Solu√ß√Ķes de Escalabilidade de Blockchains de Layer-1 vs. Layer-2
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Solu√ß√Ķes de Escalabilidade de Blockchains de Layer-1 vs. Layer-2

Solu√ß√Ķes de Escalabilidade de Blockchains de Layer-1 vs. Layer-2

Intermedi√°rio
Publicado em May 31, 2022Atualizado em Sep 29, 2022
8m

TL;DR

A popularidade das criptomoedas e da tecnologia blockchain est√° crescendo exponencialmente, bem como o n√ļmero de usu√°rios e transa√ß√Ķes. Embora seja f√°cil ver o qu√£o revolucion√°ria √© a blockchain, a escalabilidade ‚Äď capacidade de um sistema de expandir enquanto acomoda a uma demanda crescente ‚Äď sempre foi um desafio. Muitas vezes, mesmo redes de blockchain p√ļblicas altamente descentralizadas e seguras t√™m dificuldades para obter altas taxas de transa√ß√£o.¬†

Esse problema é conhecido como o Trilema Blockchain, que afirma que é praticamente impossível para um sistema descentralizado atingir, simultaneamente, altos níveis de descentralização, segurança e escalabilidade. Na prática, as redes blockchain podem ter apenas duas dessas três propriedades. 

Felizmente, no entanto, milhares de entusiastas e especialistas est√£o trabalhando em solu√ß√Ķes de escalabilidade. Algumas dessas solu√ß√Ķes s√£o projetadas para ajustar a arquitetura da blockchain principal (Layer-1), enquanto outras visam o desenvolvimento de protocolos de Layer-2 que operam em fun√ß√£o da rede subjacente.


Introdução

Com um grande n√ļmero de blockchains e criptomoedas dispon√≠veis, √© poss√≠vel que voc√™ n√£o saiba se est√° usando uma blockchain de Layer-1 ou de Layer-2. √Äs vezes √© preciso ocultar alguns aspectos complexos da blockchain, mas vale a pena saber um pouco mais sobre o sistema no qual voc√™ investe. Com este artigo, voc√™ entender√° as diferen√ßas entre blockchains de Layer-1 e Layer-2 e aprender√° sobre v√°rias solu√ß√Ķes de escalabilidade.


O que s√£o blockchains Layer-1 e Layer-2?

O termo Layer-1 (camada 1) refere-se ao n√≠vel de base de uma arquitetura blockchain. √Č a estrutura principal de uma rede blockchain. Bitcoin, Ethereum e BNB Chain s√£o exemplos de blockchains de Layer-1. A Layer-2 (camada 2) refere-se a redes constru√≠das no topo de outras blockchains. Portanto, se a blockchain do Bitcoin √© de Layer-1, a Lightning Network, que √© executada no topo dela, √© um exemplo de Layer-2.¬†

As melhorias na escalabilidade da rede blockchain podem ser categorizadas como solu√ß√Ķes de Layer-1 e Layer-2. Uma solu√ß√£o de Layer-1 altera diretamente as regras e mecanismos da blockchain original. Uma solu√ß√£o de Layer-2 usa uma rede paralela externa para facilitar as transa√ß√Ķes fora da cadeia principal (mainnet).


Por que a escalabilidade da blockchain é importante?

Imagine uma nova rodovia sendo constru√≠da entre uma grande cidade e seu sub√ļrbio em r√°pido crescimento. √Ä medida que o volume de tr√°fego e o congestionamento na rodovia aumentam ‚Äď especialmente durante os hor√°rios de pico ‚Äď o tempo m√©dio para ir de A a B pode aumentar significativamente. Isso n√£o √© uma surpresa, pois a infraestrutura rodovi√°ria tem sua capacidade limitada e a demanda √© cada vez maior.

E o que as autoridades podem fazer para ajudar mais passageiros a viajar por essa rota mais rapidamente? Uma solução seria melhorar a rodovia, adicionando faixas extras em cada lado da estrada. Essa opção, no entanto, nem sempre é prática, pois é uma solução cara que causaria problemas consideráveis para os usuários da rodovia. Uma alternativa é usar a criatividade e considerar várias abordagens não associadas a mudanças diretas na infraestrutura principal, como a construção de estradas de serviço adicionais ou até mesmo o lançamento de uma linha de transporte ferroviário leve ao longo da rodovia.

No mundo da tecnologia blockchain, a rodovia prim√°ria seria a Layer-1 (a rede principal), enquanto as estradas de servi√ßo adicionais seriam solu√ß√Ķes de Layer-2 (rede secund√°ria que visa melhorar a capacidade geral).

As redes Bitcoin, Ethereum e Polkadot s√£o consideradas blockchains de Layer-1. Elas s√£o as blockchains base que processam e registram transa√ß√Ķes para seus respectivos ecossistemas, oferecendo uma criptomoeda nativa ‚Äď normalmente usada para pagar taxas e para outras utilidades. A Polygon √© um exemplo de solu√ß√£o de escalabilidade de Layer-2 para Ethereum. A rede Polygon envia regularmente informa√ß√Ķes de verifica√ß√£o √† rede principal (mainnet) da Ethereum, para atualiz√°-la sobre seu status.

