DoubleZero: uma internet mais rápida

Introdução

A jornada começa com um único lampejo. Uma centelha de luz nasce em meio à imensidão das máquinas de um data center. Um pacote — uma única transação — é codificado em minúsculos pulsos. Esses pulsos iniciam sua jornada por uma fibra composta de filamentos ópticos, cada um mais fino que um fio de cabelo humano, que se estende pelo vasto Oceano Atlântico. Nas profundezas, esse cabo de fibras acompanha os contornos do leito oceânico, atravessando quilômetros sob pressão extrema e escuridão total. Ainda assim, a luz avança com precisão inabalável, cruzando continentes em silêncio. Enquanto você lê isto, essa jornada acontece milhões de vezes por segundo. Ela é a espinha dorsal oculta da conectividade global — a infraestrutura invisível que conecta os sonhos digitais da humanidade, um pulso imparável por vez.

A DoubleZero pretende redefinir essa espinha dorsal invisível da conectividade, estabelecendo as bases para uma rede global de fibra óptica mais rápida — capaz de atender às demandas de uma nova geração de sistemas distribuídos e ecossistemas blockchain de alto throughput e baixa latência, incluindo a Solana. Isso resolve um gargalo fundamental tanto para a internet quanto para sistemas blockchain de alto desempenho: a conectividade global na camada base.

O ‘protocolo N1’ da DoubleZero introduz uma infraestrutura neutra de camada base, criada para um futuro distribuído de alto desempenho. O protocolo prevê uma rede permissionless mantida por colaboradores independentes, que utiliza cabos dedicados de fibra óptica terrestres e submarinos para reprojetar as camadas fundamentais do modelo OSI (camadas 1, 2 e 3).

Este artigo explora os principais insights do whitepaper recém-publicado da DoubleZero, destacando seu potencial de mercado, a arquitetura de alto nível do sistema e o modelo econômico. A DoubleZero tem potencial para proporcionar ganhos substanciais de desempenho a redes como a Solana. No entanto, ela é fundamentalmente independente de blockchain e foi projetada para oferecer benefícios transformadores em diversos setores e casos de uso. Essa versatilidade será explorada em detalhes ao longo deste artigo.

Oportunidades de mercado

‘Fibra apagada’ refere-se a cabos de fibra óptica que foram instalados, mas não estão sendo usados. Seu oposto é a ‘fibra acesa’ — literalmente, uma fibra pela qual a luz está trafegando —, ou seja, um cabo de fibra óptica em uso. As organizações podem alugar e gerenciar fibras apagadas para criar uma rede privada, além de alugar capacidade em fibras acesas existentes.

Oferta

Uma quantidade considerável de fibra apagada com capacidade ociosa foi instalada, mas ainda não está em operação.

• 65% da fibra instalada nos EUA permanece apagada (Federal Communications Commission, 2007)
• A cobertura de fibra nos EUA aumentou de 15% para 46% das localidades entre 2015 e 2023 (Fiber Deployment Annual Report, 2023)
• 70% dos lares europeus têm conexão por fibra (FTTH Council Europe, 2024)

Provedores de enlaces de fibra subutilizados ou desconectados enfrentam grandes desafios para monetizá-los individualmente. Vender serviços para cada rota separadamente gera altos custos para encontrar compradores e negociar contratos, enquanto o valor de cada enlace permanece limitado à sua rota específica. Muitas empresas tendem a contratar capacidade excedente ao comprar ou alugar fibra, dimensionando-a para os piores cenários, em vez das condições rotineiras. 

Demanda

Gargalos no fluxo de dados limitam o desempenho das redes descentralizadas. Em blockchains de alto desempenho, as limitações de largura de banda e a latência imprevisível de comunicação entre validadores superam amplamente as restrições computacionais. As rotas da internet pública agravam esses problemas com roteamento não determinístico. Os dois objetivos de uma blockchain — ser pública e ter alto desempenho — frequentemente entram em conflito.

