TL;DR
O congestionamento da rede blockchain ocorre quando o número de transações enviadas excede a capacidade de processamento da rede.
O aumento das atividades de transação, o uso de blocos pequenos e um tempo de criação de blocos mais lento podem causar congestionamento na rede.
As consequências do congestionamento da rede incluem taxas de transação mais altas, lentidão na confirmação de transações e experiência insatisfatória do usuário.
Em 2023, a rede Bitcoin sofreu congestionamento devido ao aumento das atividades de transação relacionadas aos tokens BRC-20, o que fez com que as taxas e o número de transações pendentes aumentassem drasticamente.
O que é o congestionamento da rede?
O congestionamento da rede ocorre quando o número de transações enviadas à rede excede sua capacidade de processar essas transações. Esse fenômeno é influenciado por vários fatores, como fatores externos, incluindo volatilidade do mercado, e características intrínsecas da rede, como tamanho de bloco e o tempo de criação de blocos.
Antes de entrarmos nos detalhes, é essencial examinarmos o processo pelo qual os blocos são adicionados à blockchain.
Como funciona a tecnologia blockchain?
Uma blockchain consiste em uma cadeia de blocos e cada bloco contém dados de transações criadas pelos usuários. Cada novo bloco adicionado à blockchain é permanente e imutável.
Esses blocos são distribuídos em uma rede descentralizada de nodes e cada node armazena uma cópia da blockchain. Protegida por criptografia e teoria dos jogos, a blockchain é a base de criptomoedas como o Bitcoin e o Ether (Ethereum).
Para entender por que as redes blockchain podem ficar congestionadas, é necessário explorar os conceitos-chave que influenciam a capacidade de processamento de transações de uma rede: mempools, blocos candidatos, finalidade de transações e o princípio da blockchain mais longa.
O que é “mempool”?
Uma mempool refere-se ao conjunto de transações não confirmadas esperando para serem incluídas no próximo bloco.
Por exemplo, quando uma transação é transmitida na rede Bitcoin, ela não é adicionada à blockchain imediatamente. Primeiro ela vai para a mempool (abreviação de “pool de memória”), que é essencialmente uma área de espera para todas as transações pendentes. A transação será removida da mempool assim que ela for confirmada.
O que são “blocos candidatos”?
Blocos candidatos, também conhecidos como “blocos propostos”, são aqueles que os mineradores ou validadores propõem para serem adicionados à blockchain. Esses blocos contêm transações não confirmadas que foram transmitidas para a rede, mas que ainda não foram incluídas na blockchain.
Para que um bloco candidato se torne um bloco confirmado, ele deve ser minerado ou validado de acordo com o mecanismo de consenso da blockchain. Por exemplo, o mecanismo de consenso Proof of Work (PoW) do Bitcoin permite a competição dos mineradores para resolver um quebra-cabeça matemático complexo. O primeiro minerador a resolver o quebra-cabeça adiciona seu bloco candidato à blockchain e ganha uma recompensa.
No mecanismo de consenso Proof of Stake (PoS) da Ethereum, os validadores são selecionados aleatoriamente para propor blocos candidatos. Outros validadores atestam a validade do bloco. Quando um bloco recebe um número suficiente de confirmações, ele faz a transição de bloco candidato para bloco confirmado.
O que é “finalidade” em uma blockchain?
Finalidade é quando uma transação ou operação não pode mais ser modificada ou desfeita. Depois que uma transação atinge a finalidade (caráter definitivo), ela é registrada permanentemente na blockchain e não pode ser alterada ou removida.
Na blockchain do Bitcoin, as transações são transmitidas para a rede e adicionadas à mempool. Os mineradores selecionam e verificam as transações da pool e as incluem em novos blocos a serem adicionados à blockchain. As transações incluídas nesse bloco são consideradas confirmadas, mas teoricamente ainda é possível que outros mineradores minerem um bloco concorrente.
A finalidade das transações aumenta com o número de blocos confirmados. As transações de Bitcoin geralmente são consideradas “finais” (ou seja, definitivas) quando seis blocos adicionais são anexados ao bloco que contém essas transações. Devido ao menor tempo de bloco da Ethereum, é recomendado um número maior de confirmações para obter um nível de confiança semelhante em relação à “finalidade”.
O que é o princípio da “blockchain mais longa”?
Conforme ilustrado acima, múltiplos mineradores podem produzir novos blocos válidos em momentos semelhantes. Isso pode resultar em bifurcações (forks) temporárias na blockchain.
O princípio da “blockchain mais longa” refere-se à regra de que a versão válida da blockchain é aquela que tem mais trabalho computacional investido nela. Geralmente, é a versão com a sequência mais longa de blocos. Como resultado, os blocos “válidos” em sequências mais curtas – geralmente chamados de blocos órfãos ou obsoletos – são descartados e suas transações são enviadas de volta para a mempool.
A Ethereum adotava o princípio da blockchain mais longa quando a rede usava o mecanismo Proof of Work (PoW). Após a transição da Ethereum para o Proof of Stake (PoS) em 2022, a rede adotou um algoritmo de escolha de fork atualizado que mede o “peso” da cadeia, que é a soma acumulada dos votos dos validadores ponderados pelos saldos de Ether que eles têm em staking.
O que causa o congestionamento da rede blockchain?
