2  Aula 02 - Ethereum

Visão Geral

Resumo
Nesta aula é apresentada uma Visão Geral sobre rede Ethereum, componentes do Ecossistema Ethereum, a Ethereum Virtual Machine (EVM) e Contratos Nativos. Além disso, uma perspectiva do usuário é apresentada, mostrando a estrutura dos blocos do blockchain da Ethereum, Wallets e softwares clientes, nós e mineradores, ferramentas e APIs, protocolos e Linguagens de Programação Suportados.

3 Introdução

3.1 Objetivos

  • Apresentação de uma Visão Geral sobre rede Ethereum, componentes do Ecossistema Ethereum, a Ethereum Virtual Machine (EVM) e Contratos Nativos. Além disso, uma perspectiva do usuário é apresentada, mostrando a estrutura dos blocos do blockchain da Ethereum, Wallets e softwares clientes, nós e mineradores, ferramentas e APIs, protocolos e Linguagens de Programação Suportados.

4 Visão Geral do Ethereum

5 Ethereum

5.1 Ethereum – Overview

  • Vitalik Buterin conceitualizou Ethereum em Novembro de 2013.

  • A ideia central proposta foi o desenvolvimento de uma linguagem Turing-completa para permitir o desenvolvimento de programas arbitrários (contratos inteligentes) para blockchain e Aplicações Descentralizados (DApps).

  • Este conceito difere do Bitcoin, onde a linguagem de script é limitada e permite apenas as operações necessárias.

O Ethereum Yellow Paper1

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  • O Ethereum Yellow Paper foi escrito por Dr. Gavin Wood, o fundador do Ethereum e da Parity (http://gavwood.com), e serve como uma especificação formal do protocolo da Ethereum.

  • As implementações de clientes Ethereum seguem as especificações de protocolo definidas no artigo.

5.2 Ethereum Releases

  • A primeira versão da Ethereum, denominada Olympic, foi liberada em Maio de 2015.
  • Dois meses mais tarde, a versão chamada de Frontier foi liberada em Julho.
  • Outra versão, a Homestead com várias melhorias foi liberada em Março de 2016.
  • A release chamada de Muir Glacier, que atrasou a difficulty bomb (https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-2384).
  • Um grande lançamento antes disso foi Istambul, que incluiu mudanças em torno de privacidade e dimensionamento capacidades.
  • Uma lista completa com todas as releases anunciadas é mantida em https://github.com/ethereum/go-ethereum/releases.

6 A Blockchain Ethereum

6.1 A Blockchain Ethereum

  • O Ethereum, assim como qualquer outro blockchain, pode ser visualizado como uma máquina de estado baseada em transações.

  • A ideia principal da blockchain da Ethereum: um estado gênese é transformado em um estado final executando transações de forma incremental.

  • A transformação final é então aceita como a versão absoluta e indiscutível do estado.

  • A função de transição de estado Ethereum é mostrada, onde a execução de uma transação resultou em uma transição de estado.

6.2 Ethereum – Perspectiva do usuário 

  • O caso de uso mais comum do rede Ethereum é o envio e o recebimento de pagamentos.

  • Para isso, o usuário assina a transação e a envia, que se propaga na rede, momento em que os mineradores a pegam, verificam e iniciam a Prova de Trabalho (PoW).

  • Com a atualização Merge, a PoW foi substituída por Proof of Stake PoS.

  • Se a verificação for bem sucedida, o bloco com a transação é finalizado e propagado, e um novo bloco é adicionado à cadeia.

  • Para enviar e receber transações, um software de carteira pode ser usado, por exemplo, carteiras são usadas em dispositivos móveis. como aplicativos.

6.3 Arquitetura de Alto Nível da Ethereum

7 Rede Ethereum

7.1 Rede Ethereum: mainnet

A rede Ethereum é uma rede peer-to-peer onde os nós participantes mantem a blockchain e contribuem para o mecanismo de consenso. As redes podem ser divididas em três tipos, com base nos requisitos e uso.

[block]{A mainnet}

A mainnet é a atual rede Ethereum. Seu ID de rede é \(1\) e seu ID de cadeia (chain) é também \(1\). Os IDs de rede e de cadeia são usados para identificar a rede. Um explorador de blocos que mostra informações detalhadas sobre blocos e outras métricas relevantes está disponível em https://etherscan.io, que pode ser usado para explorar a blockchain Ethereum.

