Resumo

Blockchains só podem lidar com um número limitado de transações por segundo. A rede Bitcoin, por exemplo, pode processar cerca de sete transações por segundo. Para que a tecnologia blockchain seja adotada globalmente, ela precisaria ser capaz de lidar com muito mais dados e a uma velocidade mais alta, para que mais pessoas pudessem usar a rede sem que ela se tornasse muito lenta ou cara. No entanto, a concepção fundamental de muitas redes descentralizadas significa que o aumento da escalabilidade tende a enfraquecer a descentralização ou a segurança. Isso é conhecido como trilema do blockchain. Os desenvolvedores que desejam resolver esse problema estão tentando diferentes mecanismos de consenso e soluções de escalabilidade, como sharding, sidechains e canais de estado.

Introdução

Em termos básicos, um blockchain é um banco de dados digital distribuído. Os blocos de dados são organizados em ordem cronológica. Os blocos são vinculados e protegidos por provas criptográficas. A implementação desta tecnologia em diferentes indústrias já está a mudar a forma como trabalhamos e vivemos.

A ideia é que blockchains descentralizados e seguros possibilitem um mundo em que não dependamos de terceiros para o funcionamento de redes ou mercados. No entanto, os especialistas geralmente concordam que, para que esta tecnologia seja adotada de forma mais ampla, há um problema fundamental que deve ser resolvido primeiro: o “trilema do blockchain”.

O cofundador da Ethereum, Vitalik Buterin, foi quem popularizou esse termo. Para entendê-lo, é preciso saber a existência de três elementos desejáveis ​​em um blockchain: descentralização, segurança e escalabilidade. O trilema do blockchain é a ideia de que é difícil para os blockchains atingirem níveis ideais de todas as três propriedades ao mesmo tempo. Normalmente, se você aumentar a otimização de um item, outro será enfraquecido.

Neste artigo analisaremos os três elementos do trilema e explicaremos detalhadamente o que é cada um. Analisar cada um deles detalhadamente e como eles se encaixam nos permite entender melhor como e por que existe o trilema blockchain. Neste artigo também destacaremos algumas das soluções sugeridas pelos desenvolvedores.

O que é descentralização?

Bitcoin e outras redes blockchain semelhantes têm um design descentralizado. Toda a estrutura está organizada de forma que não haja um único responsável ou organização, mas sim descentralizada. A camada de rede está aberta a qualquer pessoa que queira participar. Como resultado, o controle é completamente distribuído em vez de recair sobre uma única entidade. Todos têm acesso aos mesmos dados. Se alguém tentar manipular o sistema alterando os registros a seu favor, o restante dos participantes rejeitará os dados incorretos.

Isto pode ser bastante técnico, mas vejamos a rede Bitcoin como exemplo. Não existem terceiros que exerçam controle. Compare isto com a necessidade de bancos do sistema financeiro tradicional. Os bancos reforçam a confiança entre as pessoas que realizam transações e garantem que todos os registros sejam mantidos adequadamente. A rede Bitcoin, porém, compartilha todos os dados com todos os membros da rede, para que possam ser verificados e confirmados antes de serem adicionados ao banco de dados digital. O resultado é um sistema que pode existir sem a necessidade da participação de terceiros.

A descentralização oferece a possibilidade do que é conhecido como Web3. Neste momento, temos Web2, a Internet de hoje. Está repleto de sites e aplicativos controlados por empresas, mas com conteúdo criado por usuários. Web3 é o próximo passo. Uma Internet onde a tecnologia blockchain descentralizada permite que as pessoas controlem seus próprios dados e suas vidas online.

No entanto, uma coisa a considerar é que devido à forma como estes sistemas distribuídos funcionam e devem ter uma grande variedade de participantes para chegar a acordo sobre a validade de quaisquer dados, os tempos de transação podem ser lentos devido à forma como são partilhados e processam as informações. Por esta razão, as blockchains devem ser escalonadas, o que significa que devem ser capazes de lidar com mais dados em maior velocidade. Voltaremos a este ponto quando falarmos sobre escalabilidade.

