Cadeias SKALE

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

A arquitetura das Cadeias SKALE é projetada para suportar alta capacidade de processamento e baixa latência. Cada cadeia opera autonomamente, processando transações e executando contratos inteligentes de forma independente, o que garante que possam lidar com os requisitos complexos de aplicativos descentralizados sem estarem limitados pelas restrições de uma única blockchain monolítica. O uso de nós validadores contêinerizados permite uma gestão eficiente de recursos, possibilitando que as Cadeias ofereçam um ambiente eficaz para aplicações descentralizadas.

A arquitetura híbrida da SKALE integra características tanto 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, funcionando também como uma extensão da Camada 2.

Mecanismo de Consenso

A Rede SKALE emprega o protocolo ABBA (Asynchronous Binary Byzantine Agreement) para seu mecanismo de consenso, que é projetado especificamente para enfrentar os desafios de ambientes descentralizados, como latência de rede e falhas de nós. Este protocolo garante que as transações são processadas de forma rápida e segura, com a finalização alcançada assim que um bloco é incluído na cadeia. O protocolo ABBA também suporta Byzantine Fault Tolerance (BFT), permitindo que a rede permaneça operacional mesmo se alguns nós se comportarem maliciosamente ou sofrerem tempo de inatividade.

Como funciona a ABBA

O protocolo ABBA alcança consenso em sistemas descentralizados com até um terço de nós bizantinos (defeituosos ou maliciosos). Ele garante a concordância em um valor binário (0 ou 1) apesar de atrasos de mensagens arbitrárias. 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 bloqueio 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 adicionam-na à sua base de dados e enviam de volta uma assinatura parcial.
• Quando um nó coleta assinaturas parciais suficientes para formar uma supermaioria, ele as agrega em uma única assinatura de limite e a transmite.

4. Decisão por consenso:

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

5. Aleatorização:

• 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 na 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, é final.

Criptografia BLS

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

Em BLS Cada participante na rede tem 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 a 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 que a assinatura é válida e que foi criada pelo detentor da chave privada correspondente.

Na criptografia de limite, um número mínimo de participantes (t de n) é necessário para colaborar para criar uma assinatura válida. Este parâmetro garante que o sistema permanece seguro mesmo se alguns participantes forem comprometidos. A chave privada é dividida em várias partilhas usando uma técnica chamada Partilha Secreta 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. Essas assinaturas são então 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 várias etapas. Inicialmente, os nós propõem novos blocos e os compartilham com outros validadores na rede. Em seguida, cada validador 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 aprovado um bloco, ele é adicionado à cadeia, alcançando a finalidade. Este processo garante que as transações sejam rapidamente confirmadas, mantendo um alto nível de segurança.

Operação de Nó

Cada nó opera múltiplos subnós virtualizados, que são instâncias containerizadas capazes de participar no processo de consenso e executar contratos inteligentes. Esta virtualização permite que os nós suportem múltiplas cadeias simultaneamente, proporcionando 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, coletivamente conhecidos como SKALE Manager. Estes contratos lidam com funções essenciais como registo de nós, rotação e staking. Os validadores, que operam os nós, devem aderir a requisitos rigorosos de desempenho e segurança, incluindo a manutenção de alta disponibilidade e baixa latência. As métricas de desempenho são continuamente monitorizadas, com os nós avaliados e recompensados ou penalizados com base na sua adesão aos padrões da rede.

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

Recursos de segurança

A segurança na Rede SKALE utiliza uma abordagem multifacetada para proteger as operações. A arquitetura híbrida da rede deriva segurança tanto dos seus protocolos nativos como da rede principal Ethereum. As assinaturas de limiar BLS e a Geração de Chave Distribuída (DKG) são utilizadas para proteger a mensagens entre cadeias e garantir a integridade das transações entre cadeias. Esta abordagem criptográfica impede o acesso não autorizado e a manipulação de dados, mantendo a confiança na rede.

A SKALE também utiliza o modelo de prova-de-participação (PoS), onde os validadores apostam tokens SKL para participar na rede em troca de lucros económicos como incentivo para agirem de forma honesta e manterem a segurança da rede. Eles são periodicamente rodados para minimizar o risco de colusão e assegurar um alto nível de descentralização, e um elemento que diferencia a SKALE de outras blockchains é que também inclui mecanismos de corte para penalizar comportamentos maliciosos ou negligentes, protegendo ainda mais a integridade do ecossistema.

Monitorização e Desempenho do Nó

Cada nó está equipado com um Serviço de Monitorização de Nós (NMS), que acompanha o desempenho de outros nós na rede. Este serviço mede o tempo de atividade e a latência, enviando regularmente pings aos nós pares e registando estas métricas numa base de dados local. No final de cada época, estas métricas são calculadas e submetidas aos contratos inteligentes da mainnet, que as utilizam para determinar a distribuição dos pagamentos aos nós e sinalizar os nós com desempenho inferior para revisão.

Ao monitorar e avaliar o desempenho do nó, a Rede SKALE pode identificar e resolver rapidamente problemas, mantendo um alto nível de confiabilidade e segurança. O NMS também contribui para a governança descentralizada da rede, uma vez que os nós são responsáveis perante 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 containerizado, permitindo a gestão eficiente de recursos de CPU, memória e armazenamento, o que permite que os nós suportem várias cadeias simultaneamente, fornecendo 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

A mensagens entre cadeias permite a comunicação eficaz entre as cadeias SKALE e o mainnet Ethereum, facilitando a transferência de tokens e mensagens entre cadeias, usando a criptografia de limiar BLS para segurar essas interações. Essa capacidade permite aos desenvolvedores criar dApps complexas que podem interagir com várias cadeias, melhorando sua funcionalidade e alcance.

O 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 as cadeias, o IMA garante que as Cadeias SKALE possam tirar proveito da tecnologia oferecida pelo ecossistema Ethereum, mantendo a sua própria operação individual. Isso permite que funcione como uma extensão do Ethereum, proporcionando um desempenho e escalabilidade aprimorados.

Ferramentas de Desenvolvimento 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 da SKALE são totalmente compatíveis com a Máquina Virtual Ethereum (EVM), permitindo aos desenvolvedores implementar seus contratos inteligentes existentes sem modificações.

A rede também oferece uma variedade de ferramentas de desenvolvedor para apoiar o desenvolvimento dApp. Essas ferramentas incluem SDKs, APIs e documentação para ajudar os desenvolvedores a criar, implantar e gerenciar seus aplicativos no SKALE. O suporte da rede para Solidity, a linguagem de programação usada para contratos inteligentes 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 a barreira de entrada para desenvolvedores e incentiva a criação de dApps inovadores.

Destaques

• As SKALE Chains fornecem um ambiente blockchain escalável e flexível com nós validadores containerizados e balanceamento de carga dinâmico.
• A rede usa o protocolo ABBA (Asynchronous Binary Byzantine Agreement) para consenso, suportado pela criptografia de limiar BLS.
• Os nós operam vários subnós virtualizados, geridos por contratos inteligentes de 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 de Camada 1 e Camada 2, combinando a segurança do Ethereum com a escalabilidade da SKALE.