Hyperbridge: Equilibrar as contas é possível ao processar 10 milhões de mensagens por ano!

No mundo da blockchain, muitos protocolos cross-chain são apenas “combinações de componentes” — uma cadeia, um conjunto de nós, um pouco de criptografia — mas o Hyperbridge não é nada disso.

Hyperbridge é um sistema mais complexo, mais rigoroso e também mais ousado: é composto por múltiplos níveis de nós, mecanismos de validação, incentivos económicos e a própria segurança do Polkadot. Nenhuma destas partes pode faltar, nem pode funcionar isoladamente.

A primeira vez que percebi isto foi na primeira Sub0 em Bruxelas. Na altura, discutia-se a base criptográfica do Hyperbridge — provas, validação, lógica cross-chain. Mas só mais tarde, após várias conversas com a equipa, é que compreendi verdadeiramente: o núcleo do Hyperbridge não é apenas a criptografia, mas sim o mecanismo criptoeconómico que permite que continue a funcionar mesmo após os programadores se retirarem.

É precisamente a partir desta questão que conseguimos ver o verdadeiro rosto do Hyperbridge: não é uma parachain, não é um tipo de nó relayer, nem é um submódulo do Polkadot, mas sim um sistema cross-chain com estrutura em camadas, funções bem definidas, incentivos dinâmicos e garantido pela segurança económica do Polkadot.

• Da “camada relayer não confiável” à “camada confiável validada pelo Polkadot”;
• Do Collator responsável pela validação das provas, ao relayer de consenso que mantém a sincronização, até ao relayer de mensagens que transmite efetivamente os dados cross-chain;
• Desde nós leves com requisitos mínimos de hardware (2GB de RAM), até ao conjunto de validadores do Polkadot que sustenta toda a segurança...

Cada detalhe do Hyperbridge responde à mesma pergunta: “Como construir um protocolo cross-chain verdadeiramente não custodial, mas que funcione de forma fiável a longo prazo?”

Este artigo irá mostrar-te toda a estrutura interna desta máquina cross-chain chamada Hyperbridge, desde a arquitetura, nós, modelo económico até ao papel do Polkadot!

O protocolo Hyperbridge não é um único componente

O protocolo Hyperbridge não é um único componente. Não é a parachain Hyperbridge em si, nem um tipo específico de nó relayer, muito menos uma parte da rede Polkadot, mas sim um organismo composto por todos estes elementos em conjunto.

Este organismo inclui relayers de consenso, relayers de mensagens, produtores de blocos, stakers, e depende do Polkadot como rede subjacente. Sem qualquer uma destas partes, o Hyperbridge não pode funcionar corretamente.

Se o Polkadot não estiver disponível, o Hyperbridge não pode existir; se um tipo de nó relayer estiver offline, o protocolo também para. Por isso, é necessário construir uma estrutura de incentivos clara e uma garantia criptoeconómica para unir todos os participantes e manter o protocolo em funcionamento.

Se estás familiarizado com o modelo OSI (especialmente a arquitetura em camadas do TCP), vais perceber mais facilmente a lógica de design do Hyperbridge. O modelo OSI tem camada física, camada de ligação, camada de aplicação, camada de apresentação, e na interoperabilidade cross-chain também adotamos uma abordagem semelhante em camadas.

No topo da estrutura está a rede Polkadot, que fornece a base para todas as outras partes da stack do protocolo Hyperbridge. Por baixo está a rede própria do Hyperbridge, incluindo o seu sistema de parachains. Na camada mais baixa estão os nós relayer, que funcionam como a “ligação física” do protocolo Hyperbridge, conectando todas as redes externas, recolhendo informações externas, validando provas e processando dados cross-chain, submetendo tudo isto ao Hyperbridge; após uma validação preliminar, o Hyperbridge encaminha os resultados para o Polkadot para confirmação final. Ou seja, o Polkadot fornece a “garantia final de que todos os dados e operações foram executados de acordo com as regras”.

Aqui há uma característica estrutural importante: a rede Hyperbridge e os nós relayer em si são “não confiáveis”, esta camada não tem garantia de segurança económica; só quando os dados chegam à camada superior da rede Polkadot é que entram na parte protegida pela segurança económica. Ou seja, o Polkadot supervisiona tanto o Hyperbridge como os relayers, garantindo que ambos funcionam segundo as regras. Em termos de funções, os relayers colaboram com os Collators para completar o processo cross-chain: os relayers recolhem transações, provas e dados cross-chain e submetem-nos aos produtores de blocos; os Collators validam toda a informação para garantir que é verdadeira, completa e conforme. Só as transações validadas entram no bloco, enquanto dados inválidos são bloqueados nesta fase.

