Interpretando o SCP: paradigma de infraestrutura sem confiança fora da fórmula de rollup

Autor: Wuyue, Geek Web3

**Introdução:**Este artigo apresentará prospectivamente um paradigma de design de infraestrutura Web3 que parece um pouco confuso - Storage Consensus Paradigm SCP (Storage-based Consensus Paradigm), embora este modelo de design de produto seja teoricamente bastante diferente das principais soluções modulares de Blockchain como o Ethereum Rollup, mas na simplicidade de aterrissagem e na dificuldade de se conectar com a plataforma Web2, a viabilidade é muito alta Como ele não pretendia se limitar a um caminho de implementação estreito como o Rollup desde o início, ele queria usar uma estrutura mais ampla e aberta para fundir a plataforma Web2 com a infraestrutura Web3, o que pode ser considerado uma abordagem imaginativa e de abertura do cérebro. Introdução: Este artigo apresentará prospectivamente um paradigma de design de infraestrutura Web3 um tanto confuso - Storage Consensus Paradigm (SCP) Embora este modelo de design de produto seja teoricamente bastante diferente das principais soluções modulares de Blockchain, como o Ethereum Rollup, é muito viável em termos de simplicidade de implementação e dificuldade de conexão com plataformas Web2, porque ele não pretende se limitar a um caminho de implementação estreito como o Rollup desde o início, e quer integrar a plataforma Web2 e as instalações Web3 com uma estrutura mais ampla e aberta, o que pode ser dito ser uma abordagem imaginativa e de abertura do cérebro.

Corpo: Vamos imaginar um esquema de escalonamento de cadeia pública com as seguintes características:

• Tem uma velocidade comparável às aplicações Web2 tradicionais ou trocas, excedendo em muito qualquer cadeia pública, L2, rollup, sidechain, etc.
• Não há taxa de gás, e o custo de uso é quase zero.
• Alta segurança de fundos, muito além de facilidades centralizadas, como exchanges, inferior ao Rollup, mas maior ou igual ao Sidechain.
• Mesma experiência de usuário que a Web2, sem qualquer conhecimento das chaves públicas e privadas, carteiras, infraestrutura, etc. do Blockchain.

Esta solução é realmente muito empolgante: por um lado, ela basicamente alcançou o máximo em escala e, por outro lado, estabeleceu uma base sólida na adoção em massa da Web3, basicamente eliminando a lacuna entre a experiência da Web2 e da Web3.

No entanto, não podemos pensar em muitas soluções que possam ser tão completas, porque há realmente muito pouca discussão e prática mainstream.

Nós usamos o tópico muito familiar de escalonamento como uma introdução acima, na verdade, **SCP não se limita ao dimensionamento, **sua inspiração de design vem do Bitcoin, Ethereum e outras soluções de escalonamento de cadeia pública e discussões da comunidade. Sua visão e aplicação prática é construir uma nova geração de infraestrutura Trustless e até mesmo uma plataforma de computação com uma estrutura não-Blockchain. **

Componentes básicos do SCP e como eles funcionam

De um modo geral, o SCP também é como o que as comunidades Ethereum e Celestia chamam de “blockchain modular”, com uma camada de disponibilidade de dados, uma camada de execução, uma camada de consenso, uma camada de liquidação e outros módulos.

Camada de disponibilidade de dados: Realizada por uma cadeia pública amplamente reconhecida e comprovada, ou instalações de armazenamento como uma camada de disponibilidade de dados, como Ethereum, Arweave, Celestia, etc. Camada de execução: um servidor que recebe e executa transações de usuário e envia os dados de transação assinados pelos usuários para a camada DA em lotes, semelhante ao sequenciador do Rollup. No entanto, a camada de execução não precisa ter uma estrutura de lista vinculada no estilo Blockchain, pode ser completamente banco de dados Web2 + sistema de computação, mas todo o sistema de computação deve ser de código aberto e transparente. Camada de consenso: Consiste em um grupo de nós que puxam os dados enviados para a camada DA pela camada de execução e usam o mesmo algoritmo que a camada de execução para calcular os dados para confirmar se a saída de resultado da camada de execução está correta, e pode ser usado como redundância de prevenção de desastres da camada de execução. Os usuários também podem ler os dados retornados por cada nó na camada de consenso para garantir que não haja fraude na camada de execução. Camada de liquidação: consiste em um grupo de nós e outros contratos ou endereços na cadeia, que é usado para processar o comportamento dos usuários depositando no SCP ou retirando do SCP, um pouco semelhante ao modo de operação de pontes de interação entre cadeias. O nó da camada de liquidação controla a função de levantamento do endereço de depósito através do contrato de várias assinaturas ou do endereço baseado em TSS. Ao depositar, o usuário deposita ativos no endereço especificado da cadeia, envia uma solicitação ao retirar e o nó da camada de liquidação lê os dados e libera os ativos através de multisig ou TSS. O grau de segurança da camada de liquidação depende do mecanismo de interação entre cadeias adotado.

