Escalabilidade do blockchain
A estrutura subjacente das redes descentralizadas de blockchain enfrenta atualmente um desafio único chamado Trilema do Blockchain: o ato de equilíbrio entre descentralização, segurança e escalabilidade na infraestrutura de blockchain .
A descentralização do Blockchain refere-se à distribuição significativa do poder computacional e do consenso em toda a rede. Embora a segurança reflita as defesas do protocolo blockchain contra agentes maliciosos e ataques cibernéticos. Ambos são considerados indispensáveis ao funcionamento de uma rede blockchain.
Escalabilidade refere-se à capacidade de uma rede blockchain de suportar alta taxa de transferência de transações e crescimento futuro. A escalabilidade é importante porque representa a única maneira de as redes blockchain competirem razoavelmente com plataformas centralizadas, com tempos de liquidação rápidos.
Uma comparação comumente usada para apontar lacunas na escalabilidade é que o Bitcoin processa entre 4 a 7 transações por segundo (TPS). Por outro lado, a Visa processa milhares de TPS. Para competir com estes sistemas existentes, a tecnologia blockchain deve igualar ou superar este elevado nível de escalabilidade.
As soluções de escalonamento Camada 1 e Camada 2 nasceram para superar esses problemas.
Conceitos básicos da Camada 1 e Camada 2
Camada 1 (Camada 1) refere-se a um blockchain subjacente, como Bitcoin, Ethereum.
Camada 2 (Camada 2) é uma camada de rede de sobreposição localizada em blockchains de base, como Lightning Network, Polygon... que pode ser usada com blockchain de camada 1.
Solução de extensão de camada 1
As soluções de escalonamento da camada 1 aprimoram a camada base do próprio protocolo blockchain para melhorar a escalabilidade.
Veja como funciona a camada 1: As soluções da camada 1 alteram diretamente as regras do protocolo para aumentar a capacidade e a velocidade das transações, ao mesmo tempo que acomodam mais usuários e dados.
As soluções de escalabilidade da camada 1 podem implicar requisitos como aumentar a quantidade de dados contidos em cada bloco ou aumentar a velocidade com que os blocos são confirmados, para aumentar o rendimento geral da rede.
Duas soluções populares da camada 1 são:
Alterar o protocolo de consenso
Fragmentação
Alterar o protocolo de consenso
Prova de Trabalho (PoW) é um protocolo de consenso usado atualmente em blockchains populares como o Bitcoin. Embora o PoW seja seguro, é lento. É por isso que muitos novos blockchains favorecem um mecanismo de consenso de Prova de Participação (PoS).
Em vez de exigir que os mineradores resolvam algoritmos criptográficos usando poder de computação como no PoW, os sistemas PoS processam e validam novos blocos de dados de transação com base em participantes que apostam ativos em hipotecas na rede.
Ethereum 2.0 fará a transição para PoS, o que deverá aumentar significativamente a capacidade da rede, ao mesmo tempo que aumenta a descentralização e protege a segurança da rede.
Fragmentação
Sharding é um mecanismo adaptado de bancos de dados distribuídos que se tornou uma das soluções de escalonamento de camada 1 mais populares.
A fragmentação envolve dividir o estado de toda a rede blockchain em conjuntos de dados separados chamados “fragmentos”. Esses segmentos são processados simultaneamente e em paralelo pela rede, permitindo a execução de trabalho sequencial em múltiplas transações.
Além disso, cada nó é atribuído a um fragmento específico, em vez de manter uma cópia inteira do blockchain. Fragmentos individuais fornecem provas para a cadeia principal e interagem entre si para compartilhar endereços, saldos e estado comum usando protocolos de comunicação entre fragmentos.
Ethereum 2.0 é um protocolo blockchain de última geração que explora fragmentos, junto com Zilliqa, Tezos e Qtum.
Solução de expansão de camada 2
Camada 2 refere-se a uma rede ou tecnologia que opera sobre um protocolo blockchain subjacente, para melhorar a escalabilidade e a eficiência do blockchain.
Uma solução de escalonamento de camada 2 envolve a transferência de uma parte da carga de transação do protocolo blockchain para uma arquitetura de sistema adjacente, que então processa e reporta de volta ao blockchain principal. Assim, o blockchain da camada base fica menos congestionado – e, em última análise, mais escalável.
As soluções da camada 2 incluem:
Blockchain aninhado
Canal estadual.
Cadeia lateral.
Blockchains aninhados
Um blockchain aninhado é essencialmente um blockchain dentro, ou melhor, de outro blockchain. A arquitetura de blockchain aninhada normalmente envolve um blockchain principal, que define os parâmetros para uma rede mais ampla. Enquanto a execução ocorre em uma teia interconectada de cadeias secundárias.
Vários níveis de blockchain podem ser construídos no topo de uma cadeia principal, com cada nível usando uma conexão pai-filho. O thread pai delega o processamento aos threads filhos e retorna os resultados ao thread pai após a conclusão. A blockchain subjacente não participa das funções de rede da cadeia secundária, a menos que seja necessária a resolução de disputas.