Isto é fundamental, pois bloquear transações inválidas antecipadamente poupa espaço valioso nos blocos. Depois de validar e empacotar tudo, o Collator submete o bloco à rede Polkadot. Uma das capacidades centrais do Polkadot é validar todos os blocos. Ao contrário do ecossistema Ethereum, onde o Layer2 precisa de gerar as suas próprias provas de conhecimento zero, o Polkadot faz a validação dos blocos por ti. Após a validação, o Polkadot confirma que “o conteúdo do bloco cumpre todas as regras” e gera um “certificado de validade do bloco” (ou atestado de validade). Isto é crucial e será detalhado mais à frente.

Os três papéis principais do Hyperbridge: Como Collator, relayer de consenso e relayer de mensagens impulsionam todo o sistema cross-chain

Comecemos pelo primeiro papel-chave na rede Hyperbridge: Collator (produtor de blocos)

A sua principal função é recolher e validar vários tipos de provas de interoperabilidade cross-chain, lidando principalmente com dois tipos de transações com provas: mensagens de consenso e mensagens cross-chain.

Aqui há uma diferença importante em relação às blockchains tradicionais: o Collator não é um nó de staking. Na maioria das blockchains, para ser um nó ativo é necessário fazer staking de muitos tokens para entrar no conjunto de nós. No Hyperbridge, adotamos um mecanismo completamente diferente:

• Para ser Collator, basta bloquear uma pequena quantidade de Bridge Token como requisito mínimo;
• Mas para ser realmente selecionado como Collator, é preciso gastar “pontos de reputação”;
• E os pontos de reputação só podem ser obtidos através de trabalho ativo e prolongado como nó relayer.

Ou seja, só os relayers podem tornar-se Collators, não há outro caminho. Não podes entrar no conjunto de Collators por suborno, influência ou compra de qualificações; a única forma é executar trabalho de relayer de forma estável e acumular pontos de reputação. Além disso, para te candidatares a Collator, é necessário pagar uma pequena caução para entrar no processo de validação.

A seleção final é direta: o sistema ordena os relayers pelos pontos de reputação, e os com mais pontos tornam-se Collators nesse ciclo. O conjunto de Collators roda a cada 24 horas, garantindo que novos relayers de bom desempenho tenham oportunidade de entrar na próxima ronda.

O trabalho do Collator é remunerado: por cada bloco empacotado recebe cerca de 0,7 Bridge Token. Mas se falhar um bloco ou não cumprir o prazo, não recebe a recompensa.

Agora, falemos dos nós relayer de consenso

O consenso é crucial para mensagens cross-chain, pois todas as transações cross-chain precisam de ser confirmadas no Hyperbridge como “finalmente confirmadas na cadeia de origem”. Para isso, é necessário obter provas de consenso da cadeia externa.

O problema é: blockchains modernas — especialmente as baseadas em Slot — produzem blocos continuamente, mesmo sem transações. Isto significa que, mesmo sem atividade cross-chain, a cadeia externa continua a crescer. Assim, o Hyperbridge tem de sincronizar esta informação em tempo real para validar corretamente futuras mensagens cross-chain.

Esta é a principal função dos nós relayer de consenso: submeter continuamente mensagens de consenso da rede externa, mantendo o Hyperbridge sincronizado com a cadeia externa. Mesmo sem transações, esta sincronização deve continuar. Ao submeter estas mensagens de consenso, não pagam taxas de transação; pelo contrário, o protocolo Hyperbridge paga-lhes diretamente.

Para incentivar os relayers de consenso a executar este trabalho contínuo, o protocolo oferece recompensas em Bridge Token — ou seja, os relayers de consenso podem obter rendimentos estáveis de tokens ao executar tarefas de sincronização.

Agora falemos dos nós relayer de mensagens

Vamos começar por entender a relação deles com os relayers de consenso: supondo que uma blockchain externa produz blocos continuamente, o relayer de consenso fica entre essa cadeia e o Hyperbridge, recolhendo provas de cada novo bloco finalmente confirmado e submetendo-as ao Hyperbridge, recebendo Bridge Token como recompensa. Este processo garante que os relayers de consenso permanecem online, mantendo o Hyperbridge e todas as cadeias externas sincronizadas em consenso.