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7.2 Redes de Testes

[alertblock]{Testnets}

Existem um número de redes de testes (testnets) disponíveis para Ethereum. Elas tem como objetivo fornecer um ambiente de testes para contratos inteligentes e DApps antes de serem implantados para produção na rede blockchain. Além disso, sendo redes de teste, elas permitem experimentos e pesquisa. Umas das principais redes de testes que existiu foi Ropsten, que contém todas as características de outras redes de propósito especial menores que foram criados para fins específicos. Por exemplo, outras redes de teste incluem Kovan e Rinkeby, que foram desenvolvidos para testar as versões do Byzantium. As mudanças que foram implementados nessas redes de teste menores também foram implementados em Ropsten, fazendo com que a rede Ropsten tivesse todas as propriedades de Kovan e Rinkeby.

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[alertblock]{Testnets}

Em 16/06/2025, as três testsnets públicas para desenvolvimento que eram mantidas Sepolia, Hoodi e a Holesky, (que será depreciada em setembro de 2025).

A rede Sepolia é uma rede para desenvolvedores testarem seus contratos e aplicações. A rede Goerli permitia que os desenvolvedores de protocolo testassem atualizações de rede e permitia que os interessados ​​testassem validadores em execução. A Goerli foi depreciada em \(2023\), dando lugar a Holešky.

A Sepolia é recomendada como padrão para desenvolvimento de aplicações.

Atualmente, (14/08/2025) as redes de teste podem ser vistas em: https://ethereum.org/pt/developers/docs/networks/

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7.3 Redes Privadas

[exampleblock]{Redes Privadas}

As private nets são redes privadas que podem ser criadas gerando-se um novo genesis block. Este é geralmente o caso em redes blockchain privadas, onde um grupo privado de entidades iniciam sua rede blockchain e a usam como uma blockchain autorizada ou de consórcio.

Uma lista de redes pode ser vista em https://chainlist.org/.

Mais informações sobre Redes Privadas.

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7.4 Elementos do Ecossistema Ethereum

  • Chaves e Endereços
  • Contas
  • Transações e mensagens
  • Criptomoeda/Tokens Ether
  • A Ethereum Virtual Machine (EVM) 
  • Smart contracts e contratos nativos.

8 Contas

8.1 Tipos de contas

  • EOAs: Externally Owned Accounts. Contas de usuários representadas por um endereço.
  • CAs: Contract accounts. Criadas como resultado do deployment de um contrato inteligente, também representado por um endereço.

8.2 Externally Owned Accounts (EOA)

  • Uma Externally Owned Account (EOA) é uma conta controla por um par de chaves privadas, que pode ser mantida por uma pessoa ou por um servidor externo. Essas contas não podem conter código EVM. As características de um EOA incluem o seguinte:

    • Contém um saldo (balance) de Ether

    • Capaz de enviar transações

    • Controlada pelas chaves privadas da conta

    • Não tem nenhum código associado a ela.

    • Um banco de dados de chave/valor contido em cada conta, onde chaves e os valores são strings de 32 bytes.

8.3 Contract Accounts (CA)

  • Contract accounts não são controladas por humanos. Elas armazenam instruções de contratos inteligentes e são ativadas por contas externas ou por outros contratos.

  • Contract accounts tem as seguintes características:

    • Tem um saldo de Ether

    • Mantem algum código de contrato na memória.

    • Pode ser acionado por humanos (enviando uma transação) ou outro contratos enviando uma mensagem.

    • Quando executado, pode executar operações complexas.

    • Têm seu próprio estado persistente e podem chamar outros contratos.

    • Não ter dono após ser liberado para o EVM.

    • Um banco de dados de chave/valor contido em cada conta, onde chaves e os valores são strings de 32 bytes.

9 Transações

9.1 Transações e Árvore de Transações (trie)

[alertblock]{Transações}

Uma transação no Ethereum consiste em vários campos, como mostrado aqui, junto com a transaction trie. O diagrama também mostra a relação entre a tentativa de transação e o cabeçalho do bloco.

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9.2 Tipos de Transações

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[column=0.5]

  • Existem três tipo de transações:
    • Criação de Contrato [Contract Creation]
    • Invocação de Contrato [Contract Call]
    • Transferência de Valor.

[column=0.5]

[/columns]

O diagrama mostra a criação do contrato e as transações de chamada, com campos obrigatórios.

9.3 Estado da conta e armazenamento na trie

O diagrama mostra os campos contidos no estado da conta e como os vários elementos estão contidos no world state trie: * World state trie

  • State root

  • Account state

  • Account storage trie

10 Recibos de Transações

10.1 Recibos de Transações

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[column=0.5]

  • Recibos de Transações (transaction receipts) são gerados como resultado da execução de transações.
  • Logs também são atualizados em conformidade.
  • Ambas as estruturas de dados contêm vários campos.

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10.2 Blocks e Blockchain

[columns]

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Um bloco Ethereum consiste em vários campos, conforme diagrama. State root, transaction root e receipts root são root hashes de suas respectivas árvores.