Quadro de prática do SCP

O paradigma do SCP pode ser entendido através do seguinte enquadramento. Um produto que satisfaça o quadro do SCP pode ter funções importantes, tais como depósitos, transferências, levantamentos, swaps, etc., e pode ser alargado nesta base. O diagrama a seguir é um diagrama esquemático de tal produto:

• A camada DA do projeto utiliza a instalação de armazenamento permanente Arweave, que é o grande círculo no diagrama. Coordenador, ou seja, a camada de execução. **O usuário envia a transação para o coordenador, que executa o cálculo e apresenta o resultado, e então envia os dados de entrada originais do usuário para a camada DA em lotes. Detetor, que extrai os dados brutos de transação enviados pelo coordenador da Arweave e valida os dados e resultados usando um algoritmo consistente com o coordenador. O cliente do detetor também é de código aberto e pode ser executado por qualquer pessoa.
• **Watchmen, um grupo de detetores que são responsáveis pela multi-assinatura do sistema de retirada. **Os pedidos de levantamento são validados e divulgados com base nos dados da transação. Além disso, o vigilante também é responsável pela assinatura da proposta.

Podemos ver todo o sistema, e o Consenso que eles alcançam é todo off-chain, que é o núcleo do paradigma do Consenso de armazenamento - ele abandona o sistema NodeConsensus estilo Blockchain, e permite que a camada de execução se livre do pesado processo de comunicação e confirmação do Consenso, e só precisa fazer o trabalho de um servidor, de modo a alcançar TPS e economia quase ilimitados. Isso é muito semelhante ao Rollup, mas o SCP tomou um caminho diferente do Rollup, tentando passar de um caso de uso específico de escala para um novo modelo de transição da Web2 para a Web3. **

O coordenador mencionado acima é um servidor, mas isso não significa que o coordenador pode fazer o que quiser. Semelhante ao sequenciador do Rollup, depois de enviar dados brutos enviados pelo usuário para o Arweave em lotes, qualquer pessoa pode executar um programa de teste para verificá-los e compará-los com o estado retornado pelo coordenador. Em certa medida, esta é a mesma ideia que a aplicação de inscrições. **

Nessa arquitetura, um servidor ou banco de dados centralizado não representa um desafio fundamental. Este é outro ponto do paradigma SCP, que liga e dissocia os dois conceitos de “centralização” e “entidade única” - ** em um sistema sem confiança, pode haver componentes centralizados, ** até mesmo um componente central, mas isso não afeta o geral sem confiança.

Podemos gritar tal slogan - “A próxima geração de infraestrutura sem confiança não precisa depender de protocolos de consenso, mas deve ser sistemas de código aberto e redes de nós P2P”.

A intenção original das pessoas para inventar e usar Blockchain é Trustless, o livro razão é consistente, não-falsificável, rastreável e outros fundamentos clichês, que são claramente declarados no Livro Branco Bitcoin. Mas depois do Ethereum, seja o esquema de escalonamento da antiga cadeia pública, ou Rollup ou Blockchain modular, todos formaram uma mentalidade: o que fazemos deve ser um Blockchain (consistindo no Protocolo de Consenso do Nó), ou Rollup, que parece ser uma solução em cadeia (apenas há uma estrutura de dados Blockchain, mas o Nó não tem uma troca direta de mensagens de Consenso).

Mas agora, com base na estrutura do SCP, mesmo que não seja um Blockchain, uma série de requisitos como livro-razão confiável e consistente, não falsificação, rastreabilidade, etc. podem ser realizados, é claro, a premissa é que há detalhes de implementação mais claros.

Camada de execução

A camada de execução é crucial no sistema como um todo, ela realiza o processo computacional de todo o sistema e também determina que tipo de aplicações podem ser executadas no sistema.