A capacidade de taxa de transfer√™ncia √© um elemento vital de uma blockchain. √Č uma medida de velocidade e efici√™ncia que mostra quantas transa√ß√Ķes podem ser processadas e registradas dentro de um prazo espec√≠fico. √Ä medida que o n√ļmero de usu√°rios e o n√ļmero de transa√ß√Ķes simult√Ęneas aumentam, uma blockchain de Layer-1 pode ficar mais lenta e mais cara. Isso √© especialmente verdadeiro para blockchains Layer-1 que usam o mecanismo Proof of Work no lugar do Proof of Stake.¬†


Problemas atuais da Layer-1

O Bitcoin e a Ethereum s√£o bons exemplos de redes de Layer-1 com problemas de escalabilidade. Ambas garantem o funcionamento e seguran√ßa da rede atrav√©s de um modelo de consenso distribu√≠do. Isso significa que todas as transa√ß√Ķes s√£o verificadas por m√ļltiplos nodes antes de serem validadas. Os chamados nodes de minera√ß√£o competem para resolver um quebra-cabe√ßa computacional complexo. Os mineradores bem-sucedidos s√£o recompensados com a criptomoeda nativa da rede.¬†

Em outras palavras, todas as transa√ß√Ķes exigem a verifica√ß√£o independente de v√°rios nodes antes de serem confirmadas. Essa √© uma maneira eficiente de registrar dados corretos e verificados na blockchain. Ao mesmo tempo, o risco de ataques por agentes mal-intencionados √© reduzido. No entanto, no caso de redes muito populares como a Ethereum ou Bitcoin, a demanda por altas taxas de transfer√™ncia se torna um problema cada vez maior. Durante per√≠odos de congestionamento da rede, os usu√°rios enfrentam tempos de confirma√ß√£o mais longos e taxas de transa√ß√£o mais altas.


Como funcionam as solu√ß√Ķes de escalabilidade de Layer-1?

Existem v√°rias op√ß√Ķes dispon√≠veis para blockchains de Layer-1 capazes de aumentar a taxa de transfer√™ncia e a capacidade geral da rede. No caso de blockchains que usam o mecanismo Proof of Work, a transi√ß√£o para o Proof of Stake pode ser uma op√ß√£o para aumentar o n√ļmero de transa√ß√Ķes por segundo (TPS) e reduzir as taxas de processamento. Ainda assim, existem vis√Ķes mistas na comunidade de criptomoedas sobre os benef√≠cios e as implica√ß√Ķes de longo prazo do Proof of Stake.

As solu√ß√Ķes de escalabilidade em redes de Layer-1 s√£o normalmente introduzidas pela equipe de desenvolvimento do projeto. Dependendo da solu√ß√£o, a comunidade precisar√° fazer um hard fork ou soft fork da rede. Algumas pequenas mudan√ßas s√£o retrocompat√≠veis, como a atualiza√ß√£o SegWit do Bitcoin.¬†

Mudan√ßas maiores, como o aumento do tamanho de bloco do Bitcoin para 8 MB, exigem um hard fork. Isso cria duas vers√Ķes da blockchain, uma com a nova atualiza√ß√£o e outra sem. Outra op√ß√£o para aumentar a taxa de transfer√™ncia de uma rede √© o sharding. Esse m√©todo divide as opera√ß√Ķes de uma blockchain em v√°rias se√ß√Ķes menores, que possibilitam o processamento de dados de forma simult√Ęnea, em vez de sequencial.


Como funcionam as solu√ß√Ķes de escalabilidade de Layer-2?

Conforme mencionado, as solu√ß√Ķes de Layer-2 contam com redes secund√°rias que funcionam em paralelo ou independentes da cadeia principal.

Rollups

Zero-knowledge rollups (tipo mais comum) agrupam transa√ß√Ķes da Layer-2 fora da blockchain (off-chain) e as enviam como uma √ļnica transa√ß√£o na cadeia principal. Esses sistemas usam provas de validade para verificar a integridade das transa√ß√Ķes. Os ativos s√£o mantidos na cadeia original com um contrato inteligente de bridging (ponte). Esse contrato inteligente confirma que o rollup est√° funcionando conforme o esperado. Isso fornece a seguran√ßa da rede original com os benef√≠cios de um rollup que consome menos recursos.¬†

Sidechains

Sidechains são redes blockchain independentes com seus próprios conjuntos de validadores. Isso significa que o contrato inteligente de bridging na blockchain principal não verifica a validade da rede sidechain. Portanto, é preciso confiar que a sidechain está operando corretamente, pois ela é capaz de controlar ativos na cadeia original. 

