante na rede possui uma chave privada e uma chave pública. A chave privada é usada para assinar mensagens, enquanto a chave pública é usada para verificar assinaturas. Para assinar uma mensagem, um participante usa sua chave privada para criar uma assinatura, que é uma string curta que pode ser anexada à mensagem. Em seguida, qualquer parte interessada com a chave pública pode verificar se a assinatura é válida e se foi criada pelo titular da chave privada correspondente.

Na criptografia de limiar, um número mínimo de participantes (t de n) é necessário colaborar para criar uma assinatura válida. Esse parâmetro garante que o sistema permaneça seguro mesmo se alguns participantes forem comprometidos. A chave privada é dividida em várias partes usando uma técnica chamada Compartilhamento Secreto de Shamir, através da qual cada participante recebe uma parte da chave privada.

Para gerar uma assinatura, pelo menos T participantes devem combinar suas partes, cada um produzindo uma assinatura parcial usando sua parte da chave privada. Em seguida, essas assinaturas parciais são combinadas para formar uma assinatura completa que pode ser verificada com a chave pública. Em seguida, a assinatura combinada pode ser verificada usando a chave pública, assim como uma assinatura BLS regular.

Na prática, o processo de consenso envolve múltiplos estágios. Inicialmente, os nós propõem novos blocos e os compartilham com outros validadores na rede. Cada validador então verifica as transações do bloco e o assina usando uma assinatura BLS. Essas assinaturas são agregadas em uma única assinatura de grupo, que é transmitida para a rede. Uma vez que uma supermaioria de validadores tenha assinado um bloco, ele é adicionado à cadeia, alcançando a finalidade. Esse processo garante que as transações sejam rapidamente confirmadas, mantendo um alto nível de segurança.

Operação de Nó

Cada nó opera vários subnós virtualizados, que são instâncias em contêineres capazes de participar do processo de consenso e executar contratos inteligentes. Essa virtualização permite que os nós suportem várias cadeias simultaneamente, fornecendo uma infraestrutura flexível e escalável para a rede.

As operações de nós são regidas por um conjunto de contratos inteligentes implantados na mainnet do Ethereum, conhecidos coletivamente como SKALE Manager. Esses contratos lidam com funções essenciais como registro de nó, rotação e apostas. Os validadores, que operam os nós, devem aderir a requisitos rigorosos de desempenho e segurança, incluindo manter alta disponibilidade e baixa latência. As métricas de desempenho são continuamente monitoradas, com os nós sendo avaliados e recompensados ou penalizados com base em sua adesão aos padrões de rede.

A natureza dinâmica da operação do nó é uma característica importante da arquitetura do SKALE. Os nós são periodicamente rotacionados para diferentes Chains do SKALE, impedindo que qualquer nó único se torne um ponto central de falha. Essa rotação é gerenciada pelos contratos do Gerenciador do SKALE, que usam algoritmos de seleção aleatória para atribuir nós às chains. Esse enfoque aprimora a descentralização e segurança da rede, garantindo que o controle sobre qualquer chain seja distribuído entre um conjunto diversificado de validadores.

Recursos de segurança

A segurança na rede SKALE usa uma abordagem multifacetada para proteger as operações. A arquitetura híbrida da rede deriva segurança de seus protocolos nativos e da mainnet Ethereum. As assinaturas de limite BLS e a Geração de Chave Distribuída (DKG) são usadas para proteger as mensagens entre cadeias e garantir a integridade das transações entre cadeias. Essa abordagem criptográfica impede o acesso não autorizado e a manipulação de dados, mantendo a confiabilidade da rede.

SKALE também utiliza o modelo de prova de participação (PoS), onde os validadores apostam tokens SKL para participar da rede em troca de lucros econômicos como um incentivo para agir honestamente e manter a segurança da rede. Eles são periodicamente rotacionados para minimizar o risco de colusão e garantir um alto nível de descentralização, e um elemento que diferencia o SKALE de outras blockchains é que ele também inclui mecanismos de corte para penalizar comportamentos maliciosos ou negligentes, protegendo ainda mais a integridade do ecossistema.