Ambiente de Execução Infinito Possível

Teoricamente, o ambiente de execução na camada de execução pode ser feito de qualquer forma, e as possibilidades são infinitas, dependendo de como a equipe do projeto posiciona seu projeto:

*Troca. Com base no SCP, uma troca aberta, transparente e de alto TPS pode ser construída, que pode ter as características de velocidade CEX e custo zero, mantendo a descentralização do DEX. A distinção entre CEXs e DEXs torna-se pouco nítida aqui.

• Rede de pagamentos. Semelhante ao Alipay, PayPal, etc.
• Suporte para máquinas virtuais / carregadores Blockchain / contratos. Qualquer desenvolvedor pode implantar qualquer aplicativo nele, compartilhar todos os dados do usuário com outros programas e operar de acordo com as instruções do usuário.

O SCP, um padrão de design que suporta ambientes de execução arbitrária, tem seus próprios benefícios exclusivos: ele não precisa mais depender de certos componentes com bagagem histórica, especialmente o conceito de “abstração de conta” criado pela comunidade Ethereum, o que é inerentemente indesejável para o SCP.

Sob a arquitetura SCP, não há conceito de abstração de conta - você pode adotar livremente contas padrão Web2 e contas Blockchain. Nessa perspetiva, muitos casos de uso Web2 maduros não precisam ser repensados e construídos para funcionar diretamente no SCP. Este pode ser o benefício dos SCPs em relação aos Rollups. **

Transparência & Assimetria

O sistema de contas mencionado acima, e os leitores sensíveis devem ter notado que, embora o SCP possa tirar proveito do sistema de contas da Web2, parece ser problemático usá-lo como está.

Como todo o sistema é completamente transparente, usar o modelo de interação usuário-servidor diretamente causará sérios problemas, resultando em nenhuma segurança. Vamos analisar como funciona o modelo tradicional de servidor-usuário:**

1. Registo de Conta: O utilizador introduz o nome de utilizador e palavra-passe na página de registo da aplicação. Para proteger a senha do usuário, o servidor processará a senha através de uma função hash após recebê-la. Para aumentar a complexidade do hash e se defender contra ataques de mesa arco-íris, a senha de cada usuário normalmente é conectada a uma cadeia de strings gerada aleatoriamente (chamada de “sais”) e hashed juntas. **Nomes de usuário, sais e hashes são armazenados em texto simples no banco de dados do provedor de serviços e não estão disponíveis publicamente. Mas, mesmo assim, é necessário adicionar sal e tratamento seguro, um para evitar fantasmas internos, e outro para evitar ataques.

2. Login de usuário: Os usuários inserem seu nome de usuário e senha no formulário de login. O sistema compara o hash de senha processado com o valor de hash armazenado no banco de dados. Se os dois hashes corresponderem, indicando que o usuário forneceu a senha correta, o processo de login continua.

3. Autenticação da operação: Após a verificação de login ser passada, o sistema criará uma sessão para o usuário. Normalmente, as informações da sessão são armazenadas em um servidor e o servidor envia um identificador (por exemplo, ou token) para o navegador ou aplicativo do usuário. O usuário não precisa mais digitar novamente o nome de usuário e a senha para a próxima etapa: o navegador ou aplicativo salva o identificador e anexa um identificador a cada solicitação, indicando que eles têm permissão do servidor associado.

Vamos rever o típico sistema de interação do usuário do Web3 Blockchain:

1. Registro de conta: Não há praticamente nenhum processo de registro de conta, e não há sistema de nome de usuário-senha. A conta (endereço) não requer registo, existe naturalmente, e quem detém a sua chave privada controla a conta. A Chave Privada é gerada aleatoriamente localmente pela Carteira e não envolve o processo de rede.

2. Login de usuário: O uso do Blockchain não requer um login, e a maioria dos dApps não tem o processo de login, mas se conecta à Carteira. Alguns dApps exigirão que os usuários assinem e verifiquem depois de se conectar à Carteira para garantir que o usuário realmente tenha a Chave Privada, em vez de apenas passar um WalletAddress para o frontend.

3. Autenticação da operação: O usuário envia diretamente os dados assinados para o Nó, e o Nó transmitirá a transação para toda a rede Blockchain após a verificação, e a operação do usuário será confirmada após atender ao Consenso da rede Blockchain.