Os validadores precisam lidar com um fluxo incessante de transações recebidas, repleto de duplicatas e sobrecarregado por spam. Mesmo as blockchains de maior desempenho têm dificuldade para oferecer a experiência semelhante à Web2 que os usuários esperam e a experiência de negociação disponibilizada por exchanges centralizadas profissionais.

O setor apresentou várias soluções para enfrentar esses desafios, cada uma com suas limitações:  ‍

Mempools: as mempools funcionam como áreas centralizadas de retenção de transações, reduzindo a carga de ingestão sobre validadores individuais. No entanto, elas adicionam latência e divulgam as intenções das transações muito antes de sua inclusão, o que pode expô-las à exploração.  

Qualidade de serviço (QoS): sistemas de QoS ponderados por stake priorizam transações de entidades confiáveis que possuem stake. Infelizmente, esses sistemas adicionam latência devido à etapa intermediária de encaminhar transações por um nó com stake. Participantes sem acesso suficiente a stake ficam excluídos.

A solução da DoubleZero

A DoubleZero pretende criar uma rede de infraestrutura física descentralizada (DePIN) composta por enlaces privados de fibra apagada subutilizados e contribuições de grandes operadoras de rede, como empresas financeiras e de telecomunicações. Em essência, trata-se de uma camada de transporte em malha que filtra e distribui tráfego por rotas de baixa latência e alta largura de banda, permitindo que sistemas distribuídos enviem e recebam informações com eficiência. Enlaces de fibra fornecidos individualmente são combinados em uma rede sincronizada que aumenta a largura de banda, reduz a latência e elimina a variação de atraso na comunicação. Essa largura de banda dedicada oferece conexões rápidas e previsíveis entre os nós da rede. 

Para ilustrar, imagine a diferença entre depender da Uber para ir do ponto A ao ponto B e ter um motorista particular. Um motorista particular está sempre disponível e oferece um serviço imediato, rápido e previsível. Depender da Uber pode ser mais flexível, mas introduz variações no horário de chegada e possíveis atrasos conforme a disponibilidade de motoristas.

Ainda assim, a DoubleZero não é apenas uma camada de transporte — a rede também fornece serviços de filtragem e verificação executados por dispositivos de rede que rodam código aberto para verificar assinaturas e remover duplicatas dos dados recebidos. As transações recebidas podem ser filtradas na borda (ou seja, com remoção de spam e duplicatas) por hardware especializado. Isso permite que as blockchains se beneficiem de recursos compartilhados de filtragem em todo o sistema, em vez de exigir que cada validador provisione recursos suficientes. Os validadores recebem um conjunto de transações substancialmente menor e precisam apenas verificar novamente as assinaturas das transações incluídas no bloco final. As mensagens de saída podem ser explicitamente roteadas, rastreadas e priorizadas para aumentar a eficiência.

Nesse sistema, não precisamos mais provisionar cada validador com recursos suficientes para atender à demanda global. Em vez disso, essa demanda pode ser atendida pelo compartilhamento de infraestrutura, exigindo menos recursos no total. Uma infraestrutura personalizada será usada nas extremidades da fibra. Assim, o roteamento do tráfego, a latência global e outros aspectos de desempenho de baixo nível serão superiores aos da internet pública.

O principal foco da DoubleZero é a fibra, seja terrestre ou submarina. Enlaces de fibra modernos podem suportar centenas de terabits de dados por segundo. No entanto, os colaboradores da rede também podem fornecer outros serviços de comunicação, como tecnologias de micro-ondas ou satélite, e conectá-los à rede como uma aplicação ‘N2’.

Arquitetura

Você pode visualizar a arquitetura da rede DoubleZero como dois anéis concêntricos.

Anel externo de entrada/saída

Interage com a internet pública. Os dispositivos da rede DoubleZero usam hardware de alto desempenho para mitigar ataques distribuídos de negação de serviço, verificar assinaturas e filtrar transações duplicadas.

Anel interno de fluxo de dados

Os servidores do anel interno chegam a um consenso sobre esse tráfego filtrado usando linhas de largura de banda dedicada com roteamento otimizado.

A camada física da rede DoubleZero consiste em dispositivos de rede nos principais pontos de entrada/saída e em largura de banda provisionada por toda a rede.

