Após sete anos do seu lançamento, o Ethereum tem se consolidado como a principal plataforma de contratos inteligentes do mundo cripto. Uma vítima do seu próprio sucesso¹, a rede tem apresentado problemas de escalabilidade já há algum tempo, fazendo com que seus usuários tenham que pagar altas taxas de transação ao interagir com aplicativos descentralizados (DApps), desde protocolos de finanças descentralizadas (DeFi) até a compra e venda de NFTs. Isso se deve ao fato de que o Ethereum, desde sua concepção, visa ter segurança e descentralização como suas duas principais características, fazendo com que a escalabilidade da rede não possa ser atingida através de soluções simples. Esse compromisso, entre segurança, descentralização e escalabilidade, é conhecido como o trilema da blockchain². 

Além disso, como a segurança do Ethereum é baseada, desde o início, no processo de mineração, com a crescente adoção da rede e o aumento do poder computacional empregado para registrar transações em sua blockchain, também cresceu o consumo energético necessário para mantê-la segura e, portanto, seu impacto ambiental.

Para endereçar esses dois grandes desafios, o Ethereum passará, em breve, por sua maior atualização. O “The Merge” é o grande evento em que a rede fará a transição do mecanismo de consenso de Proof-of-Work (PoW) para o Proof-of-Stake (PoS), tornando a mineração obsoleta e diminuindo substancialmente seu impacto ambiental atual. Este evento por si só não levará a menos congestionamento e menores taxas de transação, mas servirá como base para futuras atualizações que deverão trazer os tão aguardados aumentos de escalabilidade que a rede sempre almejou.

Neste artigo, expomos porque o Merge deve ser encarado como um passo fundamental no desenvolvimento da rede Ethereum, discutindo:

1. A enorme redução no consumo de energia (~99,95%) trazida pela mudança do PoW para o PoS; 

2. Como essa migração por si só não trará maior escalabilidade à rede Ethereum, mas estabelecerá a infraestrutura para que o sharding (que discutiremos abaixo) possa ser implementado no futuro;

3. As atualizações de política monetária que serão implementadas após a transição para o PoS, com o potencial de diminuir em até ~90% a velocidade de emissão atual de novos ETH, o token nativo da rede, além de remover a maior parte da atual pressão de venda advinda dos mineradores;

4. O aumento nos rendimentos de staking dos atuais ~4,7% para ~10,0%, impulsionando o incentivo para que novos usuários participem do consenso da rede e reduzindo a oferta líquida de ETH no mercado;

5. Como serviços especializados de staking permitirão que a maioria dos usuários possa iniciar a ganhar recompensas sobre suas posições em ETH;

Programado para acontecer em meados do mês de setembro (entres os dias 15 e 16)³, o Merge pode ser o ponto de partida para uma adoção muito maior da rede Ethereum nos próximos anos. Se for bem-sucedido, ele pode diminuir apreciavelmente as preocupações que existem hoje de que outras blockchains de primeira camada (as chamadas Layer-1s)⁴ possam tomar a posição de liderança do Ethereum entre as plataformas de contratos inteligentes, trazendo uma nova onda de valor agregado para a sua rede.

 

Reduzindo o impacto ambiental e a preparação para um futuro mais escalável

Desde o seu lançamento, em 2015, o Ethereum opera sob o consenso de Nakamoto, no qual o Proof-of-Work (PoW) estabelece qual deve ser o próximo bloco de transações a ser incluído na blockchain. No PoW, mineradores empregam eletricidade e hardware para resolver, por força bruta, um quebra-cabeças computacional. O minerador que primeiro resolver esse desafio se torna elegível para incluir o próximo bloco de transações na blockchain, obtendo uma recompensa composta de taxas de transação pagas pelos usuários e novos tokens nativos da rede emitidos como subsídio. O Ethereum paga essa recompensa em ether (ETH), sendo as taxas de transação chamadas de taxas de gás, uma vez que funcionam como uma espécie de combustível para a operação da rede e execução de aplicações. O consumo de energia do PoW tem sido objeto de escrutínio e críticas por observadores externos e grandes atores da comunidade do Ethereum. A nível de ilustração, em abril deste ano, a rede tinha um consumo de energia elétrica estimado de 112 TWh/ano⁷ (comparável ao consumo de energia da Holanda), com uma pegada de carbono de cerca de 62 MtCO2/ano⁸ (comparável à Bielorrússia).

