TL;DR
A popularidade das criptomoedas e da tecnologia blockchain está crescendo exponencialmente, bem como o número de usuários e transações. Embora seja fácil ver o quão revolucionária é a blockchain, a escalabilidade – capacidade de um sistema de expandir enquanto acomoda a uma demanda crescente – sempre foi um desafio. Muitas vezes, mesmo redes de blockchain públicas altamente descentralizadas e seguras têm dificuldades para obter altas taxas de transação.
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 estão trabalhando em soluções de escalabilidade. Algumas dessas soluções são projetadas para ajustar a arquitetura da blockchain principal (Layer-1), enquanto outras visam o desenvolvimento de protocolos de Layer-2 que operam em função da rede subjacente.
Introdução
Com um grande número de blockchains e criptomoedas disponíveis, é possível que você não saiba se está usando uma blockchain de Layer-1 ou de Layer-2. Às vezes é preciso ocultar alguns aspectos complexos da blockchain, mas vale a pena saber um pouco mais sobre o sistema no qual você investe. Com este artigo, você entenderá as diferenças entre blockchains de Layer-1 e Layer-2 e aprenderá sobre várias soluções de escalabilidade.
O que são blockchains Layer-1 e Layer-2?
O termo Layer-1 (camada 1) refere-se ao nível de base de uma arquitetura blockchain. É a estrutura principal de uma rede blockchain. Bitcoin, Ethereum e BNB Chain são exemplos de blockchains de Layer-1. A Layer-2 (camada 2) refere-se a redes construídas no topo de outras blockchains. Portanto, se a blockchain do Bitcoin é de Layer-1, a Lightning Network, que é executada no topo dela, é um exemplo de Layer-2.
As melhorias na escalabilidade da rede blockchain podem ser categorizadas como soluções de Layer-1 e Layer-2. Uma solução de Layer-1 altera diretamente as regras e mecanismos da blockchain original. Uma solução de Layer-2 usa uma rede paralela externa para facilitar as transações fora da cadeia principal (mainnet).
Por que a escalabilidade da blockchain é importante?
Imagine uma nova rodovia sendo construída entre uma grande cidade e seu subúrbio em rápido crescimento. À medida que o volume de tráfego e o congestionamento na rodovia aumentam – especialmente durante os horários de pico – o tempo médio para ir de A a B pode aumentar significativamente. Isso não é uma surpresa, pois a infraestrutura rodoviária tem sua capacidade limitada e a demanda é 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 primária seria a Layer-1 (a rede principal), enquanto as estradas de serviço adicionais seriam soluções de Layer-2 (rede secundária que visa melhorar a capacidade geral).
As redes Bitcoin, Ethereum e Polkadot são consideradas blockchains de Layer-1. Elas são as blockchains base que processam e registram transações para seus respectivos ecossistemas, oferecendo uma criptomoeda nativa – normalmente usada para pagar taxas e para outras utilidades. A Polygon é um exemplo de solução de escalabilidade de Layer-2 para Ethereum. A rede Polygon envia regularmente informações de verificação à rede principal (mainnet) da Ethereum, para atualizá-la sobre seu status.
A capacidade de taxa de transferência é um elemento vital de uma blockchain. É uma medida de velocidade e eficiência que mostra quantas transações podem ser processadas e registradas dentro de um prazo específico. À medida que o número de usuários e o número de transações simultâneas aumentam, uma blockchain de Layer-1 pode ficar mais lenta e mais cara. Isso é 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 são bons exemplos de redes de Layer-1 com problemas de escalabilidade. Ambas garantem o funcionamento e segurança da rede através de um modelo de consenso distribuído. Isso significa que todas as transações são verificadas por múltiplos nodes antes de serem validadas. Os chamados nodes de mineração competem para resolver um quebra-cabeça computacional complexo. Os mineradores bem-sucedidos são recompensados com a criptomoeda nativa da rede.
Em outras palavras, todas as transações exigem a verificação independente de vários nodes antes de serem confirmadas. Essa é uma maneira eficiente de registrar dados corretos e verificados na blockchain. Ao mesmo tempo, o risco de ataques por agentes mal-intencionados é reduzido. No entanto, no caso de redes muito populares como a Ethereum ou Bitcoin, a demanda por altas taxas de transferência se torna um problema cada vez maior. Durante períodos de congestionamento da rede, os usuários enfrentam tempos de confirmação mais longos e taxas de transação mais altas.
Como funcionam as soluções de escalabilidade de Layer-1?