Pontos de troca da DoubleZero (DZXs)

Os DZXs permitem a conectividade entre vários data centers em uma área metropolitana, de modo semelhante a como os pontos públicos de troca de tráfego conectam diferentes redes. Os colaboradores da rede fornecem esses enlaces de infraestrutura subjacente, que formam a principal camada de trânsito do protocolo. Os pontos de troca permitem interconectividade escalável, independentemente de quantos colaboradores participem da DoubleZero.

Enlaces de fibra

Os enlaces de fibra oferecem conexões de baixa latência e alta largura de banda entre diferentes pontos do planeta. Os enlaces podem pertencer diretamente ao colaborador da rede ou ser alugados por ele de grandes provedores de serviços de rede. Os colaboradores da rede provisionam essas conexões e assumem um acordo de nível de serviço referente à qualidade de cada conexão.

Dispositivos de rede FPGA

Matrizes de portas programáveis em campo (FPGAs) são dispositivos de hardware que podem ser programados após a fabricação para executar tarefas computacionais específicas. Conhecidos por sua flexibilidade e alto desempenho, os FPGAs são comumente usados em aplicações que exigem processamento rápido de dados, como redes, processamento de sinais e sistemas blockchain.

A DoubleZero usa FPGAs disponíveis comercialmente para filtrar o tráfego recebido nos principais pontos de entrada da borda da rede. Em comparação com validadores, os dispositivos FPGA podem processar várias ordens de magnitude a mais de tráfego, pois executam as tarefas específicas de remover spam, eliminar duplicatas de um conjunto de transações e verificar assinaturas. Uma única implantação de exemplo consegue realizar a remoção de duplicatas, filtragem e verificação de assinaturas para vários Gbps de dados recebidos: até um milhão de transações por segundo com latência zero.

Cenário: ataques DDoS

O compartilhamento de infraestrutura da DoubleZero cria uma arquitetura de rede mais robusta e resiliente, tornando um ataque de negação de serviço (DoS) muito mais difícil. Na DoubleZero, esse ataque exigiria muitos terabits de tráfego por segundo, atingindo simultaneamente vários locais distribuídos geograficamente. Ele deixaria de ser um ataque contra um validador individual ou até mesmo uma única blockchain e passaria a ser um ataque contra centenas de data centers e ISPs no mundo todo. Um ataque bem-sucedido teria de ser várias ordens de magnitude mais complexo e exigir muito mais recursos. 

Modelo econômico

A DoubleZero apresenta um novo modelo econômico para serviços de filtragem e roteamento em redes globais, conectando recursos de fibra subutilizados a sistemas descentralizados. Ela transforma contribuições individuais em uma rede integrada, criando um sistema mais valioso do que a soma de suas partes. Até mesmo um único enlace de fibra redundante — com valor limitado quando isolado — torna-se um componente essencial quando combinado a outros em uma estrutura distribuída.

‍A DoubleZero agrega essas diversas contribuições, combinando os pontos fortes das redes privadas (padrões unificados, mas alcance limitado) com os das redes públicas (amplo alcance, mas padrões fragmentados).

Fornecedores de fibra

A DoubleZero permite que empresas privadas monetizem enlaces de fibra subutilizados que compraram ou alugaram de provedores de telecomunicações ou operadoras de rede. Ao contribuir com esses enlaces para a DoubleZero, as empresas criam novas oportunidades de receita.

Demanda de blockchains

As redes blockchain podem acessar as vantagens das redes privadas — como maior desempenho e confiabilidade — sem depender de sistemas centralizados ou contratos de longo prazo.

Com a DoubleZero, os usuários provisionam e utilizam fibra de forma integrada por meio de smart contracts baseados em blockchain, garantindo a integridade e a transparência de cada interação.

Rede definida por smart contracts

A DoubleZero opera usando dados verificados armazenados em smart contracts on-chain. Um controlador permissionless implantado em uma blockchain pública incentiva novas contribuições e gerencia dinamicamente a configuração e o roteamento da rede para lidar com picos de demanda, interrupções e outros problemas.