Canais de estado (state channels)

Um canal de estado (state channel) √© um ambiente de comunica√ß√£o bidirecional entre as partes de uma transa√ß√£o. As partes selam uma parte da blockchain subjacente e a conectam a um canal de transa√ß√£o off-chain (fora da blockchain). Isso geralmente √© feito por meio de um contrato inteligente previamente definido ou atrav√©s do esquema de assinatura m√ļltipla (multi-signature). As partes ent√£o executam uma transa√ß√£o (ou um lote de transa√ß√Ķes) off-chain, sem enviar imediatamente os dados da transa√ß√£o para o ledger distribu√≠do subjacente (ou seja, para a cadeia principal). Assim que todas as transa√ß√Ķes no conjunto forem conclu√≠das, o ‚Äúestado‚ÄĚ final do canal √© transmitido para a blockchain para valida√ß√£o. Este mecanismo permite melhorar a velocidade das transa√ß√Ķes e aumenta a capacidade geral da rede. Solu√ß√Ķes como a Bitcoin Lightning Network e a Raiden da Ethereum operam com base nos canais de estado (state channels).

Nested blockchains

Essa solu√ß√£o depende de um conjunto de blockchains secund√°rias que ficam no topo da blockchain ‚Äúm√£e‚ÄĚ principal. As chamadas Nested Blockchains (ou "blockchains em ninho" em tradu√ß√£o livre) operam de acordo com as regras e par√Ęmetros definidos pela blockchain "m√£e". A blockchain principal n√£o participa da execu√ß√£o de transa√ß√Ķes e seu papel se limita √† resolu√ß√£o de problemas e contesta√ß√Ķes quando necess√°rio. O trabalho di√°rio √© delegado √†s blockchains ‚Äúfilhas‚ÄĚ, que retornam as transa√ß√Ķes processadas para a blockchain principal ap√≥s a conclus√£o fora dela (off-chain). O projeto Plasma da OmiseGO √© um exemplo de uma solu√ß√£o de nested blockchain de Layer-2.


Limita√ß√Ķes das solu√ß√Ķes de escalabilidade de Layer-1 e Layer-2

Ambas as solu√ß√Ķes de Layer-1 e Layer-2 t√™m suas pr√≥prias vantagens e desvantagens. Trabalhar com a Layer-1 pode ser a solu√ß√£o mais eficaz para melhorias de protocolo em larga escala. No entanto, isso tamb√©m implica que os validadores devem aceitar as mudan√ßas e melhorias atrav√©s de um hard fork.

Um possível exemplo em que os validadores podem não querer fazer isso é a mudança do mecanismo Proof of Work para o Proof of Stake. Com essa mudança para um sistema mais eficiente, os mineradores perdem renda, havendo assim um desincentivo em relação à melhoria da escalabilidade.

A Layer-2 oferece uma maneira muito mais rápida de melhorar a escalabilidade. Contudo, dependendo do método utilizado, boa parte da segurança da blockchain original pode ser perdida. Os usuários confiam em redes como a Ethereum e Bitcoin devido a sua resiliência e histórico de segurança. Ao abrir mão de algumas características da Layer-1, muitas vezes você precisa confiar na equipe e na rede da Layer-2 para obter eficiência e segurança.


O que esperar das solu√ß√Ķes Layer-1 e Layer-2?

Uma quest√£o-chave √© se ainda precisaremos de solu√ß√Ķes de Layer-2 √† medida que as solu√ß√Ķes de Layer-1 melhoram sua escalabilidade. As blockchains atuais apresentam melhorias e novas redes j√° s√£o criadas com um bom n√≠vel de escalabilidade. No entanto, levar√° muito tempo para que os principais sistemas melhorem sua escalabilidade e n√£o h√° garantia de que isso ocorra. A op√ß√£o mais prov√°vel √© que as solu√ß√Ķes de Layer-1 se concentrem na seguran√ßa e permitam que as redes de Layer-2 adaptem seus servi√ßos para casos de uso espec√≠ficos.¬†

Em um futuro pr√≥ximo, h√° uma boa chance de grandes redes como a Ethereum ainda dominarem o cen√°rio, gra√ßas √† sua grande comunidade de usu√°rios e desenvolvedores. No entanto, seu grande e descentralizado conjunto de validadores e a sua boa reputa√ß√£o criam uma base s√≥lida para solu√ß√Ķes de Layer-2.


Considera√ß√Ķes finais

Desde o surgimento das criptomoedas, a busca por mais escalabilidade criou uma abordagem em duas frentes com melhorias nas solu√ß√Ķes de Layer-1 e Layer-2. Se voc√™ tem um portf√≥lio diversificado de criptomoedas, voc√™ provavelmente j√° tem exposi√ß√£o a redes de Layer-1 e Layer-2. Agora, voc√™ entende as diferen√ßas entre as duas, bem como as diferentes abordagens de escalabilidade que elas oferecem.