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A popularidade das criptomoedas e do blockchain está crescendo exponencialmente, assim como o número de usuários e transações. Mesmo uma tecnologia tão revolucionária como o blockchain sempre teve problemas de escalabilidade – a capacidade do sistema de crescer e atender à demanda crescente. As redes públicas de blockchain, que são altamente descentralizadas e seguras, muitas vezes têm dificuldade em alcançar um alto rendimento. 

Isto é muitas vezes referido como o trilema da blockchain, que afirma que num sistema descentralizado é virtualmente impossível alcançar simultaneamente níveis igualmente elevados de descentralização, segurança e escalabilidade. Na realidade, as redes blockchain só podem fornecer dois dos três fatores. 

Felizmente, existem milhares de entusiastas e especialistas trabalhando para criar soluções escalonáveis. Algumas dessas soluções visam alterar a arquitetura da blockchain principal (primeira camada), enquanto outras visam os protocolos de segunda camada executados na rede principal.


Introdução

Dado o grande número de blockchains e criptomoedas, você pode nem saber se está trabalhando em uma cadeia de primeiro ou segundo nível. Há benefícios em ocultar a complexidade do blockchain, mas é sempre importante compreender o sistema em que você está trabalhando e no qual está investindo. Neste artigo, abordaremos as diferenças entre os blockchains da camada 1 e da camada 2, bem como diferentes soluções de escalonamento.


O que são blockchains de primeiro e segundo nível

O termo “Camada Um” refere-se à camada base da arquitetura blockchain. Esta é a estrutura básica de uma rede blockchain, cujos exemplos são Bitcoin, Ethereum e BNB Chain. A segunda camada refere-se a redes construídas sobre outras blockchains. Ou seja, se o Bitcoin é o primeiro nível, então a Lightning Network rodando sobre ele é o segundo. 

As melhorias de escalabilidade em uma rede blockchain também podem ser divididas em soluções de camada 1 e camada 2. As soluções da Camada 1 modificam as regras e mecanismos do blockchain original, enquanto as soluções da Camada 2 utilizam uma rede paralela externa para facilitar transações fora da rede principal.


Por que a escalabilidade do blockchain é importante

Imagine que uma nova rodovia está sendo construída entre uma grande cidade e seus subúrbios em rápido crescimento. À medida que o congestionamento nas rodovias aumenta e ocorre congestionamento (especialmente durante a hora do rush), o tempo médio de viagem do ponto A ao ponto B pode aumentar significativamente. Isto se deve à infraestrutura rodoviária limitada e ao aumento da densidade do tráfego.

O que podem as autoridades fazer para aumentar a velocidade desta rota e reduzir o congestionamento? Por exemplo, você pode alargar a própria rodovia e adicionar faixas adicionais em cada lado da estrada. Porém, isso nem sempre é prático devido aos altos custos e potenciais problemas para quem já utiliza a rodovia. Alternativamente, poderiam ser consideradas várias abordagens que não envolvam alterações na infra-estrutura subjacente, tais como a construção de estradas adicionais ou mesmo a instalação de uma linha ferroviária ligeira ao longo de uma auto-estrada.

No contexto da tecnologia blockchain, esta espinha dorsal representa a primeira camada (a rede principal), e as estradas adicionais são as soluções da segunda camada (uma rede secundária para aumentar o rendimento geral).

Bitcoin, Ethereum e Polkadot são considerados blockchains de nível 1, ou base. Eles processam e registram transações para seus respectivos ecossistemas e possuem sua própria criptomoeda, que normalmente é usada para pagar por serviços e realizar outras tarefas. Polygon é um exemplo de solução de escalonamento de camada 2 para Ethereum. A rede Polygon envia regularmente pontos de verificação para a rede principal Ethereum para atualizar seu estado.

O elemento mais importante do blockchain é o rendimento - um indicador da velocidade e eficiência do processamento de transações durante um determinado período de tempo. À medida que o número de usuários e o número de transações simultâneas aumentam, o trabalho no blockchain de primeiro nível pode se tornar muito lento e caro. Isto é especialmente verdadeiro para blockchains da camada 1 que usam Prova de Trabalho em vez de Prova de Participação. 


Problemas atuais de primeiro nível

Bitcoin e Ethereum são exemplos de redes de camada 1 com problemas de escalabilidade. Eles fornecem segurança usando um modelo de consenso distribuído, o que significa que todas as transações são verificadas por vários nós antes da confirmação. Os chamados nós de mineração competem para resolver um quebra-cabeça computacional complexo, com mineradores bem-sucedidos recebendo recompensas na criptomoeda nativa da rede. 

Em outras palavras, as transações exigem verificação independente de vários nós para serem confirmadas. Esta é uma forma eficaz de registar e registar dados verificados na blockchain, ao mesmo tempo que reduz o risco de ataque de agentes maliciosos. No entanto, assim que a rede crescer até à escala do Ethereum ou Bitcoin, a necessidade de aumentar o rendimento torna-se cada vez mais urgente. Durante períodos de congestionamento da rede, os tempos de confirmação e as taxas de transação aumentam.


Como funcionam as soluções de escalabilidade de nível 1

Existem várias opções para aumentar o rendimento dos blockchains da camada 1. No caso de blockchains com mecanismo de Prova de Trabalho, mudar para Prova de Participação pode ajudar a aumentar o número de transações por segundo (TPS) processadas, bem como reduzir as taxas de processamento. No entanto, não há consenso na comunidade criptográfica sobre os benefícios e resultados a longo prazo da utilização da Prova de Participação.