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11 Ethereum Virtual Machine

11.1 A Ethereum Virtual Machine (EVM)

  • Stack size based on LIFO queue: Last In, First Out.

  • Limite de profundidade de pilha \(1024\)

  • Turing complete mas limitada por gas, fazendo ela ser quasi-Turing complete.

  • Projeto Big-endian.

  • Armazenamento disponível na EVM:

    • Memory 
    • Storage
    • Stack

11.2 EVM operation design

11.3 Ambiente de Execução

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[column=0.5]

O ambiente de execução do Ethereum consiste em vários elementos, como mostrado:

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11.4 Machine State

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Uma Máquina de Estado ou Machine state é uma tupla compreendendo vários campos, como mostrado em:

[column=0.5]

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12 Nós

12.1 Nós e Mineradores 

  • A mineração é o processo pelo qual novos blocos são selecionados por meio de um mecanismo de consenso e adicionados ao blockchain.

  • O processo segue os seguintes passos:

  • Ficam ouvindo as transações transmitidas na rede Ethereum e determina as transações a serem processadas. 

  • Determinam quais blocos são válidos e os obsoletos.

  • Atualiza a conta (account balance) com a recompensa ganha pela mineração bem sucedida de um bloco.

  • Finalmente, um novo estado válido é computado e o bloco é finalizado.

  • Ethash é o nome do algoritmo de Proof of Work (PoW) que era usado na Ethereum.

  • Casper é o algoritmo de consenso Proof of Stake (PoS) da Ethereum.

13 Clientes

13.1 Wallets e Software Clientes 

  • Wallets (Carteiras)
  • Light clients (softwares clientes)

13.2 Tipos de sincronização de clientes

  • Full: Os nós completos mantêm apenas uma cópia local dos dados relativamente recentes (normalmente os 128 blocos mais recentes), permitindo que os dados mais antigos sejam excluídos para economizar espaço em disco. Dados mais antigos podem ser regenerados quando necessário.

  • Archive: Nesse modo de sincronização, o cliente Geth faz um download completo da blockchain para o nó local. Isso significa que ele obtém todos os cabeçalhos e corpos dos blocos e valida todas as transações e blocos desde o bloco genesis.

  • Fast: Neste modo é feito o download completo, mas somente recupera e verifica somente os \(64\) blocos anteriores ao bloco corrente. Depois disso, ele verifica os novos blocos na íntegra. Não reproduz e verifica todas as transações históricas desde o bloco genesis, em vez disso, ele só faz os downloads de estado. Isso também reduz significativamente o tamanho do disco do banco de dados blockchain. Este é o modo padrão de sincronização do cliente Geth.

  • Light: Este é o modo mais rápido e apenas baixa e armazena o estado atual. Nesse modo, o cliente não baixa nenhum bloco histórico e processa apenas os blocos mais novos.

Mais informações: Nodes and clients

13.3 Requisitos: Full Node vs Archive Node

Full Node: últimos 128 mais recentes blocos.

Full Node

Archive Node: Todos os blocos desde o Genesis block. O armazenamento varia conforme o cliente (em março de 2023, o archive mode no Geth usava ~13.5 TB, e Erigon utilizava ~2 TB (3 TB era o recomendado)).

Archive Node

Vídeo

14 Consumo de Armazenamento e Energia

14.1 Tamanho dos dados do Blockchain da Ethereum

  • No início de 2020, o tamanho do blockchain Ethereum era de aproximadamente \(210GB\), baixar e manter isso pode ser um problema.

  • Em 18 de outubro de 2022 o tamanho chegava a \(966.06GB\), segundo ycharts.

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  • Em 16 de abril de 2023 o tamanho estava em \(914.81 GB\).

Ethereum chain full sync data size Fonte: ycharts

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  • Em 10 de Agosto de 2023 o tamanho estava em \(1138.91 GB\).

Ethereum chain full sync data size Fonte: ycharts

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  • Em 21 de novembro de 2023 o tamanho estava em \(1351.56 GB\).

Ethereum chain full sync data size Fonte: ycharts

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  • Em 13 de agosto de 2024 o tamanho estava em \(1137.17 GB\).

Ethereum chain full sync data size Fonte: ycharts

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  • Em 16 de dezembro de 2024 o tamanho estava em \(1203.89 GB\).

Ethereum chain full sync data size Fonte: ycharts

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  • Em 16 de junho de 2025 o tamanho estava em \(1328.17 GB\).

Ethereum chain full sync data size Fonte: ycharts

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  • Em 14 de agosto de 2025 o tamanho está em \(1373.84 GB\).