Além disso, o sonho descentralizado só é válido se as blockchains subjacentes forem seguras. Se uma blockchain não tiver segurança, uma pessoa mal-intencionada pode assumir o controle e alterar os dados a seu favor. Isto leva à segunda parte do trilema: segurança.

O que é segurança blockchain?

Se uma blockchain não tem segurança, não importa quão descentralizada ela seja. Uma boa rede blockchain deve ser resistente a ataques de entidades maliciosas. Os sistemas centralizados baseiam a sua segurança no facto de o sistema estar fechado. Quem está no controle pode garantir que os dados estejam livres de interferências. Mas como é que isto é conseguido num sistema descentralizado em que qualquer pessoa pode participar?

É um tema complicado, mas podemos novamente tomar o Bitcoin como exemplo da segurança de uma blockchain descentralizada. O blockchain Bitcoin usa uma combinação de criptografia e um mecanismo de consenso de rede chamado Prova de Trabalho (PoW). Em termos criptográficos, cada bloco possui algum tipo de assinatura digital ou hash e está conectado de tal forma que não pode ser adulterado, pois qualquer alteração alteraria o hash do bloco. Qualquer tentativa de alteração de dados seria rapidamente identificada pelo restante da rede.

O mecanismo de consenso PoW é outra parte do quebra-cabeça. Ajuda a proteger o livro-razão da criptomoeda. Compreender o consenso da Prova de Trabalho exigiria um artigo totalmente separado, mas para os nossos propósitos, tenha em mente que os membros da rede só podem verificar novas transações e adicioná-las ao livro-razão através de uma atividade chamada mineração. Isso envolve o uso do poder da computação para resolver quebra-cabeças matemáticos. Parte do processo exige que esses computadores executem várias funções de hash. Isto influencia a questão da escalabilidade, já que o mecanismo PoW é seguro, mas relativamente lento.

Considera também que quanto mais participantes (nós) houver na rede, mais segura ela será. Quanto maior for o número de partes, mais difícil será para um agente malicioso assumir o controlo do sistema. Isso está relacionado ao que é conhecido como ataque de 51%. Resumindo, se uma única entidade (ou um grupo de atores mal-intencionados) conseguir controlar mais de 50% da taxa total de hash da rede de uma blockchain, eles poderiam anular o consenso e alterar os dados da cadeia em seu próprio benefício, por exemplo , tokens de gasto duplo.

Simplificando, a segurança é um requisito fundamental para um blockchain bem-sucedido porque, sem ela, os invasores podem controlar a cadeia e inutilizá-la.

O que é escalabilidade?

Escalabilidade refere-se ao objetivo de construir uma blockchain que possa suportar cada vez mais transações por segundo. Deve ser escalável para que a tecnologia blockchain alcance a sociedade em geral e possivelmente milhares de milhões de utilizadores. No entanto, é aqui que a maioria dos blockchains tem dificuldades.

Isso acontece porque a descentralização e a segurança são tão fundamentais para o blockchain que tendem a ser os primeiros fatores a serem considerados. A descentralização é crucial para a filosofia e os objetivos da tecnologia blockchain, que constitui o coração dos blockchains mais reconhecidos. A segurança, como já vimos, é um requisito central para que o blockchain seja bem-sucedido e útil.

No entanto, ao priorizar a descentralização e a segurança, a escalabilidade torna-se um desafio. O número de transações que uma cadeia pode realizar pode ser muito limitado. Um sistema de pagamento centralizado, como o Visa, afirma poder processar até 24.000 transações por segundo. Como a rede é fechada e não precisa se preocupar com considerações como nós públicos e consenso, isso se torna possível. Compare isso com alguns dos blockchains mais reconhecidos.

De acordo com a Bloomberg em 2022: “Em setembro deste ano, o Bitcoin não conseguia lidar com mais do que sete transações por segundo e o Ethereum, a segunda rede mais popular, estava limitado a cerca de 15 por segundo – uma vida inteira em comparação com as bolsas convencionais”.

Como já mencionamos, as velocidades de transação dessas blockchains são limitadas devido à forma como as informações devem ser processadas pelos diferentes participantes, dependendo da rede descentralizada e da natureza do próprio mecanismo de consenso PoW. Se mais e mais pessoas na sociedade começarem a usar a tecnologia blockchain, as redes ficarão paralisadas devido ao número limitado de transações que podem realizar.

