Estratégias de armazenamento de dados na blockchain

Existem várias maneiras de armazenar informações diretamente na blockchain ou de uma maneira que seja protegida pela blockchain:

• Blobs da EIP-4844
• Dados de chamada (calldata)
• Offchain com mecanismos da camada 1 (l1)
• "Código" do contrato
• Eventos
• Armazenamento da EVM

A escolha de qual método usar baseia-se em vários critérios:

• A fonte da informação. As informações nos dados de chamada não podem vir diretamente da própria blockchain.
• O destino da informação. Os dados de chamada estão disponíveis apenas na transação que os inclui. Os eventos não são acessíveis onchain de forma alguma.
• Quanto incômodo é aceitável? Computadores que executam um nó completo podem realizar mais processamento do que um cliente leve em um aplicativo executado em um navegador.
• É necessário facilitar o acesso fácil à informação a partir de cada nó?
• Os requisitos de segurança.

Os requisitos de segurança

Em geral, a segurança da informação consiste em três atributos:

• Confidencialidade, entidades não autorizadas não têm permissão para ler as informações. Isso é importante em muitos casos, mas não aqui. Não há segredos na blockchain. As blockchains funcionam porque qualquer pessoa pode verificar as transições de estado, portanto, é impossível usá-las para armazenar segredos diretamente. Existem maneiras de armazenar informações confidenciais na blockchain, mas todas dependem de algum componente offchain para armazenar pelo menos uma chave.

• Integridade, a informação está correta, não pode ser alterada por entidades não autorizadas ou de maneiras não autorizadas (por exemplo, transferir tokens ERC-20 (opens in a new tab) sem um evento Transfer). Na blockchain, cada nó verifica cada mudança de estado, o que garante a integridade.

• Disponibilidade, a informação está disponível para qualquer entidade autorizada. Na blockchain, isso geralmente é alcançado tendo a informação disponível em cada nó completo (opens in a new tab).

As diferentes soluções aqui têm todas uma excelente integridade, porque os hashes são publicados na camada 1 (l1). No entanto, elas têm diferentes garantias de disponibilidade.

Pré-requisitos

Você deve ter um bom entendimento dos fundamentos da blockchain. Esta página também pressupõe que o leitor esteja familiarizado com blocos, transações e outros tópicos relevantes.

Blobs da EIP-4844

A partir do hardfork Dencun (opens in a new tab), a blockchain Ethereum inclui a EIP-4844 (opens in a new tab), que adiciona ao Ethereum blobs de dados com uma vida útil limitada (inicialmente cerca de 18 dias (opens in a new tab)). Esses blobs são precificados separadamente do gás de execução, embora usem um mecanismo semelhante. Eles são uma maneira barata de publicar dados temporários.

O principal caso de uso para os blobs da EIP-4844 é para os rollups publicarem suas transações. Os rollups otimistas precisam publicar as transações em suas blockchains. Essas transações devem estar disponíveis para qualquer pessoa durante o período de desafio (opens in a new tab) para permitir que os validadores (opens in a new tab) corrijam o erro se o sequenciador (opens in a new tab) do rollup publicar uma raiz de estado incorreta.

No entanto, uma vez que o período de desafio tenha passado e a raiz de estado seja finalizada, o propósito restante para conhecer essas transações é replicar o estado atual da cadeia. Esse estado também está disponível a partir dos nós da cadeia, com muito menos processamento necessário. Portanto, as informações da transação ainda devem ser preservadas em alguns lugares, como exploradores de blocos, mas não há necessidade de pagar pelo nível de resistência à censura que o Ethereum fornece.

Os rollups de conhecimento zero também publicam seus dados de transação para permitir que outros nós repliquem o estado existente e verifiquem as provas de validade, mas, novamente, esse é um requisito de curto prazo.

No momento da redação, a publicação na EIP-4844 custa um Wei (10^-18 ETH) por byte, o que é insignificante em comparação com os 21.000 de gás de execução que qualquer transação, incluindo uma que publica blobs, custa (opens in a new tab). Você pode ver o preço atual da EIP-4844 em blobscan.com (opens in a new tab).

Aqui estão os endereços para ver os blobs publicados por alguns rollups famosos.

Dados de chamada

Os dados de chamada referem-se aos bytes enviados como parte da transação. Eles são armazenados como parte do registro permanente da blockchain no bloco que inclui essa transação.