O plano de controle distribuído usa esses dados para chegar a um consenso sobre decisões de roteamento e priorização, garantindo uma experiência transparente e permissionless para colaboradores e usuários.

Os colaboradores se conectam à rede estabelecendo um acordo de nível de serviço codificado em um smart contract. Esse acordo especifica os principais parâmetros do enlace, como localização dos endpoints, largura de banda, latência e tamanho de MTU compatível. Por exemplo, um colaborador que forneça um enlace entre Los Angeles e Singapura pode se comprometer a oferecer 10 Gbps de largura de banda, com latência de 85 ms e MTU de 1600. Esses detalhes e a duração do compromisso são registrados no smart contract, definindo as características operacionais do enlace.

A DoubleZero monitora e testa o desempenho dos enlaces para garantir que apenas os enlaces em conformidade se qualifiquem para receber recompensas. Enlaces fora de conformidade podem ser desqualificados das recompensas e removidos da rede. O protocolo depende do alinhamento interno e da reciprocidade entre os colaboradores, que devem cumprir os acordos de nível de serviço e continuar incentivados a cobrar responsabilidade uns dos outros.

Validadores e outros usuários podem optar por serviços e rotas predefinidos — como tráfego para uma blockchain de camada 1 específica, propagação de estado ou conjuntos de validadores — ou criar contratos personalizados para definir solicitações específicas de roteamento.

O controlador distribuído usa dados de smart contracts como entrada para determinar a configuração ideal da rede. Um aspecto central desse processo é calcular preços precisos, garantindo que os usuários paguem proporcionalmente às demandas que suas solicitações impõem ao sistema. Os provedores, por sua vez, recebem recompensas com base no valor que suas contribuições agregam à rede.

A DoubleZero prevê um modelo de preços em níveis, permitindo que os usuários escolham entre acesso prioritário e básico para rotas específicas, otimizando a eficiência da rede. Ao oferecer um alto grau de personalização e controle sobre seus serviços, a DoubleZero garante que o valor retorne aos provedores — uma vantagem significativa em relação à internet pública, na qual todo o tráfego é tratado da mesma forma, independentemente da prioridade.

Efeitos de rede

Os efeitos de rede da DoubleZero se assemelham aos do setor aéreo. Devido à demanda limitada, rotas aéreas individuais entre duas cidades raramente são oferecidas de forma isolada. Em vez disso, elas são integradas à rede mais ampla de uma companhia, conectando-se por hubs e interagindo com outras rotas. Essas redes se tornam mais valiosas quando as companhias entram em alianças, ampliando seu alcance global e o valor de cada rota.  

Ao contribuir com seus enlaces de fibra para a DoubleZero, os provedores obtêm dois grandes benefícios:

1. Facilidade de integração: adicionar enlaces à plataforma é simples e padronizado. Os provedores precisam apenas instalar e configurar alguns switches, mantendo a sobrecarga mínima.
2. Maior valor do enlace: um enlace fornecido ganha valor por meio dos efeitos de rede ao se conectar a enlaces vizinhos, aproveitando a lei de Metcalfe. Um enlace antes isolado pode se transformar em um ativo altamente conectado dentro da DoubleZero, tornando-se muito mais valioso do que seria como uma rota independente.

A DoubleZero consegue utilizar com eficiência até mesmo enlaces redundantes, curtos ou de baixo desempenho. Embora a rede tenha sido projetada para apresentar alto desempenho e grande alcance como um todo, essas contribuições aumentam a redundância, ampliam a capacidade e melhoram a interconectividade geral.

Casos de uso em blockchain

As aplicações específicas da DoubleZero para blockchain incluem fornecer infraestrutura para nós RPC, otimizar sistemas MEV e melhorar o desempenho de blockchains de camada 1 e camada 2.

Blockchains L1

As blockchains de camada 1 enfrentam três desafios que a DoubleZero pode ajudar a mitigar.

Filtragem

A DoubleZero filtra o tráfego recebido, ajudando a mitigar ataques distribuídos de negação de serviço, verificar assinaturas e remover transações duplicadas. Separar essas etapas da produção e execução de blocos e do consenso libera recursos consideráveis para a produção de blocos.

