Resumo

Há um limite para o número de transações que uma blockchain pode processar por segundo. Por exemplo, a rede Bitcoin pode lidar com aproximadamente sete transações por segundo. Depois que a tecnologia blockchain for amplamente adotada, as capacidades e velocidades de processamento de dados serão bastante melhoradas, e o aumento no número de usuários não desacelerará a rede nem aumentará os custos. No entanto, os princípios básicos de concepção de muitas redes descentralizadas centram-se na melhoria da escalabilidade, muitas vezes à custa da descentralização ou da segurança. Este é o chamado “trilema blockchain”. Os desenvolvedores estão experimentando diferentes mecanismos de consenso, bem como soluções de escalabilidade, como sharding, sidechains e canais de estado, na esperança de resolver esse problema.

Introdução

Resumindo, blockchain é um banco de dados digital distribuído. Os blocos de dados são organizados em ordem cronológica. Os blocos são conectados por meio de provas criptográficas e protegidos. Implementada em todos os setores, esta tecnologia já está a mudar a forma como trabalhamos e vivemos.

A ideia é que, com o advento de blockchains seguros e descentralizados, as pessoas possam manter o mundo funcionando sem depender de redes ou mercados de terceiros. No entanto, os especialistas geralmente acreditam que, para que esta tecnologia seja popularizada em grande escala, um problema central deve primeiro ser resolvido, nomeadamente o muito discutido problema do “paradoxo ternário do blockchain”.

O termo foi popularizado pelo cofundador da Ethereum, Vitalik Buterin. Para entender esse conceito, você precisa primeiro conhecer os três elementos principais do blockchain: descentralização, segurança e escalabilidade. O conceito de “Blockchain Trilemma” refere-se à dificuldade do blockchain em atingir o nível ideal desses três atributos ao mesmo tempo. Um aumento em um atributo geralmente leva a uma diminuição em outro atributo.

Este artigo estudará os três elementos principais do trilema e os explicará em detalhes, um por um. Uma discussão aprofundada de cada elemento e como eles se combinam entre si ajudará a aprofundar nossa compreensão de como e por que existe o trilema do blockchain. Este artigo também destacará diversas soluções sugeridas pelos desenvolvedores.

O que é descentralização?

O Bitcoin, como outras redes blockchain semelhantes, é descentralizado por design. A arquitetura geral deste tipo de rede não é gerenciada por um indivíduo ou por uma única organização, mas é descentralizada. O nível de rede está aberto a todos os participantes. Como resultado, o controlo é completamente descentralizado e não fica nas mãos de uma única entidade. Todos têm acesso aos mesmos dados. Se alguém tentar enganar o sistema adulterando os registros por vontade própria, outros participantes poderão rejeitar os dados errados.

Esta operação é bastante técnica. Tomemos como exemplo a rede Bitcoin, que não envolve controle de terceiros. Comparamos isto com a dependência dos bancos no sistema financeiro. Os bancos aumentam a confiança entre as partes nas transações e garantem que todos os registros sejam mantidos adequadamente. No entanto, o blockchain Bitcoin compartilha dados com todos na rede para garantir que os dados sejam verificados antes de serem adicionados ao banco de dados digital. O resultado é um sistema que não requer intervenção de terceiros.

A descentralização oferece a possibilidade da chamada Web3. Nossa Internet atual está no estágio Web2. Os sites e aplicativos da Web2 são todos controlados por grandes empresas, mas os usuários criam o conteúdo. Web3 é a próxima tendência de desenvolvimento. Na Internet Web3, as pessoas controlam seus próprios dados e sua vida online com a ajuda da tecnologia blockchain descentralizada.​

No entanto, uma coisa a notar é que a forma como estes sistemas distribuídos funcionam exige que um grande número de participantes concordem sobre a validade de todos os dados, o que exige que a informação seja partilhada e processada, resultando assim em tempos de transação mais lentos. Portanto, o blockchain precisa ser dimensionado, ou seja, ser capaz de processar mais dados em uma velocidade mais rápida. Continuaremos isso quando discutirmos escalabilidade.

