Blockchain é uma tecnologia revolucionária que permite a troca segura e transparente de dados. Ele utiliza uma série de camadas para armazenar e processar informações, chamadas de Camadas 0-3. Cada camada tem seu próprio propósito e função, permitindo um sistema abrangente que pode lidar com uma ampla variedade de transações.
Blockchain é definido como uma tecnologia de contabilidade distribuída (DLT) que facilita a troca segura e confiável de ativos digitais entre duas ou mais partes. É um sistema único que funciona como uma rede aberta e descentralizada para armazenar dados em vários computadores ao mesmo tempo.
Camada1
Para validar e finalizar transações, a Camada 1 é a blockchain base na qual várias outras camadas podem ser construídas. Eles podem funcionar independentemente de outros blockchains.
A camada1 pode ser dividida em três segmentos:
Camada de Dados – responsável por armazenar todos os dados relacionados às transações dentro da rede. Isso inclui coisas como histórico de transações, saldos, endereços, etc. Essa camada também ajuda a validar cada transação usando algoritmos criptográficos (hashing) para garantir precisão e segurança.
Camada de Rede – responsável por lidar com as comunicações entre usuários na rede blockchain. É responsável por transmitir transações e outras mensagens através da rede, bem como verificar a exatidão e legitimidade dessas mensagens.
Camada de consenso – permite que o blockchain chegue a um acordo sobre um conjunto de regras que todos os usuários devem seguir ao realizar transações. Ele garante que todas as transações sejam válidas e atualizadas, utilizando algoritmos de consenso, como Prova de Trabalho, Prova de Participação ou Tolerância a Falhas Bizantinas.
A camada de aplicativo/contrato inteligente é onde a maior parte da funcionalidade ocorre em uma rede blockchain. Essa camada contém código (ou contratos inteligentes) que podem ser usados para construir aplicativos executados no ecossistema blockchain. Esses aplicativos são capazes de executar transações e armazenar dados de maneira distribuída e segura. Nem todos os protocolos da camada 1 possuem funcionalidade de contrato inteligente.
Exemplos dessas redes são Bitcoin, Solana, Ethereum e Cardano – todas com seu próprio token nativo. Este token é usado no lugar das taxas de transação e serve como um incentivo para os participantes da rede ingressarem em uma rede.
Embora estas moedas tenham denominações diferentes com base no projeto subjacente, o seu propósito permanece inalterado: fornecer um mecanismo de apoio económico para a funcionalidade da blockchain.
As redes da camada 1 têm problemas de escalabilidade, pois o blockchain se esforça para processar o número de transações que a rede exige. Isso resulta no aumento drástico das taxas de transação.
O Trilema Blockchain, um termo cunhado por Vitalik Buterin, é frequentemente invocado ao discutir possíveis soluções para este problema; essencialmente precisando equilibrar descentralização, segurança e escalabilidade.
Muitas destas abordagens têm as suas próprias vantagens e desvantagens; como o financiamento de supernós – adquirindo assim supercomputadores e grandes servidores – a fim de aumentar a escalabilidade, mas criando uma cadeia de blocos inerentemente centralizada.
Abordagens para resolver o trilema do blockchain:
Aumentar o tamanho do bloco
Aumentar o tamanho do bloco de uma rede da Camada 1 pode processar efetivamente mais transações. No entanto, não é viável manter um bloco infinitamente grande, uma vez que blocos maiores significam velocidades de transação mais lentas devido ao aumento dos requisitos de dados e à diminuição da descentralização. Isto funciona como um limite à escalabilidade através do aumento do tamanho do bloco, limitando os aumentos de desempenho ao custo potencial da diminuição da segurança.
Alterar mecanismo de consenso
Embora ainda existam mecanismos de prova de trabalho (POW), eles são menos sustentáveis e escaláveis do que os seus homólogos de prova de participação (POS). É por isso que o Ethereum fez a transição de POW para POS; a intenção é fornecer um algoritmo de consenso mais seguro e confiável que produza melhores resultados em termos de escalabilidade.
Fragmentação
Sharding é uma técnica de particionamento de banco de dados empregada para dimensionar o desempenho de bancos de dados distribuídos. Ao segmentar e distribuir um livro-razão de blockchain em vários nós, o sharding oferece escalabilidade aprimorada, o que aumenta o rendimento das transações, já que vários shards podem processar transações em paralelo. Isso resulta em melhor desempenho e tempo de processamento significativamente reduzido quando comparado à abordagem serial tradicional.
Semelhante a comer um bolo dividido em fatias. Desta forma, mesmo com um aumento no volume de dados ou qualquer congestionamento de rede, as redes fragmentadas são muito mais eficientes, pois todos os nós participantes trabalham juntos de forma síncrona no processamento de transações.
Camada2
Os protocolos da Camada 2 são construídos sobre o blockchain da Camada 1 para resolver seus problemas de escalabilidade sem sobrecarregar a camada base.
Isto é feito através da criação de uma estrutura secundária, referida como “off the chain”, que permite melhor rendimento de comunicação e tempos de transação mais rápidos do que a Camada 1 pode suportar.
Usando protocolos da Camada 2, as velocidades das transações são melhoradas e o rendimento das transações é aumentado, o que significa que mais transações podem ser processadas de uma só vez dentro de um período de tempo definido. Isso pode ser extremamente benéfico quando a rede primária fica congestionada e fica lenta, pois ajuda a reduzir os custos das taxas de transação e a melhorar o desempenho geral.