Roteamento

Realizado por enlaces dedicados com latência e variação de atraso mínimas. Isso garante que os blocos sejam criados, compartilhados e ratificados rapidamente. A expectativa é que a DoubleZero ofereça suporte a multicast, facilitando a transmissão simultânea de dados de um para muitos ou de muitos para muitos. O multicast permite a propagação complexa de transições de estado, blocos inteiros ou, no caso da Solana, o streaming de shreds pela árvore Turbine.

Rastreabilidade

Espera-se que os pacotes que atravessam a rede sejam rastreáveis, para que os usuários possam verificar sua inclusão ou exclusão das comunicações entre validadores. Esse é um efeito colateral benéfico da transparência no roteamento de tráfego para sistemas sensíveis a questões de censura.

Nós RPC

Os nós RPC enfrentam três desafios que a DoubleZero pode mitigar.

Picos de tráfego

Os RPCs são especialmente vulneráveis a ataques distribuídos de negação de serviço porque recebem o fluxo de transações pela internet pública. Exemplos clássicos incluem airdrops e mints de NFT muito disputados.

Encaminhamento de transações

A capacidade de entrega de transações é extremamente importante para um RPC, sobretudo para transações de alto valor que são competitivas e sensíveis ao tempo. Conexões resilientes e de baixa latência entre o nó RPC e o líder do bloco ou a mempool ajudam os nós RPC a cumprir essas responsabilidades.

Recuperação de informações

Os RPCs são os principais provedores de observabilidade sobre o estado atual, incluindo saldos de carteiras e liquidez de negociação. Eles precisam ingerir, validar e indexar alterações o mais próximo possível do tempo real. As conexões resilientes e de baixa latência da DoubleZero entre validadores e nós RPC podem garantir que os RPCs tenham uma visão atualizada da blockchain.

MEV

Os sistemas MEV são sensíveis à latência. Mesmo pequenas melhorias na latência e na capacidade de entrega podem gerar um enorme valor adicional. Esses sistemas se beneficiam muito de uma visão mais próxima do tempo real sobre o estado de uma rede. Eles podem criar ordenações lucrativas de transações e blocos mais eficientes com dados mais recentes. Sistemas MEV que encaminham propostas rapidamente aos validadores podem usar o tempo adicional para encontrar ordenações melhores. Os sistemas MEV se beneficiam da recuperação mais rápida de dados (ou seja, operações de leitura) e da entrega mais rápida de blocos ou bundles ao líder atual (ou seja, operações de gravação).

Blockchains de camada 2

As redes de camada 2 podem usar a DoubleZero para filtrar transações recebidas pelo sequenciador, publicar ou recuperar informações da camada 1 com baixa latência e verificar rapidamente o estado atualizado em todo o conjunto de validadores. A DoubleZero também pode garantir que as camadas de disponibilidade de dados acompanhem o ritmo da rede de camada 2.

A maioria das redes de camada 2 pretende oferecer suporte a vários sequenciadores que publiquem transações em rotação ou em conjunto, reduzindo os riscos de centralização, censura e indisponibilidade. Essa mudança de arquitetura exige coordenação significativa entre os sequenciadores, que a DoubleZero pode acelerar.

Outros contextos de blockchain

A DoubleZero oferece vantagens em outros contextos de blockchain, incluindo sincronização de estado, indexadores, múltiplos líderes e extensões de rede.

Integração de novos validadores

Para alcançar o estado atual, novos nós validadores precisam ingerir transações em uma velocidade substancialmente maior que a velocidade atual da blockchain. As conexões de alta largura de banda da DoubleZero ajudam a superar essas restrições e facilitam a entrada de novos validadores em uma rede. O mesmo princípio se aplica a validadores que ficaram atrás da ponta da cadeia e precisam se atualizar.

Indexadores

Assim como os RPCs, os indexadores precisam receber atualizações de estado rapidamente para que seus usuários finais possam tomar decisões ágeis e bem fundamentadas. A propagação de estado pela DoubleZero reduz atrasos na indexação de dados recentes e mantém atualizadas as instâncias distribuídas dos indexadores.