Os relayers de mensagens são semelhantes aos de consenso, mas com foco diferente: são responsáveis exclusivamente pela submissão de mensagens cross-chain. Quando o Hyperbridge sincroniza um novo bloco finalmente confirmado, os relayers de mensagens comparam esse bloco com o anterior para ver se surgiram novas mensagens cross-chain. Se encontrarem instruções válidas, submetem-nas ao Hyperbridge com as respetivas provas.

No entanto, há uma diferença importante: os relayers de mensagens nem sempre recebem recompensa ao submeter mensagens, e por vezes têm de pagar taxas ao Hyperbridge.

O processo é o seguinte:

• O utilizador ou aplicação pode iniciar uma mensagem cross-chain em qualquer blockchain, incluindo uma quantidade de stablecoin como taxa;
• O relayer de mensagens, ao encontrar esta mensagem, transmite-a ao Hyperbridge;
• Após submissão bem-sucedida, o relayer pode retirar a stablecoin anexada pelo utilizador como recompensa.

Além disso, existe um mecanismo de ajuste:

• Se o volume de mensagens processadas estiver abaixo do limiar definido, o Hyperbridge atribui Bridge Token extra aos relayers de mensagens;
• Se o volume ultrapassar o limiar, os relayers de mensagens têm de pagar Bridge Token ao Hyperbridge.

Este design permite ao protocolo formar um pool de receitas e controlar o comportamento dos relayers de mensagens, garantindo que a capacidade de transmissão de mensagens não é excessiva nem insuficiente.

Na essência, todo este mecanismo serve para manter os relayers de mensagens sempre online: assim que haja dados cross-chain, o sistema pode entregá-los ao Hyperbridge no menor tempo possível. A lógica geral é semelhante à dos relayers de consenso — os relayers de mensagens também ficam entre a cadeia externa e o Hyperbridge, recolhendo e transmitindo transações cross-chain. A diferença está no modelo de recompensa: quando o volume de mensagens é baixo, o Hyperbridge subsidia os relayers com Bridge Token; quando excede o objetivo, os relayers pagam Bridge Token ao Hyperbridge, que assim acumula receitas.

O custo do cross-chain ZK pode chegar a milhões, mas o Hyperbridge só precisa de um servidor de 2GB

Vamos falar brevemente sobre os requisitos de hardware para executar estes Relayers e Collators.

Comecemos pelos relayers. O software dos relayers é muito leve, a sua principal tarefa é fazer pedidos RPC aos nós blockchain, por isso o requisito de hardware é quase irrelevante. Um CPU quad-core é suficiente, e até um servidor com apenas 2GB de RAM serve perfeitamente. Afinal, o software é escrito em Rust, com excelente eficiência de memória.

A necessidade de largura de banda também é baixa. Se o relayer e o nó RPC estiverem no mesmo datacenter, 20 MB/s de largura de banda chegam; se for necessário aceder ao nó RPC pela internet, recomenda-se uma largura de banda maior para maior estabilidade.

Na verdade, o maior custo de operar um relayer é a subscrição do serviço RPC.

Seja Alchemy, Quicknode ou Anchor, podes obter todas as provas e dados necessários para o cross-chain diretamente dos nós completos que fornecem, por isso o custo operacional próprio é muito baixo.

Esta é uma das razões fundamentais pelas quais o Hyperbridge tem uma vantagem significativa em interoperabilidade cross-chain em larga escala. Muitos protocolos cross-chain atuais dependem de provas de conhecimento zero (ZK proofs), que são caras de gerar e têm custos operacionais elevados; em comparação, o custo de operação do Hyperbridge é incrivelmente baixo.

Quanto aos Collators, os requisitos de hardware são mais elevados, pois o software Collator precisa de executar um nó local da relay chain do Polkadot. Isto implica maior pressão de armazenamento, já que um nó de arquivo do Polkadot requer cerca de 3TB de espaço, pelo que é recomendável usar pelo menos um SSD de 4TB.

Além disso, para garantir comunicação eficiente com a relay chain do Polkadot e submissão atempada de blocos, o Collator precisa de um servidor com largura de banda elevada. O custo mensal deste tipo de servidor ronda os 200 dólares. Claro, se fores um validador doméstico e quiseres operar o nó em casa, este custo pode ser ignorado.

Que papel desempenha o Polkadot no Hyperbridge

Por fim, vejamos qual o papel do Polkadot no Hyperbridge.

O Hyperbridge, como uma parachain no ecossistema Polkadot, funciona essencialmente como um “coprocessador de validação criptográfica” para mensagens cross-chain. Mas esta capacidade de validação não é fornecida pelo próprio Hyperbridge, mas sim pela segurança do Polkadot. O “certificado de validade criptográfica” do bloco Hyperbridge, mencionado antes, é na verdade uma assinatura digital gerada pelo conjunto de validadores do Polkadot, ou seja, estes certificados têm o aval coletivo dos validadores ativos da rede Polkadot.