A diferença entre os dois modos é causada por simetria e assimetria. Em uma arquitetura servidor-usuário, ambas as partes guardam os mesmos segredos. Na arquitetura Blockchain-User, apenas o usuário detém os segredos.

Embora a camada de execução do SCP não possa ser um Blockchain, todos os dados precisam ser sincronizados com a camada DA publicamente visível, portanto, o método de autenticação de login e operação usado pelo SCP deve ser assimétrico. No entanto, como não queremos ter ações complicadas e experiência ruim que afetem a adoção em massa, como permitir que os usuários mantenham chaves privadas e usem carteiras, os aplicativos construídos no SCP também têm uma forte necessidade de usar senhas de identificação tradicionais ou logins de autenticação de três partes OAuth, então como combinar os dois?

Devido à natureza assimétrica da criptografia assimétrica e dos pares à prova de conhecimento zero, imagino dois cenários possíveis:

• Se você quiser usar o sistema ID-password, você pode deixar este módulo de armazenamento de senha fora do SCP, para que ninguém mais possa vê-lo. A camada de execução do SCP ainda usa as contas de chave pública e privada do blockchain e a lógica de operação, sem registro, login, etc. Na verdade, o ID do utilizador corresponde a uma chave privada. **Claro, essa chave privada não pode ser mantida no lado do projeto, e a solução mais viável é usar 2-3 MPC para resolver o problema de armazenamento centralizado, enquanto não permite que os usuários usem a chave privada. Ao confiar no login OAuth, o JWT (Json Web Token) pode ser usado como um meio de autenticação. **Este método será um pouco mais centralizado do que o acima, porque essencialmente precisa confiar no serviço de login de terceiros fornecido pelos fabricantes Web2 como autenticação de identidade.

• Quando iniciar sessão com um terceiro pela primeira vez, registe os campos no JWT que representam a identidade do utilizador e a identidade do prestador de serviços no sistema. Nas operações subsequentes do usuário, a instrução de operação é usada como a entrada pública, e o JWT como um todo é usado como uma testemunha secreta para verificar a transação de cada usuário com o ZKP.

Cada JWT tem uma data de validade, e os usuários solicitarão um novo JWT na próxima vez que fizerem login, portanto, não há necessidade de mantê-lo para sempre. Além disso, esse sistema também precisa contar com o JWK, que pode ser entendido como a chave pública fornecida pela grande fábrica para verificar o JWK. Portanto, como inserir a Descentralização JWK no sistema, e como lidar com a rotação de chaves privadas no futuro, também vale a pena explorar.

De qualquer forma, é mais caro desenvolver e calcular do que os métodos tradicionais, mas também é um preço necessário a pagar pela descentralização. **Claro, se a equipe do projeto não acredita que a Descentralização final é necessária, ou há marcos diferentes em diferentes estágios de desenvolvimento, não há problema em ter esses projetos, porque a Descentralização não é preto e branco, mas há uma área cinzenta no meio.

Privacidade

As questões de transparência mencionadas acima têm impacto não só no paradigma de interação do usuário, mas também nos dados do usuário. Os dados do usuário são diretamente expostos. Embora isso não seja um problema no Blockchain, não é muito aceitável em algumas aplicações, então os desenvolvedores também podem construir sistemas de transação privados.

Cobrança

A forma como a camada de execução cobra é outro ponto de preocupação. Isso porque também há custos associados ao envio de dados para a camada DA, incluindo a operação de seus próprios servidores. O primeiro objetivo central do Blockchain tradicional para cobrar taxas de gás dos usuários é evitar que os usuários passem um grande número de transações repetitivas para interromper a rede de transações, e o segundo é classificar as transações de acordo com o gás. Web2 não tem preocupações semelhantes, então existem apenas conceitos básicos como inundações e DDoS.

A camada de execução pode personalizar várias estratégias de carregamento, como carregamento totalmente gratuito ou parcial, e também pode rentabilizar outros comportamentos como MEV (que é muito maduro no sequenciador), atividades de marketing, etc.

Resistência à Censura

A camada de execução não é resistente à censura e pode, teoricamente, rejeitar as transações dos usuários indefinidamente. No Rollup, a resistência à censura pode ser garantida pela função de agregação forçada do contrato L1, enquanto a Sidechain ou cadeia pública é uma rede Blockchain distribuída completa, que também é difícil de rever.