Múltiplos líderes

Muitas blockchains de camada 1 pretendem ter vários líderes simultâneos produzindo blocos em diferentes partes do mundo. Sem uma coordenação precisa entre os líderes, isso pode gerar rapidamente transações redundantes ou desatualizadas e desperdício de capacidade computacional. Assim como vários sequenciadores em redes de camada 2, vários líderes em redes de camada 1 precisam de uma rápida sincronização global de estado, e a DoubleZero pode facilitá-la melhor do que a internet pública.

Extensões de rede

Quase todas as redes contam com algum tipo de operação computacional que só pode ser executada por um subconjunto de seus validadores, pois exige hardware ou software especializado. Os enlaces de maior largura de banda e menor latência da DoubleZero podem beneficiar esses projetos, incluindo provadores ZK, cargas de trabalho de GPU e plataformas de execução assíncrona.

Casos de uso fora de blockchain

A DoubleZero não se limita a aplicações blockchain. Ela pode beneficiar qualquer ambiente no qual sistemas distribuídos precisem se comunicar com rapidez, precisão e grande volume. Alguns exemplos são redes de distribuição de conteúdo, aplicações de jogos, grandes modelos de linguagem e casos de uso empresariais.

Redes de distribuição de conteúdo (CDNs)

Uma nova CDN desenvolvida sobre a rede DoubleZero poderia se concentrar nas competências essenciais de provisionar conteúdo com base na previsão de demanda, deixando a filtragem e o roteamento para o protocolo.

Uma grande vantagem do protocolo DoubleZero é sua flexibilidade. Os usuários não precisam contratar aluguéis abrangentes e de longo prazo. Eles podem personalizar o uso para rotas e intervalos de tempo específicos. Assim, CDNs sem cobertura em determinadas regiões ou que precisem de mais largura de banda nos principais corredores podem usar a DoubleZero conforme necessário.

Jogos online

A latência é essencial para jogos online, nos quais até pequenos atrasos prejudicam a experiência do usuário. Desenvolvedores de jogos usam dois modelos: peer-to-peer e servidores centrais. Com seus enlaces dedicados e modelo de uso flexível, a DoubleZero pode aprimorar ambos, estabilizando as conexões e tornando os jogos mais agradáveis.

Grandes modelos de linguagem (LLMs)

Instalar grandes GPUs no mesmo local é um desafio. Grandes empresas de tecnologia desenvolveram sistemas para coordenar recursos assíncronos e distribuídos de modo que possam treinar modelos unificados. As conexões de alta largura de banda da DoubleZero permitem treinar modelos de forma mais integrada entre diferentes instalações e disponibilidades de GPU.

Casos de uso empresariais

A DoubleZero pode oferecer uma alternativa às ofertas tradicionais de provedores de nuvem, permitindo que os usuários comprem e utilizem largura de banda de forma permissionless, sem aluguéis ou contratos rígidos. Outras vantagens incluem redução de custos, diminuição do congestionamento de entrada/saída dos data centers e prevenção da dependência de um único ecossistema.

Conclusão

A DoubleZero é uma das iniciativas mais ambiciosas do setor de blockchain atualmente. A visão é construir uma nova internet privada adaptada aos sistemas distribuídos modernos — incluindo a Solana —, buscando redefinir a infraestrutura que sustenta a tecnologia descentralizada.

Liderada pelo ex-chefe de estratégia da Solana Foundation, Austin Federa, pelo CTO Andrew McConnell e pelo especialista em redes de dados Mateo Ward, a DoubleZero inicia suas operações com o apoio de duas equipes principais de colaboradores, Firedancer e Malbec Labs.

A testnet está ativa em sete cidades ao redor do mundo, e a mainnet adicionará outras dez áreas metropolitanas. Atualmente, quatro validadores da Solana — dois Agave e dois Frankendancer — estão conectados à rede DoubleZero para testes. Eles estão contratando.

Agradecemos a 0xIchigo, Brady Werkheiser, Andrew McConnell e Austin Federa pela revisão das versões anteriores deste trabalho.