Além disso, para alcançar a descentralização, a segurança da blockchain subjacente deve primeiro ser garantida. Se o blockchain não tiver segurança, os criminosos terão a oportunidade de adulterar os dados. Isto leva à segunda parte do trilema: segurança.

O que é segurança blockchain?

Não importa o quão descentralizado seja um blockchain, não ajudará se faltar segurança. Uma rede blockchain robusta deve ser resistente a ataques de entidades maliciosas. Os sistemas centralizados são fechados, garantindo assim a segurança. O controlador pode garantir que os dados não sejam perturbados. Mas como conseguir segurança num sistema descentralizado onde todos podem participar?

Este é um tema complexo. Voltemos ao Bitcoin e sua segurança blockchain descentralizada como exemplo. O blockchain Bitcoin usa uma combinação de criptografia e um mecanismo de consenso de rede chamado Prova de Trabalho (PoW). Do ponto de vista criptográfico, cada bloco possui uma assinatura digital, ou “hash”. Qualquer modificação altera o hash do bloco, de modo que cada bloco de dados é conectado de uma forma que não pode ser adulterado. Qualquer tentativa de alteração de dados é rapidamente reconhecida pelo restante da rede.

O mecanismo de consenso de prova de trabalho também desempenha um papel nisso, garantindo efetivamente a segurança do livro-razão da criptomoeda. Compreender a Prova de Trabalho é um grande negócio por si só, mas para os fins deste artigo, basta lembrar que os membros da rede só podem validar novas transações e adicioná-las ao livro-razão através da atividade de “mineração”. Isso envolve o uso do poder da computação para resolver problemas matemáticos difíceis. O processo de cálculo exige que esses computadores executem um grande número de funções de hash. Embora o mecanismo de prova de trabalho seja seguro, é relativamente lento, o que levanta problemas de escalabilidade.

Observe também que quanto mais participantes (nós) em uma rede, mais segura ela é. Quanto maior o número de participantes, mais difícil será para os malfeitores obterem o controle do sistema. Isto envolve o chamado “ataque de 51%”. O significado geral deste conceito é que se uma única entidade (ou um grupo de criminosos) controlar mais de 50% da taxa de hash de toda a rede blockchain, eles podem anular arbitrariamente o consenso e adulterar os dados da cadeia, como como tokens de gasto duplo.​

Resumindo, a segurança é fundamental para o sucesso do blockchain. Sem segurança e sem que os invasores assumam o controle à vontade, o blockchain não vale nada.

O que é escalabilidade?

Escalabilidade refere-se ao objetivo de construir uma blockchain para aumentar a velocidade das transações por segundo. Se a tecnologia blockchain pretende servir a sociedade em geral ou milhares de milhões de utilizadores, a expansão é imperativa. No entanto, isso é algo que muitos blockchains ainda enfrentam.​

A razão é que a descentralização e a segurança são questões fundamentais do blockchain e, portanto, sempre recebem atenção prioritária. A descentralização é fundamental para a filosofia e os objetivos do blockchain. Os blockchains mais conhecidos seguem esse núcleo. Conforme mencionado acima, a segurança é o requisito fundamental para o sucesso e o valor do blockchain.

No entanto, priorizar a descentralização e a segurança torna a escalabilidade um desafio. O número de transações que uma única cadeia pode processar é severamente limitado. Sistemas de pagamento centralizados, como o Visa, afirmam ser capazes de processar 24.000 transações por segundo porque a rede está fechada e não é afetada por nós públicos e por consenso. Vamos comparar vários blockchains conhecidos.

De acordo com a Bloomberg em 2022: “Em setembro, o Bitcoin lutava para processar mais de 7 transações por segundo, enquanto a segunda rede Ethereum mais popular estava limitada a cerca de 15 transações por segundo. Em comparação com as plataformas de negociação tradicionais, isso é simplesmente tão lento. aquele duvida da vida.”

Conforme mencionado anteriormente, as velocidades de transação nessas blockchains são limitadas devido à forma como os participantes de uma rede descentralizada devem processar as informações, bem como à natureza do próprio mecanismo de consenso de prova de trabalho. Se mais e mais pessoas começarem a usar a tecnologia blockchain na sociedade, a capacidade de processamento de transações da rede será limitada, o que levará ao congestionamento da rede.