_{Figura 1: O consumo de energia da rede Ethereum cresceu dezenas de TWh/ano entre meados de 2017 e abril de 2022⁹.}

Os desenvolvedores da rede, incluindo o cofundador Vitalik Buterin, já consideravam formas alternativas de atingir consenso sobre o estado da blockchain há algum tempo¹⁰, em debates envolvendo eficiência versus segurança para diferentes arquiteturas. O Proof-of-Stake (PoS) foi a solução escolhida¹¹, que, ao contrário do PoW, possui validadores que se revezam propondo e votando em novos blocos, com o peso do voto de cada validador dependendo do tamanho de seu depósito na rede (sua participação ou stake)¹². Como nenhum problema computacional precisa ser resolvido para que se atinja consenso, o impacto ambiental do PoS é irrisório quando comparado ao PoW.

Essa infraestrutura computacional alternativa também permite a implementação de uma tecnologia conhecida como sharding, cujo objetivo é fornecer maior escalabilidade à rede Ethereum ao dividir a disponibilidade de dados e a execução de códigos entre um grande número de nós (nodes)¹³ operando paralelamente¹⁴. Para entender o porquê, é preciso lembrar que atacar uma rede que funciona através do PoW demanda muitos recursos computacionais, o que, na prática, se torna inviável em uma rede com o poder computacional que o Ethereum tem atualmente (~900 TH/s)¹⁵. No entanto, caso a rede PoW fosse segmentada em shards, agir maliciosamente em um único deles seria significativamente menos caro, pois os recursos necessários para atacar apenas um (espera-se que o Ethereum suporte 64 shards no futuro) são apenas uma fração (1/64) do total necessário para atacar a rede inteira. Isso poderia, portanto, pôr em risco a segurança dos shards que operassem seu consenso através do PoW. Por outro lado, o PoS permite que um mecanismo seja introduzido para que os validadores não possam escolher o shard em que desejam trabalhar, mas, sim, que sejam atribuídos aleatoriamente a eles ao longo do tempo. Assim, as atribuições dos shards são reorganizadas de tempos em tempos para evitar que validadores trabalhem em um único desses fragmentos por um longo período, o que limita sua capacidade de ataque e evita conluios entre grupos. Como, além disso, o PoS elimina a necessidade de hardware de mineração e seus altos custos de eletricidade, acredita-se que a operação de shards seja viável em hardware comercial no futuro, removendo barreiras para que novos usuários entrem na validação da rede. 

Em resumo, ao mudar para o PoS, além de eliminar seu impacto ambiental, a rede Ethereum também passa a incluir uma infraestrutura mais robusta para que os shards sejam implementados de forma segura, embora essa transição por si só não implique em uma maior escalabilidade de imediato¹⁶.

Após anos de desenvolvimento, o Ethereum iniciou sua mudança para o PoS em 1 de dezembro de 2020¹⁷, com o lançamento da chamada Beacon Chain¹⁸, uma rede paralela à sua atual camada base que funciona inteiramente sob o PoS. Com os dados atuais de validadores atuando nessa rede paralela, estima-se uma redução de até ~99,95%¹⁹ no consumo energético do Ethereum após a adoção do PoS. Para ser um validador nesta nova cadeia PoS, um usuário deve colocar em staking um total de 32 ETH para ativar o software de validação²⁰. Atualmente, existem ~13,3 milhões de ETH depositados na Beacon Chain (11,2%²¹ do estoque total to token nativo), com cerca de 416.000 validadores ativos e recompensas que fornecem um rendimento anual (no inglês, annual percentage rate ou APR) de 4,7%²². O Merge é o evento em que a Beacon Chain se fundirá com a rede principal, se tornando a nova camada de consenso do Ethereum, agora sob o PoS.