Este é o método mais barato para colocar dados permanentemente na blockchain. O custo por byte é de 4 de gás de execução (se o byte for zero) ou 16 de gás (qualquer outro valor). Se os dados forem compactados, o que é uma prática padrão, então cada valor de byte é igualmente provável, de modo que o custo médio é de aproximadamente 15,95 de gás por byte.

No momento da redação, os preços são 12 gwei/gás e 2300 $/ETH, o que significa que o custo é de aproximadamente 45 centavos por kilobyte. Como esse era o método mais barato antes da EIP-4844, este é o método que os rollups usavam para armazenar informações de transação, que precisam estar disponíveis para desafios de falha (opens in a new tab), mas não precisam ser acessíveis diretamente onchain.

Aqui estão os endereços para ver as transações publicadas por alguns rollups famosos.

Offchain com mecanismos da camada 1 (l1)

Dependendo de suas compensações de segurança, pode ser aceitável colocar as informações em outro lugar e usar um mecanismo que garanta que os dados estejam disponíveis quando necessário. Existem dois requisitos para que isso funcione:

1. Publicar um hash (opens in a new tab) dos dados na blockchain, chamado de compromisso de entrada (input commitment). Isso pode ser uma única palavra de 32 bytes, portanto, não é caro. Desde que o compromisso de entrada esteja disponível, a integridade é garantida porque não é viável encontrar quaisquer outros dados que resultariam no mesmo valor de hash. Portanto, se dados incorretos forem fornecidos, isso poderá ser detectado.

2. Ter um mecanismo que garanta a disponibilidade. Por exemplo, na Redstone (opens in a new tab), qualquer nó pode enviar um desafio de disponibilidade. Se o sequenciador não responder onchain até o prazo, o compromisso de entrada será descartado, de modo que a informação será considerada como nunca tendo sido publicada.

Isso é aceitável para um rollup otimista porque já estamos confiando em ter pelo menos um verificador honesto para a raiz de estado. Esse verificador honesto também se certificará de que possui os dados para processar blocos e emitirá um desafio de disponibilidade se as informações não estiverem disponíveis offchain. Esse tipo de rollup otimista é chamado de Plasma.

Código do contrato

As informações que só precisam ser gravadas uma vez, nunca são substituídas e precisam estar disponíveis onchain podem ser armazenadas como código de contrato. Isso significa que criamos um "contrato inteligente" com os dados e, em seguida, usamos EXTCODECOPY (opens in a new tab) para ler as informações. A vantagem é que copiar código é relativamente barato.

Além do custo de expansão de memória, EXTCODECOPY custa 2600 de gás para o primeiro acesso a um contrato (quando está "frio") e 100 de gás para cópias subsequentes do mesmo contrato, mais 3 de gás por palavra de 32 bytes. Em comparação com os dados de chamada, que custam 15,95 por byte, isso é mais barato a partir de cerca de 200 bytes. Com base na fórmula para custos de expansão de memória (opens in a new tab), desde que você não precise de mais de 4 MB de memória, o custo de expansão de memória é menor do que o custo de adicionar dados de chamada.

Claro, este é apenas o custo para ler os dados. Criar o contrato custa aproximadamente 32.000 de gás + 200 de gás/byte. Este método só é econômico quando a mesma informação precisa ser lida muitas vezes em transações diferentes.

O código do contrato pode não fazer sentido, desde que não comece com 0xEF. Os contratos que começam com 0xEF são interpretados como formato de objeto ethereum (opens in a new tab), que tem requisitos muito mais rigorosos.

Eventos

Os eventos (opens in a new tab) são emitidos por contratos inteligentes e lidos por software offchain. A vantagem deles é que o código offchain pode escutar eventos. O custo é em gás (opens in a new tab), 375 mais 8 de gás por byte de dados. A 12 gwei/gás e 2300 $/ETH, isso se traduz em um centavo mais 22 centavos por kilobyte.

Armazenamento

Os contratos inteligentes têm acesso ao armazenamento persistente (opens in a new tab). No entanto, é muito caro. Gravar uma palavra de 32 bytes em um slot de armazenamento anteriormente vazio pode custar 22.100 de gás (opens in a new tab). A 12 gwei/gás e 2300 $/ETH, isso é cerca de 61 centavos por operação de gravação, ou US$ 19,5 por kilobyte.

Esta é a forma mais cara de armazenamento no Ethereum.

Resumo

Esta tabela resume as diferentes opções, suas vantagens e desvantagens.