Aqui estão várias maneiras pelas quais Layer2s resolve o trilema de escalabilidade:
Canais
Os canais fornecem uma solução de Camada 2 que permite aos usuários entrar em múltiplas transações fora da cadeia antes de serem relatadas na camada base. Isso permite transações mais rápidas e eficientes. Existem dois tipos de canais: canais de pagamento e canais estatais. Os canais de pagamento permitem pagamentos justos, enquanto os canais estatais permitem atividades muito mais amplas, como as que normalmente ocorreriam na blockchain, como lidar com contratos inteligentes.
A desvantagem é que os usuários participantes devem ser conhecidos da rede, portanto a participação aberta está fora de questão. Além disso, todos os usuários terão que bloquear seus tokens em um contrato inteligente multi-sig antes de interagir com o canal.
Plasma
Criada por Joseph Poon e Vitalik Buterin, a estrutura Plasma utiliza contratos inteligentes e árvores numéricas para criar “cadeias filhas”, que são cópias da blockchain original – também conhecida como “cadeia pai”.
Este método permite que as transações sejam transferidas da cadeia primária para a cadeia secundária, melhorando assim a velocidade das transações e reduzindo as taxas de transação, e funciona bem em casos específicos, como carteiras digitais.
Os desenvolvedores do Plasma o projetaram especificamente para garantir que nenhum usuário possa realizar transações antes que um determinado período de espera termine.
No entanto, este sistema não pode ser usado para ajudar a dimensionar contratos inteligentes de uso geral.
Correntes laterais
Sidechains, que são blockchains operando em paralelo ao blockchain principal ou Camada 1, possuem vários recursos distintos que os diferenciam dos blockchains clássicos. Sidechains vêm com seus próprios blockchains independentes, muitas vezes usando diferentes mecanismos de consenso e tendo diferentes requisitos de tamanho de bloco da Camada 1.
No entanto, apesar de as cadeias laterais terem as suas próprias cadeias independentes, ainda se ligam à Camada 1 através de uma máquina virtual partilhada. Isto significa que quaisquer contratos ou transações que possam ser utilizados em redes da Camada 1 também estão disponíveis para utilização em cadeias laterais, criando uma infra-estrutura expansiva de interoperabilidade entre os dois tipos de cadeias.
Acumulações
Os rollups realizam o escalonamento agrupando múltiplas transações na cadeia lateral em uma única transação na camada base e usando SNARKs (argumento de conhecimento sucinto e não interativo) como provas criptográficas.
Embora existam dois tipos de rollups – rollups ZK e rollups Optimistic – as diferenças residem na sua capacidade de se mover entre as camadas.
Os rollups otimistas utilizam uma máquina virtual que permite uma migração mais fácil da Camada 1 para a Camada 2, enquanto os rollups ZK renunciam a esse recurso para maior eficiência e velocidade.
Camada0
Os protocolos da camada 0 desempenham um papel fundamental ao permitir a movimentação de ativos, aperfeiçoando a experiência do usuário e reduzindo os obstáculos associados à interoperabilidade entre cadeias. Esses protocolos fornecem aos projetos de blockchain na Camada 1 uma solução eficiente para enfrentar problemas importantes, como a dificuldade de movimentação entre os ecossistemas da Camada 1.
Não existe apenas um design para um conjunto de protocolos Layer0; mecanismos de consenso distintos e parâmetros de bloco podem ser adotados para fins de diferenciação. Alguns tokens Layer0 servem como um filtro anti-spam eficaz, pois os usuários devem apostar esses tokens antes de poderem acessar os ecossistemas associados.
Cosmos é um protocolo Layer 0, conhecido por seu conjunto de ferramentas de código aberto, composto por Tendermint, Cosmos SDK e IBC. Essas ofertas permitem que os desenvolvedores construam perfeitamente suas próprias soluções blockchain em um ambiente interoperável; a arquitetura mutualística permite que os componentes interajam livremente entre si. Esta visão colaborativa de um mundo virtual tornou-se realidade no Cosmoshood, uma vez que foi carinhosamente cunhada pelos seus devotados adeptos – permitindo que as redes blockchain prosperem de forma independente, mas existam coletivamente, incorporando a “Internet do Blockchain”.
Outro exemplo comum é Polkadot.
Camada3
A Camada 3 é o protocolo que alimenta soluções baseadas em blockchain. Normalmente chamada de “camada de aplicação”, ela fornece instruções para processamento dos protocolos da Camada 1. Isso permite que dapps, jogos, armazenamento distribuído e outros aplicativos criados em uma plataforma blockchain funcionem corretamente.
Sem essas aplicações, os protocolos da Camada 1 por si só teriam utilidade bastante limitada; A camada 3 é essencial para desbloquear seu poder.
Camada4?
A camada 4 não existe, as camadas discutidas são chamadas de quatro camadas do blockchain, mas isso ocorre porque começamos a contar a partir de 0 no mundo da programação.
Conclusão
A escalabilidade das redes blockchain é altamente dependente de sua arquitetura e da pilha de tecnologia que empregam. Cada camada de uma rede serve a um propósito importante ao permitir maior rendimento e interoperabilidade com outras blockchains. Os protocolos da Camada 1 formam a camada base ou blockchain principal, enquanto cadeias laterais, rollups e protocolos da Camada 0 fornecem suporte adicional para escalonamento.
Os protocolos da camada 3 fornecem instruções que permitem aos usuários acessar aplicativos construídos sobre todo o sistema. Juntos, todos esses elementos contribuem para a criação de uma infra-estrutura poderosa e confiável, capaz de lidar com transações em grande escala com segurança.