 

_{Figura 2: Representação esquemática da fusão entre a Beacon Chain (PoS) e a rede Ethereum atual (PoW), resultando em uma nova infraestrutura operando sob o PoS.}

Uma nova taxa de emissão e o impacto do EIP-1559

Além dos impactos positivos da introdução do PoS discutidos acima, o Merge também trará atualizações importantes na política monetária da rede Ethereum. Após a transição, não existirá mais o subsídio atual de 2 ETH para cada novo bloco minerado no PoW. No seu lugar, novas unidades de ETH serão concedidas aos validadores com base em um cronograma de emissão dinâmico que é ajustado a cada época de staking (um conjunto de 32 blocos, ou aproximadamente 6 minutos) levando em conta quanto ETH está depositado em cada momento. Se a quantidade de ETH em stake atualmente na Beacon Chain (13,3M) fosse mantida constante após o Merge, a taxa de emissão mudaria dos atuais ~5,25M ETH/ano para ~620.000 ETH/ano, uma redução de cerca de 90% na expansão anual da oferta do token nativo da rede.

_{Figura 3: Cenários para a emissão diária de ETH. Escolhemos a data tentativa para o Merge em 15 de setembro de 2022, fornecendo quatro cenários diferentes com diferentes APRs: 10M de ETH (5,4%), 20M de ETH (3,8%), 40M ETH (2,7%) e 80M de ETH (1,9%). Os dados faltantes entre a data atual e a do Merge foram preenchidos com a emissão média diária do PoW desde Jan/20 e um pouco de ruído aleatório usando o desvio padrão da emissão diária nessa mesma janela de tempo.}

Também, o hard fork London, ocorrido em 5 de agosto de 2021, marcou a ativação do EIP-1559, um novo mecanismo para precificar transações que inclui taxas de gás fixas (taxas de base, ou base fees) por bloco, e que modifica dinamicamente o tamanho deles para melhor lidar com o congestionamento na rede. Essas taxas de gás fixas são removidas (queimadas) do estoque total de ETH. A atualização foi um grande esforço para tornar os custos de transação mais previsíveis para o usuário final, além de criar um mecanismo de queima que desconta parte do ETH recém-emitido. 

Esses dois efeitos podem se combinar para que, pós-Merge, a rede Ethereum possa se tornar deflacionária durante certos períodos de tempo. Obviamente, essa possibilidade depende dos parâmetros da rede, como o número de ETH depositados e o de tokens queimados ao longo, mas, a título de ilustração, considere um cenário pós-Merge em que a quantidade de ETH depositada por validadores seja igual a 20 milhões, o que fornece um APR de 3,79%²³ ou ~2.100 ETH sendo emitidos como recompensas diariamente. Supondo que 50% da queima diária média (~5.500 ETH) desde a ativação do EIP-1559 permaneça sendo a taxa de queima pós-Merge (5.500 ETH * 0,50 = 2.750 ETH)²⁴, haverá um decréscimo líquido diário de estoque de 650 ETH (2.100 - 2.750 = -650), tornando a rede deflacionária enquanto essas condições forem satisfeitas.

_{Figura 4: Queima de ETH semanal e cumulativa desde a ativação do EIP-1559²⁵.}

_{Figura 5: Cenários para o estoque de ETH ao longo do tempo. Escolhemos a data tentativa para o Merge em 15 de setembro de 2022, fornecendo quatro cenários diferentes para o número médio de tokens queimados diariamente após a fusão: 10%, 25%, 50% e 100% da queima diária média (QDM) desde a ativação do EIP-1559 (~5.500 ETH), e supondo que 20M ETH estão depositados na Beacon Chain. Os dados faltantes entre a data atual e a do Merge foram preenchidos com a emissão média diária do PoW desde Jan/20 e um pouco de ruído aleatório usando o desvio padrão da emissão diária nessa mesma janela de tempo²⁶.}

Os incentivos do staking

Além dos efeitos da redução da taxa de emissão de novos ETH e da queima introduzida pelo EIP-1559, com a mineração sendo eliminada pelo Merge, é provável que a oferta líquida de ETH diminua, também, devido ao custo operacional de validação de blocos sob o PoS ser drasticamente menor, reduzindo a pressão de venda natural que os mineradores exercem no mercado para que possam pagar suas despesas de eletricidade e hardware. Também, dado que o staking é o mecanismo que permite incluir novos blocos na blockchain, quando o PoS for ativado, há o potencial para que muito mais ETH seja retirado de circulação e bloqueado na Beacon Chain por validadores. 