Monitoramento e Desempenho do Nó

Cada nó é equipado com um Serviço de Monitoramento de Nós (NMS), que rastreia o desempenho de outros nós na rede. Este serviço mede o tempo de atividade e a latência, enviando regularmente ping para nós pares e registrando essas métricas em um banco de dados local. No final de cada época, essas métricas são calculadas e enviadas para os contratos inteligentes da mainnet, que as utilizam para determinar a distribuição de pagamento para os nós e sinalizar nós com desempenho inferior para revisão.

Ao monitorar e avaliar o desempenho dos nós, a Rede SKALE pode identificar e resolver problemas prontamente, mantendo um alto nível de confiabilidade e segurança. O NMS também contribui para a governança descentralizada da rede, uma vez que os nós são responsabilizados por seus pares, em vez de uma autoridade centralizada.

O desempenho do nó também é influenciado pela alocação dinâmica de recursos, uma vez que cada nó na Rede SKALE é contêinerizado, permitindo a gestão eficiente de recursos de CPU, memória e armazenamento, o que possibilita que os nós suportem várias cadeias simultaneamente, oferecendo uma infraestrutura escalável e flexível. A natureza dinâmica da alocação de recursos garante que os nós possam se adaptar a cargas de trabalho variáveis, mantendo um desempenho ótimo em toda a rede.

Mensagens entre Cadeias e Interoperabilidade

As mensagens entre cadeias permitem uma comunicação eficaz entre as cadeias SKALE e a rede principal Ethereum, facilitando a transferência de tokens e mensagens entre cadeias, usando criptografia de limite BLS para proteger essas interações. Esse recurso permite que os desenvolvedores criem dApps complexos que podem interagir com várias cadeias, aprimorando sua funcionalidade e alcance.

A IMA suporta vários padrões de token, incluindo ERC-20, ERC-721 e ERC-1155, proporcionando flexibilidade para os desenvolvedores. Ao permitir a transferência de ativos e dados entre cadeias, a IMA garante que as Chains SKALE possam aproveitar a tecnologia oferecida pelo ecossistema Ethereum, mantendo sua própria operação individual. Isso permite que funcione como uma extensão do Ethereum, proporcionando desempenho e escalabilidade aprimorados.

Ferramentas para Desenvolvedores e Compatibilidade

A Rede SKALE é, por design, amigável aos desenvolvedores. Ela fornece ferramentas e compatibilidade com os ambientes de desenvolvimento Ethereum existentes. As Chains SKALE são totalmente compatíveis com a Máquina Virtual Ethereum (EVM), permitindo que os desenvolvedores implantem seus contratos inteligentes existentes sem modificações.

A rede também oferece uma variedade de ferramentas para desenvolvedores para apoiar o desenvolvimento de dApps. Essas ferramentas incluem SDKs, APIs e documentação para ajudar os desenvolvedores a construir, implantar e gerenciar suas aplicações no SKALE. O suporte da rede ao Solidity, a linguagem de programação usada para contratos inteligentes do Ethereum, simplifica ainda mais o processo de desenvolvimento. Ao fornecer um conjunto abrangente de ferramentas e manter a compatibilidade com o Ethereum, o SKALE reduz as barreiras de entrada para os desenvolvedores e incentiva a criação de dApps inovadores.

Destaques

• As cadeias SKALE fornecem um ambiente blockchain escalável e flexível com nós validadores containerizados e balanceamento de carga dinâmico.
• A rede utiliza o protocolo de Acordo Bizantino Binário Assíncrono (ABBA) para consenso, suportado pela criptografia de limiar BLS.
• Os nós operam vários subnós virtualizados, gerenciados por contratos inteligentes do Gerenciador SKALE na Ethereum.
• As funcionalidades de segurança incluem assinaturas BLS, DKG e um modelo de prova de participação com incentivos econômicos e penalidades para validadores.
• A arquitetura híbrida utiliza características das Camadas 1 e 2, combinando a segurança do Ethereum com a escalabilidade da SKALE.