Compreender isto é fundamental: uma blockchain, na sua essência, é um grande “mecanismo de multi-assinatura”, e o conjunto de validadores é uma conta multi-sig dinâmica de grande escala.

Então, qual a diferença entre este “multi-sig” ao nível da blockchain e os esquemas tradicionais de bridges multi-sig? Principalmente duas:

Primeiro: o conjunto de validadores é rotativo, enquanto o comité multi-sig é fixo

• No Polkadot, o conjunto de validadores roda automaticamente a cada 4 horas;
• No esquema de bridge multi-sig, os membros do comité são fixos e as suas chaves privadas permanecem nos mesmos dispositivos.

Isto significa que bridges multi-sig tradicionais são mais vulneráveis a ataques por fuga de chaves privadas, enquanto o design dinâmico dos validadores do Polkadot aumenta significativamente a segurança.

Segundo: as assinaturas dos validadores têm “garantia de segurança económica on-chain”

• Os validadores do Polkadot têm de fazer staking de ativos, e se assinarem informações erradas ou maliciosas, o seu stake é confiscado (slashing).
• Por outro lado, os membros do comité multi-sig tradicional não têm custos ou riscos; mesmo que ajam maliciosamente em conjunto, não sofrem perdas.

Isto explica porque, quando bridges multi-sig são hackeadas, os atacantes podem roubar milhares de milhões de dólares sem consequências para os membros do comité.

Porque não usar diretamente a blockchain como “multi-sig gigante”? O único problema é a escala. O número de validadores numa blockchain é geralmente elevado. No caso do Polkadot:

• Atualmente há mais de 600 validadores
• No futuro pode expandir para mais de 1000

Sem otimização, validar assinaturas em tão grande escala seria muito caro. Mas isto pode ser resolvido com as seguintes tecnologias:

• Assinaturas BLS agregáveis
• Tecnologias de validação assistida por provas de conhecimento zero (ZK)

Estas soluções reduzem o custo de validação de assinaturas em grande escala para níveis aceitáveis.

Por outro lado, os comités multi-sig mantêm-se pequenos para reduzir custos de validação, sacrificando segurança.

Há ainda uma diferença fundamental: a estrutura de governação é completamente diferente. O mecanismo de validadores da blockchain é aberto e sem permissão:

• Qualquer pessoa pode juntar-se ou sair do conjunto de validadores, desde que faça staking suficiente;
• O comité multi-sig é fechado e permissionado: os membros são escolhidos manualmente e requerem confiança, o que é altamente centralizado.

O Hyperbridge precisa de processar apenas cerca de 10 milhões de mensagens por ano para atingir o break-even

Agora vejamos o modelo económico do protocolo Hyperbridge. O custo operacional anual do Hyperbridge é claro e relativamente fixo; já mencionámos que o protocolo precisa de incentivar diferentes papéis, incluindo:

• Incentivo aos relayers de consenso: cerca de 3 milhões de Bridge Token
• Incentivo aos relayers de mensagens: cerca de 1,4 milhões de Bridge Token
• Incentivo aos Collators: cerca de 3 milhões de Bridge Token
• E o custo do core time do Polkadot (embora variável, o custo total não é elevado)

No total, o custo anual para manter a rede Hyperbridge é de cerca de 10 milhões de Bridge Token.

Então surge a questão: de onde vem o financiamento para cobrir esta despesa?

A resposta é o tesouro on-chain do Hyperbridge. O tesouro detém cerca de 40% do fornecimento total de Bridge Token, sendo o maior detentor do sistema. Esta reserva é suficiente para sustentar o protocolo durante cerca de 40 anos, dando tempo ao Hyperbridge para alcançar sustentabilidade financeira.

O modelo de lucro é claro: sempre que um utilizador faz uma mensagem cross-chain, transação cross-chain ou consulta de armazenamento cross-chain, o tesouro do Hyperbridge cobra uma taxa, recolhida pelos relayers de mensagens “em nome do tesouro”.

Segundo o modelo atual, o Hyperbridge só precisa de processar cerca de 10 milhões de mensagens por ano para atingir o break-even.

De acordo com dados da Token Terminal: o volume global de transações cross-chain ultrapassa 1 bilião por ano. Assim, o Hyperbridge só precisa de cerca de 1% de quota de mercado para atingir o ponto de equilíbrio, entrando depois numa fase de lucro sustentável.