Isso deve ser impulsionado pelo início do pagamento de taxas de transação aos validadores da nova camada de consenso. Desde o lançamento do EIP-1559, há uma gorjeta média (taxas de gás em cima da taxa base de um bloco) paga aos mineradores de aproximadamente 1.150 ETH/dia²⁷. Se mantida, essa média diária gerará cerca de 3,2% de APR como receita aos validadores após o Merge. Somando isso à remuneração anual atual de 4,7% em emissão de novos ETH na Beacon Chain, e à extração de taxas por reorganização de transações nos blocos (conhecida como Maximal Extractable Value ou MEV²⁸), o APR recebido por validadores como recompensa por seus serviços pode ultrapassar os 10%²⁹.

Por fim, vale mencionar que a transição para o PoS também possibilita um novo modelo de negócios relacionado ao Ethereum conhecido como liquid staking³⁰, que permite que qualquer usuário delegue suas participações em ETH a terceiros e ganhe recompensas proporcionais a sua parte de uma staking pool, além de receberem em troca um sintético de ETH para ser utilizado em DeFi, por exemplo. Por arquitetura, os desenvolvedores do Ethereum definiram que validadores na Beacon Chain precisam depositar 32 ETH (~52.000 USD)³¹ em seus nós para ativar o software de validação. Essa barreira de entrada, que poderia impossibilitar que muitos usuários participassem da nova camada de consenso, pode ser superada graças a esses serviços de liquid staking. Com apenas 0,01 ETH (~16 USD), é possível depositar ETH em plataformas como a Rocket Pool, em troca de ativos sintéticos chamados rETH, ou na Lido,  em troca de um sintético chamado stETH, permitindo que qualquer investidor possa acumular recompensas de validação sobre quantidades mínimas de ETH que ele detenha. Desta forma, o acesso ao staking no Ethereum será bastante fácil, o que pode indicar um futuro em que uma maioria dos detentores de ETH sejam, de fato, parte relevante do consenso da rede.

Nossa visão

Nosso objetivo aqui foi discutir as principais mudanças trazidas pelo Merge dos pontos de vista técnico e de política monetária da rede Ethereum. Em breve, traremos mais um artigo abordando alguns cenários e riscos associados a esse evento.

O Merge é a maior atualização da história do Ethereum (e também de qualquer outra blockchain relevante), sendo um passo muito importante para que a principal plataforma de contratos inteligentes passe a ser muito mais sustentável, com uma redução do seu consumo de energia em até ~99,95%. Isso tem o potencial de abrir as portas para a entrada de investidores institucionais que, até aqui, não podiam investir no ETH e nos demais ativos construídos sobre a rede por causa do seu impacto ambiental. 

Além disso, o Merge permitirá que, no futuro, o Ethereum possa ser muito mais escalável através do sharding, que, acredita-se, poderá ser executado em hardware comercial, aumentando a descentralização e a resiliência da rede. Isso será um ponto determinante para que o Ethereum continue crescendo em adoção e atividade em sua blockchain, ao mesmo tempo que mantém seus princípios de descentralização e segurança inabalados.

Essa atualização também reduzirá a emissão de novos ETH em cerca de ~90% através de uma nova política de emissão do token nativo da rede. As recompensas de staking, somadas às taxas de transação e MEV, farão com que os validadores no PoS possam ter uma rentabilidade anual sobre seus depósitos superando os 10%, tornando o processo de validação uma atividade muito atraente para todos os detentores de ETH, mesmo para aqueles que não podem executar seu próprio nó, que poderão depositar e participar do consenso da rede através de provedores de liquid staking. 

Esses fatores se combinam para que o Merge seja um divisor de águas para o Ethereum, causando uma enorme diminuição no estoque líquido do seu token nativo e abrindo o caminho para que outras atualizações tornem realidade a visão original completa da rede³². Seguimos otimistas com esse importante evento no mundo cripto, e acompanharemos de perto os desdobramentos do Merge em setembro, atualizando nossos investidores com as principais notícias e informações relacionadas à atualização. Fiquem ligados.