**Não existe atualmente uma solução clara para o problema da resistência à censura, que é um problema do paradigma do SCP. **

Camada de Consenso

Esta camada é composta de nó solto, e esses nós não formam ativamente a rede, portanto, não é estritamente uma camada de consenso, mas apenas usada para confirmar o estado atual da camada de execução para o mundo exterior (como usuários).

Por exemplo, se você tiver dúvidas sobre o estado de saúde desses nós, você pode baixar seu cliente detetor, que executa o mesmo código de programa que o coordenador. **

No entanto, isso é semelhante ao Rollup, porque os dados são enviados em lotes, a camada de execução sempre retorna um estado mais recente para o usuário do que a camada DA. Isso envolve um problema de pré-confirmação:

A camada de execução dá ao usuário o resultado de pré-confirmação e soft finality, porque ainda não foi submetido à camada DA;

** A camada Consenso fornece aos usuários uma finalidade difícil. Os usuários podem não se importar particularmente com isso, mas para aplicações como pontes de interação entre cadeias, a finalidade rígida deve ser seguida. Por exemplo, o sistema de depósito e retirada da exchange não confiará nos dados transmitidos pelo serializador Rollup off-chain e deve esperar que esses dados sejam carregados no Ethereum antes de serem reconhecidos.

Além de ser usada para confirmar resultados, a camada de Consenso também desempenha um papel importante, que é a redundância de desastres como uma camada de execução. **Se a camada de execução ataca permanentemente e faz mal grave, neste momento, teoricamente qualquer camada de Consenso pode assumir o trabalho da camada de execução e receber solicitações do usuário. Se tal situação grave ocorrer, a comunidade deve escolher um nó estável e confiável como o servidor para a camada de execução.

Camada de Liquidação

Como o SCP não é um Rollup, ele não pode alcançar retiradas sem confiança baseadas inteiramente em criptografia e código de contrato inteligente sem intervenção humana, como a camada de liquidação de retirada do Rollup. As SCP Cross-Chain Interaction Bridges são as mesmas que as Sidechain ou Third-Party Witness Cross-Chain Interaction Bridges, e precisam contar com gerentes autorizados de várias assinaturas para liberar ativos, o que chamamos de modelo testemunha.

A descentralização da ponte testemunha, tanto quanto possível, é o tema de muitos estudos de interação entre cadeias. Devido a limitações de espaço, não vou me estender aqui. Uma plataforma SCP bem projetada também deve ter parceiros multisig de ponte de descentralização respeitáveis na prática.

Pode-se perguntar por que a SCP não usa cadeias com contratos inteligentes como uma camada DA? Isso pode fazer uma camada de liquidação que dá contratos e é completamente sem confiança.

A longo prazo, desde que algumas dificuldades técnicas sejam superadas, se a camada DA for colocada em uma camada DA com contratos como o Ethereum, e o contrato correspondente para verificação puder ser construído, o SCP também pode obter a mesma segurança de liquidação que o Rollup, sem a necessidade de usar multiassinatura.

Mas, na prática, isso não é necessariamente o ideal:**

1. Ethereum não é usado especificamente para preservação de dados, e o preço é muito alto em comparação com a cadeia pública de armazenamento de dados puro. Para o paradigma SCP, um custo de armazenamento suficientemente baixo ou fixo é crucial. Somente dessa forma a taxa de transferência de nível Web2 pode ser suportada.

2. Prove que o sistema é muito difícil de desenvolver, porque o SCP pode não só simular EVM, mas também implementar qualquer lógica. ** Olhando para o fato de que equipes como a Optimism ainda não estão online para provas de fraude, e a dificuldade de desenvolvimento do zkEVM, podemos imaginar que é extremamente difícil implementar as provas de vários sistemas no Ethereum.

Portanto, a solução Rollup só é melhor prática em situações específicas, e se você planeja implementar uma abordagem mais ampla e aberta que se afasta do sistema EVM e entra em mais recursos Web2, a ideia do Ethereum Rollup não é apropriada.

**SCP não é um esquema de escalonamento de cadeia pública, mas uma arquitetura de plataforma de computação Web3 maior, então obviamente não há necessidade de seguir a ideia da Camada 2 do Ethereum. **

Um diagrama comparando SCP com outros paradigmas