Eis alguns indicadores-chave atuais do Hyperbridge:

• Poupou mais de 13 triliões de gas em operações de validação
• Processou mais de 50.000 mensagens cross-chain: incluindo mensagens de aplicações próprias da Polytope Labs e operações cross-chain de terceiros na mainnet
• Validou mais de 10 milhões de provas (provas de consenso, provas de mensagens, etc.)
• O volume de transações cross-chain já ultrapassou 180 milhões de dólares
• A segurança económica é fornecida pelo Polkadot, atualmente superior a 2 biliões de dólares
• Já suporta mais de 14 blockchains EVM mainstream: Polkadot, Hydration, Bifrost, Arbitrum, Polygon, Base, Gnosis, Ethereum Mainnet, Unichain… e continua a expandir

Cenários de aplicação principais do Hyperbridge

Vamos apresentar rapidamente os principais cenários de aplicação do Hyperbridge.

1. Token Gateway

• Suporta o modelo cross-chain de burn & mint;
• Totalmente compatível com ERC-20, também pode usar o modelo lock & mint;
• Pode fazer bridge de qualquer token, com dados de chamada personalizados;
• Já suporta vários ativos na mainnet, incluindo DOT, vDOT, ZKVerify, Manta, etc.

2. Intent Gateway

• Suporta transações cross-chain rápidas;
• A maioria das operações cross-chain pode ser concluída em 30 segundos;

O maior ponto inovador é:

• Se a ordem cross-chain não for executada, o utilizador pode pedir reembolso de forma autónoma e permissionless no frontend do Hyperbridge, recebendo o valor imediatamente.
• Toda a mecânica depende do sistema de provas de validação: o Hyperbridge pode consultar em tempo real o estado da cadeia oposta e, se confirmar que a ordem não foi executada, inicia imediatamente o reembolso.

3. Ecossistema de desenvolvedores e aplicações de terceiros em construção

Atualmente, várias equipas de terceiros estão a desenvolver sobre o Hyperbridge:

• Hydration: está a construir uma solução de Intent personalizada baseada no Hyperbridge e a desenvolver um oráculo de preços para derivados de staking ETH;
• Bifrost: está a construir um oráculo de preços para vToken e planeia lançar a cunhagem assíncrona de vToken;
• Várias equipas de hackathon já lançaram aplicações na testnet do Hyperbridge.

Também estamos a explorar mais aplicações nativas, incluindo:

• Oráculos de preços verificáveis
• Governação cross-chain (propostas de governação numa cadeia, resultados lidos por todas as cadeias)
• Autenticação de identidade cross-chain (dados de identidade armazenados numa cadeia, acessíveis por várias cadeias)
• Consulta de armazenamento histórico (permite a contratos ler o estado histórico de uma cadeia alvo, crucial para protocolos que usam Merkle tree para distribuição de incentivos)

Lançámos recentemente um novo kit de ferramentas para desenvolvedores, incluindo:

• Interface completa Hyperbridge Solidity para aplicações Solidity
• SDK TypeScript para carteiras e frontends
• Indexador Subquery
• Componentes auxiliares como o Intent Filler, facilitando o desenvolvimento rápido de aplicações cross-chain.

Lançamento importante: Hyperbridge será integrado nativamente no Polkadot Hub

O Hyperbridge será integrado nativamente no Polkadot Hub. Isto significa que todas as aplicações que correm no Polkadot Hub poderão interagir diretamente com blockchains fora do ecossistema Polkadot através do Hyperbridge, usando capacidades de armazenamento cross-chain, consulta cross-chain, transmissão de mensagens cross-chain, etc.

Estamos também a colaborar de perto com a equipa da Parity para implementar o BLS Beefy:

• Atualmente, os nós de prova de consenso do Polkadot ainda são operados pela equipa da Polytope Labs
• No futuro, a descentralização dos validadores será alcançada através de assinaturas BLS agregáveis
• Isto permitirá a operação totalmente descentralizada do Hyperbridge

A integração do Hyperbridge com o ecossistema EVM continua a expandir-se, e em breve será suportado:

• Arc
• Tempo
• Monad
• Sonic
• Tron (Tron está a desenvolver a funcionalidade de state commitment, e será suportado após a conclusão)

Além disso, já suportamos cadeias EVM do ecossistema Cosmos, incluindo:

• Sei
• Cronos
• Injective
• e outras redes Cosmos compatíveis com EVM.

É tudo da minha parte, obrigado a todos pela atenção e participação!