Existem várias opções disponíveis para blockchains de Layer-1 capazes de aumentar a taxa de transferência e a capacidade geral da rede. No caso de blockchains que usam o mecanismo Proof of Work, a transição para o Proof of Stake pode ser uma opção para aumentar o número de transações por segundo (TPS) e reduzir as taxas de processamento. Ainda assim, existem visões mistas na comunidade de criptomoedas sobre os benefícios e as implicações de longo prazo do Proof of Stake.
As soluções de escalabilidade em redes de Layer-1 são normalmente introduzidas pela equipe de desenvolvimento do projeto. Dependendo da solução, a comunidade precisará fazer um hard fork ou soft fork da rede. Algumas pequenas mudanças são retrocompatíveis, como a atualização SegWit do Bitcoin.
Mudanças maiores, como o aumento do tamanho de bloco do Bitcoin para 8 MB, exigem um hard fork. Isso cria duas versões da blockchain, uma com a nova atualização e outra sem. Outra opção para aumentar a taxa de transferência de uma rede é o sharding. Esse método divide as operações de uma blockchain em várias seções menores, que possibilitam o processamento de dados de forma simultânea, em vez de sequencial.
Como funcionam as soluções de escalabilidade de Layer-2?
Conforme mencionado, as soluções de Layer-2 contam com redes secundárias que funcionam em paralelo ou independentes da cadeia principal.
Rollups
Zero-knowledge rollups (tipo mais comum) agrupam transações da Layer-2 fora da blockchain (off-chain) e as enviam como uma única transação na cadeia principal. Esses sistemas usam provas de validade para verificar a integridade das transações. Os ativos são mantidos na cadeia original com um contrato inteligente de bridging (ponte). Esse contrato inteligente confirma que o rollup está funcionando conforme o esperado. Isso fornece a segurança da rede original com os benefícios 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) é um ambiente de comunicação bidirecional entre as partes de uma transação. As partes selam uma parte da blockchain subjacente e a conectam a um canal de transação off-chain (fora da blockchain). Isso geralmente é feito por meio de um contrato inteligente previamente definido ou através do esquema de assinatura múltipla (multi-signature). As partes então executam uma transação (ou um lote de transações) off-chain, sem enviar imediatamente os dados da transação para o ledger distribuído subjacente (ou seja, para a cadeia principal). Assim que todas as transações no conjunto forem concluídas, o “estado” final do canal é transmitido para a blockchain para validação. Este mecanismo permite melhorar a velocidade das transações e aumenta a capacidade geral da rede. Soluções como a Bitcoin Lightning Network e a Raiden da Ethereum operam com base nos canais de estado (state channels).
Nested blockchains
Essa solução depende de um conjunto de blockchains secundárias que ficam no topo da blockchain “mãe” principal. As chamadas Nested Blockchains (ou "blockchains em ninho" em tradução livre) operam de acordo com as regras e parâmetros definidos pela blockchain "mãe". A blockchain principal não participa da execução de transações e seu papel se limita à resolução de problemas e contestações quando necessário. O trabalho diário é delegado às blockchains “filhas”, que retornam as transações processadas para a blockchain principal após a conclusão fora dela (off-chain). O projeto Plasma da OmiseGO é um exemplo de uma solução de nested blockchain de Layer-2.
Limitações das soluções de escalabilidade de Layer-1 e Layer-2
Ambas as soluções de Layer-1 e Layer-2 têm suas próprias vantagens e desvantagens. Trabalhar com a Layer-1 pode ser a solução mais eficaz para melhorias de protocolo em larga escala. No entanto, isso também implica que os validadores devem aceitar as mudanças e melhorias através 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 soluções Layer-1 e Layer-2?
Uma questão-chave é se ainda precisaremos de soluções de Layer-2 à medida que as soluções de Layer-1 melhoram sua escalabilidade. As blockchains atuais apresentam melhorias e novas redes já são criadas com um bom nível de escalabilidade. No entanto, levará muito tempo para que os principais sistemas melhorem sua escalabilidade e não há garantia de que isso ocorra. A opção mais provável é que as soluções de Layer-1 se concentrem na segurança e permitam que as redes de Layer-2 adaptem seus serviços para casos de uso específicos.
Em um futuro próximo, há uma boa chance de grandes redes como a Ethereum ainda dominarem o cenário, graças à sua grande comunidade de usuários e desenvolvedores. No entanto, seu grande e descentralizado conjunto de validadores e a sua boa reputação criam uma base sólida para soluções de Layer-2.
Considerações finais
Desde o surgimento das criptomoedas, a busca por mais escalabilidade criou uma abordagem em duas frentes com melhorias nas soluções de Layer-1 e Layer-2. Se você tem um portfólio diversificado de criptomoedas, você provavelmente já tem exposição a redes de Layer-1 e Layer-2. Agora, você entende as diferenças entre as duas, bem como as diferentes abordagens de escalabilidade que elas oferecem.