Ethereum chain full sync data size Fonte: ycharts

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  • Panorama de \(5\) anos:

Ethereum chain full sync data size Fonte: ycharts

14.2 Consumo de Energia

  • Com a última atualização Merge que trocaram a Proof of Work (PoW) pela Proof of Stake (PoS) tendo como uma das motivações a questão ambiental. Houve um grande impacto no consumo de energia.

Ethereum Energy Consumption
  • Em 13/08/2024:

Ethereum Energy Consumption
  • Em 16/12/2024:

Ethereum Energy Consumption
  • Em 16/06/2025:

Ethereum Energy Consumption
  • Em 14/08/2025:

Ethereum Energy Consumption

15 Contratos Inteligentes

15.1 Contratos Ricardianos

  • Contratos Ricardianos foram introduzidos no Financial Cryptography in 7 Layers, por Ian Grigg, no final dos anos 1990s (10.1007/3-540-45472-1_23?).

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[column=0.5]

Os contratos ricardianos podem registrar um documento como um contrato legal, e vinculá-lo com segurança a outros Sistemas.

  • Usam hashes criptográficos para identificação
  • Incluem conteúdo jurídico legível por humanos e código de máquina.

[column=0.5]

Contratos Ricardianos

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15.2 Contratos Inteligentes

  • Um Smart Contract é um programa de computador que é seguro e não interrompível representando um acordo que é executado automaticamente:

    • Seguro
    • Determinístico
    • Semanticamente correto
    • Não interrompível. Uma vez executado, o contrato inteligente não pode ser interrompido e uma vez implantado geralmente não pode ser alterado.

  • Nick Szabo cunhou o termo “contrato inteligente”. Em 1994, ele escreveu uma introdução ao conceito e, em 1996, uma análise sobre o que os contratos inteligentes poderiam fazer).

  • Uma introdução sobre Contratos Inteligentes link

16 Programando Contratos

16.1 Ecossistema de Componentes de Desenvolvimento Ethereum

16.2 Linguagem Solidity

  • É uma linguagem orientada a objetos de alto nível para implementar smart contracts. Tem se tornado a linguagem padrão para escrever contratos para Ethereum. O código precisa ser compilado e transformado em bytecode, é necessário utilizar o compilador solc.

  • Leia mais sobre Solidity e Recursos de Desenvolvimento de DApps em DAPP DEVELOPMENT FRAMEWORKS2

16.3 Compilador solc

  • O compilador para a linguagem Solidity é o solc.
  • Compilador usado para compilar código de contratos inteligentes e converter eles para bytecode da EVM.

16.4 Ferramentas e Bibliotecas

  • Ganache
    • Simula um blockchain Ethereum local com uma interface com usuário (UI). É comumente usado no desenvolvimento e testes.
  • Ganache-cli
    • Versão linha de comando do Ganache tem como pre-requisito NodeJS.
  • Na aula anterior instalamos o Ganache e o Metamask.

Interface do Ganache UI

Interface do Ganache UI

16.5 Frameworks

  • Truffle: Framework de desenvolvimento para Ethereum com recursos para implantação, depuração e testes de contratos inteligentes. Automatiza as tarefas de compilação e deploy.

Truffle

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[column=0.5]

Hardhat

[column=0.5]

Hardhat

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16.6 Desenvolvimento e Implantação

  • A escrita de contratos inteligentes é basicamente a escrita de código fonte do contrato em Solidity em um editor de texto.
  • Existem vários plugins e extensões disponíveis para os editores mais comuns, tais como Vim, Atom, VSCode:JuanBlanco.solidity, que fornecem syntax highlighting e formatadores para código fonte Solidity.

16.7 Formato de um arquivo fonte de Solidity3

Formato de Arquivo

16.8 Remix IDE

  • A Remix IDE pode ser utilizada para edição, compilação, teste e deploy.

Editando o contrato no Remix IDE

Criando o Contrato

Adicionando a cadeia UTFPR

Verificando se a cadeia diferente UFTPR está armazenada

17 Hyperledger

17.1 Hyperledger

Hyperledger Projects

A Blockchain Platform for the Enterprise

Linux Foundation

Hyperledger Projects

Hyperledger Projects

17.2 Leitura Recomendada

[alertblock]{Leitura Recomendada}

Capítulo 11: Ethereum 101

Livro: IMRAN BASHIR. Mastering Blockchain : Distributed Ledger Technology, Decentralization, and Smart Contracts Explained, 2nd Edition.

Capítulo 12: Futher Ethereum

Livro: IMRAN BASHIR. Mastering Blockchain : Distributed Ledger Technology, Decentralization, and Smart Contracts Explained, 2nd Edition.

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17.3 Word Cloud

18 Referências

18.1 Referências