 

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_{¹ Tech Radar, Ethereum: A victim of its own success, acessado em 7 de abril de 2022.}

_{² Ethereum Wiki, Sharding-FAQs, acessado em 7 de abril de 2022.}

³ _{CoinDesk, Ethereum’s Merge Now Has Tentative September Dates, acessado em 24 de agosto de 2022.}

⁴ _{Blockchains que executam contratos inteligentes de uso geral em suas redes principais.}

_{⁵ Supondo os atuais 13,3M de ETH em stake. Fonte: beaconcha.in, Open Source Ethereum 2.0 Beacon Chain Explorer, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{⁶ Supondo o rendimento de staking atual (com 13,3M ETH em stake), a quantidade total atual de gorjetas aos mineradores e estimativas de MEV atuais. Fonte: beaconcha.in, Open Source Ethereum 2.0 Beacon Chain Explorer, and Watch the Burn, Insights, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{⁷ Digiconomist, Ethereum Energy Consumption Index, acessado em 12 de abril de 2022}

_{⁸ Digiconomist, Ethereum Energy Consumption Index, acessado em 12 de abril de 2022.}

_{⁹ Digiconomist, Ethereum Energy Consumption Index, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{¹⁰ Vitalik Buterin, A Proof of Stake Design Philosophy, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{¹¹ BeInCrypto, Official Ethereum Proof-of-Stake Algorithm Proposal Published, acessado 23 de agosto de 2022.}

_{¹² Ethereum Wiki, Proof-of-Stake FAQs, acessado em 7 de abril de 2022.}

_{¹³ Na tecnologia blockchain, um nó é um computador conectado a uma rede blockchain que atende a uma série de propósitos essenciais para a manutenção de um sistema descentralizado. Alguns nós validam as transações, enquanto outros observam a atividade na blockchain. A estrutura dessa rede nodal também é um aspecto fundamental para manter a segurança em uma blockchain. Fonte: Gemini, Cryptopedia – Glossary, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{¹⁴ ethos.dev, The Beacon Chain Ethereum 2.0 explainer you need to read first, acessado 23 de agosto de 2022.}

_{¹⁵ Etherscan, Ethereum Network Hash Rate Chart, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{¹⁶ Fortune, 3 misconceptions about the ‘merge,’ Ethereum’s next big upgrade that will affect its supply and environmental impact, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{¹⁷ CoinDesk, Ethereum 2.0 Beacon Chain goes live as “World Computer” begins long-awaited overhaul, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{¹⁸ Ethereum Docs, The Beacon Chain, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{¹⁹ Ethereum Blog, Ethereum’s energy usage will soon decrease by ~99.95%, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{²⁰ Etherscan, Eth2 Deposit Contract, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{²¹ Dune Analytics, ETH Beacon Chain Deposits, acessado em 24 de agosto de 2022.}

_{²² beaconcha.in, Open Source Ethereum 2.0 Beacon Chain Explorer, acessado em 23 de agosto de 2022}

_{²³ Vitalik Buterin, Quick Python code for computing staking reward rates from total ETH staked, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{²⁴ Ultra Sound Awakening, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{²⁵ Glassnode, Ethereum Burned Supply, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{²⁶ Glassnode, Ethereum Issuance, e Vitalik Buterin, Quick Python code for computing staking reward rates from total ETH staked, acessados em 23 de agosto de 2022.}

_{²⁷ Watch the Burn, Insights, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{²⁸ Ethereum Docs, Maximal Extractable Value (MEV), acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{²⁹ Bitwise, A (Mostly) Jargon-Free Guide to Ethereum’s Quantum Leap – Part I: The Merge, accessed April 12, 2022}

_{³⁰ Messari Research, What’s at Stake in Staking-as-a-Service?, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{³¹ CoinMarketCap, acessado em 23 de agosto de 2022.}

_{³² Bankless, Endgame | Vitalik Buterin, 2022.}

 

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