Por que existe o paradoxo ternário do blockchain?

A solução mais óbvia e básica para o problema acima é expandir a rede e aumentar a velocidade, reduzindo o número de participantes que confirmam e adicionam dados de rede. Contudo, fazê-lo reduz a descentralização e coloca o controlo nas mãos de alguns participantes. Menos participantes significam maiores chances de ser atacado, o que também pode levar a uma segurança mais fraca.

O trilema é assim formado: na concepção básica do princípio de funcionamento da blockchain, os dois atributos necessários de descentralização e segurança estão intimamente ligados, tornando difícil alcançar a escalabilidade. Os três estão em um estado de fluxo e refluxo. Como podemos avançar na escalabilidade sem comprometer a descentralização, a segurança ou ambas?

Resolvendo o Trilema Blockchain

Não existe uma solução única para o trilema. Dada a importância de resolver este problema, a comunidade apresentou uma variedade de soluções diferentes, com resultados promissores. Vamos delinear as principais tendências para dar a todos uma ideia dos últimos desenvolvimentos neste campo.

1. Fragmentação

É assim que um blockchain ou outro tipo de banco de dados é dividido em partições menores do blockchain para gerenciar segmentos específicos de dados. Essa configuração alivia a pressão sobre uma única cadeia para lidar com todas as transações e interações da rede. Cada partição do blockchain é chamada de “fragmento” e possui seu próprio livro-razão específico. Esses fragmentos podem então processar transações por conta própria, mas a cadeia de beacon ou cadeia principal gerencia as interações entre os fragmentos. Esta é uma mudança na rede principal do blockchain, então o sharding se torna uma atualização de escalabilidade para redes da Camada 1.

2. Vários mecanismos de consenso

Uma das razões pelas quais existe o paradoxo ternário na rede Bitcoin é a forma como a prova de trabalho funciona para garantir a segurança. Para alcançar a segurança do sistema, mineradores, algoritmos de criptomoeda e enorme poder computacional descentralizado são indispensáveis, mas também levam a um sistema lento. Encontrar outras formas de garantir o consenso também é uma forma de resolver o trilema. Esta é uma das razões pelas quais o Ethereum mudou de Prova de Trabalho para Prova de Participação (PoS).

Em um blockchain de prova de participação, os participantes devem apostar (bloquear) seus tokens para participar da verificação da transação, mas não são necessárias máquinas de mineração altamente especializadas. É mais fácil e conveniente adicionar mais validadores à rede. Os mecanismos de consenso de prova de participação são apenas uma das muitas maneiras de abordar a escalabilidade.

3.Solução de camada 2

A fragmentação e vários mecanismos de consenso são as chamadas soluções de Camada 1 que visam alterar o design fundamental da rede subjacente. No entanto, outros desenvolvedores estão buscando construir soluções sobre estruturas de rede existentes, na tentativa de resolver o problema do trilema. Em outras palavras, eles acreditam que a solução está na rede da Camada 2, ou “Camada 2”. Exemplos relevantes incluem cadeias laterais e canais estaduais.

Sidechains são essencialmente blockchains independentes conectados à cadeia principal. Com esta configuração, os ativos podem fluir livremente entre as duas cadeias. É importante ressaltar que as cadeias laterais podem operar sob regras diferentes para alcançar velocidade e escalabilidade. Da mesma forma, os canais estaduais são outra forma de aliviar a Camada 1, removendo transações da cadeia principal. Em vez de usar uma cadeia separada, os canais estaduais usam contratos inteligentes que permitem aos usuários interagir uns com os outros sem publicar transações no blockchain. O blockchain só precisa registrar o início e o fim do canal.

Resumir

O trilema blockchain dificulta o potencial da tecnologia blockchain para ajudar a mudar o mundo. Se uma rede blockchain só puder lidar com um pequeno número de transações por segundo para permanecer descentralizada e segura, será difícil conseguir a adoção em massa. No entanto, a julgar pelas soluções mais recentes propostas pelos desenvolvedores para resolver este problema, as redes blockchain só poderão esperar alcançar um salto nas capacidades de processamento de dados no futuro se continuarem a avançar nos avanços tecnológicos atuais.