As decisões de dimensionamento em redes da Camada 1 são geralmente implementadas pela equipe de desenvolvimento do projeto. Dependendo da solução, a comunidade precisará de um hard fork ou soft fork da rede. Algumas pequenas alterações são compatíveis com versões anteriores, como a atualização SegWit do Bitcoin. 

Mudanças mais significativas, como aumentar o tamanho do bloco Bitcoin para 8 MB, exigem um hard fork. Como resultado, duas versões do blockchain são criadas: uma com atualização e outra sem atualização. Outra opção para aumentar a capacidade da rede é a fragmentação. Ele permite que as operações de blockchain sejam divididas em várias pequenas seções para processar dados simultaneamente, em vez de sequencialmente.


Como funcionam as soluções de escalabilidade da camada 2

Como dissemos anteriormente, as soluções de segunda camada dependem de redes secundárias que operam em paralelo ou independentemente da cadeia principal.

Acumulações

Os rollups de conhecimento zero (o tipo mais comum) agregam transações fora da cadeia de segunda camada e as enviam como uma única transação na rede principal. Esses sistemas usam provas de validade para verificar as transações. Os materiais são armazenados na cadeia de origem com contrato inteligente, e o contrato inteligente verifica se a implantação está acontecendo corretamente. Isso proporciona a segurança da rede original com os benefícios de um rollup que consome menos recursos. 

Cadeias laterais

Sidechains são redes blockchain independentes com seus próprios conjuntos de validadores. Ou seja, o contrato inteligente de conexão na cadeia principal não verifica a validade da rede sidechain. Portanto, os usuários precisam confiar na confiabilidade da cadeia lateral, que pode controlar os ativos da cadeia original. 

Canais de status

Um canal de estado é um meio de comunicação bidirecional entre os participantes da transação. As partes isolam parte da blockchain principal e a conectam a um canal de transação fora da cadeia. Isso geralmente é feito usando um contrato inteligente pré-acordado ou multisig. As partes então executam uma transação ou lote de transações fora da cadeia sem transmitir imediatamente os dados da transação para a carteira de pedidos distribuída subjacente (ou seja, a cadeia principal). Depois que todas as transações de um conjunto forem concluídas, o “estado” final do canal é transmitido ao blockchain para confirmação. Este mecanismo permite velocidades de transação mais rápidas e aumenta o rendimento geral da rede. Soluções como Bitcoin Lightning Network e Raiden da Ethereum operam em canais estaduais.

Blockchains aninhados

Esta solução é baseada em um conjunto de cadeias secundárias que ficam no topo da blockchain principal. Blockchains aninhados operam de acordo com as regras e parâmetros da cadeia “pai”. A cadeia principal não está envolvida na execução de transações e sua função limita-se à resolução de disputas quando necessário. O trabalho diário é delegado a cadeias “filhos”, que processam transações fora da cadeia e as devolvem à cadeia principal. Um exemplo de solução blockchain aninhada de camada 2 é o projeto Plasma da OmiseGO.


Limitações das soluções de escalonamento de nível 1 e nível 2

As soluções do primeiro e do segundo nível têm suas vantagens e desvantagens. Trabalhar com a primeira camada pode fornecer as soluções mais eficazes para melhorias de protocolo em larga escala, mas exigirá a aprovação do validador para alterações por meio de um hard fork.

Em alguns casos, os validadores podem não estar dispostos a aceitar estas alterações, como quando passam de Prova de Trabalho para Prova de Participação. Os mineiros perderão rendimentos com esta transição para um sistema mais eficiente, o que eliminará o seu incentivo para melhorar a escalabilidade.

A segunda camada fornece uma maneira mais rápida de aumentar a escalabilidade. No entanto, alguns métodos podem enfraquecer a segurança da blockchain original. Os usuários confiam em redes como Ethereum e Bitcoin por sua estabilidade e confiabilidade testada pelo tempo. Ao eliminar alguns aspectos da primeira camada, temos que contar com a equipe e a rede da segunda camada para eficiência e segurança.


O que acontece depois do primeiro e segundo níveis

Uma das principais questões é por que precisamos de soluções de segundo nível se as soluções de primeiro nível estão se tornando mais escaláveis? As blockchains existentes estão sendo melhoradas e novas redes estão sendo criadas com alta escalabilidade. No entanto, melhorar a escalabilidade de grandes sistemas levará muito tempo e o sucesso não é garantido. É provável que as redes da Camada 1 se concentrem na segurança e permitam que as redes da Camada 2 adaptem os seus serviços às necessidades específicas. 

Independentemente disso, grandes redes como Ethereum continuarão a dominar devido à sua grande base de usuários e comunidade de desenvolvedores. No entanto, seu conjunto grande e descentralizado de validadores e sua forte reputação fornecem uma base sólida para soluções direcionadas de camada 2.


Retomar

Desde o advento das criptomoedas, a busca por maior escalabilidade levou ao surgimento de uma abordagem dupla com melhorias de primeiro nível e soluções de segundo nível. Se você possui um portfólio diversificado de criptomoedas, há uma boa chance de já estar trabalhando com redes de camada 1 e camada 2. Agora você conhece as diferenças entre eles, bem como as diferentes abordagens de dimensionamento.