Distribuir o trabalho de acordo com este modelo reduz a carga de processamento na cadeia principal para melhorar exponencialmente a escalabilidade. O projeto OMG Plasma é um exemplo de infraestrutura de blockchain aninhada na camada 2, usada sobre o protocolo Ethereum da camada 1 para facilitar transações mais rápidas e baratas.
Canal estadual
Os canais estaduais facilitam a comunicação bidirecional entre os canais de transação blockchain e fora da cadeia e melhoram a capacidade e velocidade geral das transações.
Um canal de estado não requer confirmação por nós de rede da camada 1. Em vez disso, é um recurso adjacente à rede que é bloqueado por meio de um mecanismo multisig ou contrato inteligente.
Quando uma transação ou série de transações é concluída em um canal de estado, o “estado” final do “canal” e todas as suas transições inerentes são registradas na blockchain subjacente. Rede líquida, Celer, Bitcoin Lightning e Raiden Network da Ethereum são exemplos de canais estaduais.
No equilíbrio entre o trio Blockchain, o canal de estado de sacrifício deve sacrificar algum grau de descentralização para alcançar maior escalabilidade.
Cadeia lateral
Uma sidechain é uma cadeia de transações adjacente ao blockchain que é frequentemente usada para grandes transações em lote. As sidechains usam um mecanismo de consenso independente – ou seja, separado da cadeia original – que pode ser otimizado para velocidade e escalabilidade.
Com a arquitetura sidechain, a principal função da cadeia principal é manter a segurança geral, confirmar registros de transações em lotes e resolver disputas. As cadeias laterais são diferenciadas dos canais estaduais de várias maneiras integradas.
Primeiro, as transações sidechain não são secretas, elas são registradas publicamente no livro-razão. Além disso, uma violação de segurança da cadeia lateral não afeta a cadeia principal ou outras cadeias laterais. A criação de uma cadeia lateral pode exigir um esforço significativo, uma vez que a infraestrutura é muitas vezes construída do zero.
Vantagens de 2 soluções
A camada 1 não precisa adicionar nada além da arquitetura existente.
A camada 2 não mexe com o protocolo blockchain subjacente. Soluções de camada 2, como canais estaduais e especialmente a Lightning Network, para possibilitar múltiplas microtransações sem perder tempo verificando mineradores e pagando taxas de transação desnecessárias.
O problema existe para ambas as soluções
Existem dois problemas importantes com soluções de escalabilidade de camada 1 e camada 2.
Primeiro, há dificuldades em adicionar estas soluções aos protocolos existentes.
Ethereum e Bitcoin têm capitalizações de mercado de bilhões de dólares. Milhões de dólares são negociados todos os dias. É por isso que não faz sentido adicionar códigos desnecessários e complicações às experiências com esses protocolos, experimentando com muito dinheiro.
Em segundo lugar, mesmo que você crie um protocolo do zero que incorpore essas técnicas, elas ainda poderão não resolver o dilema da escalabilidade.
O termo “tríade de escalabilidade” foi cunhado pelo fundador da Ethereum, Vitalik Buterin. Essa é a compensação que os projetos de blockchain devem fazer ao decidir como otimizar sua arquitetura, equilibrando as três propriedades a seguir: descentralização, segurança e escalabilidade.
Por exemplo: O Bitcoin quer otimizar a segurança e a descentralização, e é por isso que eles precisam comprometer a escalabilidade.
Solução para resolver
A solução é construir um protocolo do zero com essas soluções integradas. Além disso, também pode resolver o dilema da escalabilidade.
O vencedor do Prêmio Turing, Silvio Micali, está construindo um projeto chamado “Algorand”, que tenta fazer exatamente isso. Algorand usa um protocolo de consenso chamado pura prova de participação (PPoS).
Em PPoS:
Líderes e verificadores selecionados (SVs) são escolhidos em cada etapa do Acordo Bizantino.
O custo computacional que um usuário enfrenta está relacionado apenas à geração e verificação de assinaturas, bem como a operações simples de contagem.
O custo não depende do número de usuários selecionados para cada bloco. Este número é constante e não é afetado pelo tamanho de toda a rede.
Aumentar o poder computacional melhora diretamente o desempenho, tornando a Algorand perfeitamente escalável. Isto significa que à medida que a rede aumenta de tamanho, ela manterá altas velocidades de transação sem incorrer em custos adicionais.
Concluir
A escalabilidade é o maior motivo que impede a adoção generalizada de criptomoedas. Para garantir que as criptomoedas sejam escaláveis e rápidas o suficiente para as transações diárias, precisamos de protocolos construídos especificamente para resolver este problema.
As soluções de escalonamento da camada 1 e da camada 2 são os dois lados da mesma moeda criptomoeda. São estratégias projetadas para tornar as redes blockchain mais rápidas e mais responsivas a uma base de usuários em rápido crescimento.
Estas estratégias também não são mutuamente exclusivas. Muitas redes blockchain estão explorando uma combinação de soluções de escalabilidade de camada 1 e camada 2 para alcançar maior escalabilidade, sem sacrificar a segurança ou a descentralização total.
Fonte: Compilado (Gemini-Cryptopedia, Petro Wallace)