Por que existe o trilema blockchain

A solução mais óbvia e básica para este problema é reduzir o número de participantes que comprometem e adicionam dados à rede para escalar e aumentar a velocidade. Mas isso enfraqueceria a descentralização, uma vez que o controlo seria entregue a um pequeno número de participantes. Da mesma forma, também afetaria negativamente a segurança, uma vez que menos participantes significam maiores chances de serem atacados.

Aqui está o trilema: devido à conexão entre as propriedades altamente desejadas de descentralização e segurança, o design fundamental de como o blockchain funciona dificulta a escalabilidade. Se você aumentar um, o outro enfraquece. Como você pode impulsionar a escalabilidade sem prejudicar a descentralização, a segurança ou ambas?

Como resolver o trilema do blockchain

Não existe uma solução dourada para este trilema. No entanto, dada a importância de resolvê-lo, uma série de abordagens diferentes foram desenvolvidas na comunidade com resultados interessantes. Vejamos um resumo de alguns dos desenvolvimentos mais populares para entender melhor o que está acontecendo no espaço:

1. Fragmentación o "sharding"

É um método de separar blockchains (ou outros tipos de bancos de dados) em blockchains menores e divididos que gerenciam segmentos específicos de dados. Essa configuração evita que uma única cadeia lide com todas as transações e interações em uma rede. Cada blockchain dividido é conhecido como fragmento e possui seu próprio livro-razão. Esses fragmentos podem processar suas próprias transações, mas um beacon ou blockchain principal gerencia as interações entre os fragmentos. Isso torna o sharding uma atualização de escalabilidade de rede da Camada 1, pois é uma mudança na rede principal do blockchain.

2. Um mecanismo de consenso diferente

Uma das razões pelas quais o trilema existe na rede Bitcoin é a forma como o consenso PoW funciona para garantir a segurança. A necessidade de mineradores, algoritmos criptográficos e grandes quantidades de poder computacional descentralizado leva a um sistema seguro, mas lento. Encontrar uma maneira diferente de proteger o consenso é uma abordagem para resolver o trilema. Esta foi uma das razões para o Ethereum passar do mecanismo PoW para o Proof of Stake (PoS).

Nas blockchains PoS, os participantes envolvidos na validação de transações devem apostar seus tokens. Não são necessárias máquinas de mineração altamente especializadas. Adicionar mais validadores à rede é mais simples e acessível. PoS é apenas um dos muitos mecanismos de consenso que visam escalabilidade.

3. Soluções da Camada 2

Tanto a fragmentação quanto os diferentes mecanismos de consenso são conhecidos como soluções da Camada 1. Eles buscam mudar o design fundamental da rede subjacente. Mas outros desenvolvedores que desejam resolver o trilema têm trabalhado em soluções que se baseiam na estrutura de rede já existente. Em outras palavras, eles acreditam que a solução está em uma segunda camada, ou Camada 2. Exemplos disso são cadeias laterais e canais de estado.

Uma sidechain é basicamente uma blockchain separada que se conecta à cadeia principal. Ele é configurado para que os ativos possam fluir livremente entre os dois blockchains. É importante ressaltar que é possível que a sidechain opere sob regras diferentes, permitindo maior velocidade e escalabilidade. Da mesma forma, os canais estaduais são outra maneira de retirar as transações da cadeia principal e aliviar a pressão na Camada 1. Um canal estatal usa um contrato inteligente em vez de uma cadeia separada para permitir que os usuários interajam entre si sem publicar suas transações no blockchain. O blockchain registra apenas o início e o fim do canal.

Conclusões

O trilema do blockchain impede que o blockchain atinja seu potencial como uma tecnologia que muda o mundo. Se as redes blockchain só puderem lidar com um pequeno número de transações por segundo, a fim de manter a descentralização e a segurança, será difícil conseguir a adoção em massa. Porém, as soluções que os desenvolvedores têm procurado e proposto para este problema sugerem que os avanços tecnológicos já alcançados pelo blockchain continuarão, e estas redes certamente serão capazes de lidar com muito mais dados no futuro.