O congestionamento da rede Blockchain ocorre quando o número de transações enviadas à rede excede sua capacidade de processá-las.
Existem várias razões pelas quais as redes blockchain podem ficar congestionadas:
Aumento da demanda
À medida que mais pessoas enviam transações para a blockchain, o número de transações não confirmadas na mempool pode exceder o limite que pode ser adicionado a um único bloco. Isso é particularmente relevante para blockchains com limitações inerentes ao tamanho e ao tempo de bloco.
O aumento das transações pode ser impulsionado por volatilidades repentinas de preços, levando a um aumento nas atividades de transações ou ondas de ciclos de adoção em massa.
Tamanho de bloco pequeno
Cada blockchain tem suas especificações de tamanho de bloco. O tamanho de bloco limita quantas transações um bloco pode incluir.
Por exemplo, o Bitcoin foi inicialmente projetado para ter um limite de tamanho de bloco de 1 megabyte. Em 2017, o Bitcoin implementou a atualização Segregated Witness, ou SegWit, para melhorar a taxa de transferência das transações. Essa atualização aumenta o limite teórico do tamanho de bloco para aproximadamente 4 MB.
Se o número de transações exceder esse limite, isso causará um congestionamento na rede.
Tempos de bloco muito longos
O tempo de bloco refere-se à frequência com que um novo bloco é adicionado à blockchain. No caso do Bitcoin, um novo bloco é adicionado a cada 10 minutos. Se muitas transações estiverem sendo criadas muito rapidamente, haverá um acúmulo de transações.
Quais as consequências do congestionamento da rede?
O congestionamento da blockchain pode resultar em várias consequências negativas que prejudicam o funcionamento da rede.
Aumento das taxas de transação
Os mineradores são incentivados a priorizar transações que pagam taxas mais altas. Portanto, quando há congestionamento de uma rede blockchain, os usuários geralmente precisam pagar taxas de transação mais altas para incentivar os mineradores a priorizar suas transações. Isso pode tornar o uso da blockchain mais caro do que o habitual, especialmente para transações de menor valor.
Atrasos na confirmação de transações
O congestionamento da rede pode resultar em tempos de espera mais longos para a confirmação e finalização das transações. Em casos extremos, a confirmação das transações pode demorar várias horas, dias ou até mesmo semanas. Isso pode causar muita frustração para os usuários.
Experiência de usuário insatisfatória
Altas taxas e lentidão nas confirmações geram uma experiência de usuário insatisfatória, o que pode reduzir a adoção e a usabilidade da blockchain.
Volatilidade do mercado
O congestionamento pode gerar incertezas e contribuir para a volatilidade do mercado. Se houver muitos usuários tentando vender uma criptomoeda, mas a rede estiver muito congestionada para processar as transações, os usuários podem entrar em pânico e tentar vender seus holdings rapidamente.
Existem outras consequências, incluindo riscos de segurança e riscos de centralização da rede. Mais especificamente, tempos de confirmação mais longos podem aumentar o risco de ataques de gastos duplos (double-spending) e altas taxas podem levar à centralização do poder de mineração.
Exemplos de congestionamento de rede
As redes Bitcoin e Ethereum já apresentaram congestionamentos significativos em suas redes.
Congestionamentos do Bitcoin
O aumento significativo do preço do Bitcoin entre o final de 2017 e o início de 2018 resultou em um dos eventos de congestionamento de rede mais marcantes até o momento. O aumento da popularidade do Bitcoin provocou um aumento na demanda e nas transações, resultando em atrasos significativos e aumentos exorbitantes nas taxas de transação. Em um determinado momento, o valor médio das taxas de transação chegou a ultrapassar US$ 50.
Em 2023, a rede Bitcoin ficou congestionada devido ao aumento das atividades de transação relacionadas aos tokens BRC-20, o que fez com que as taxas e o número de transações pendentes aumentassem drasticamente. Em um certo ponto, foram registradas quase 400.000 transações não confirmadas, resultando em um gargalo na mempool. As taxas de transação aumentaram mais de 300% em poucas semanas.
Congestionamentos da Ethereum
Um exemplo marcante de congestionamento na rede Ethereum ocorreu em 2017, quando a popularidade do projeto “CryptoKitties” decolou, o que causou uma lentidão significativa na rede. Também houve um congestionamento na rede decorrente da ascensão do setor DeFi , resultando em aumentos no preço de Gas.
Qualquer rede blockchain pode sofrer com congestionamentos. No entanto, os casos de congestionamento nas redes do Bitcoin e da Ethereum têm chamado mais atenção do que em outras blockchains. Isso é natural considerando que essas redes têm um impacto maior devido à sua popularidade e importância.
Soluções para aliviar o congestionamento de uma rede
Lidar com o congestionamento da rede blockchain é um problema complexo. Existem várias abordagens e cada uma tem suas vantagens e desvantagens.
Aumento do tamanho de bloco
O aumento do tamanho de bloco permite que mais transações sejam processadas em cada bloco, aumentando efetivamente o rendimento (taxa de transferência) da rede. No entanto, blocos maiores precisam de mais tempo para se propagar pela rede, aumentando o risco de forks temporários. Eles também exigem mais espaço de armazenamento, o que pode levar a uma maior centralização.
Redução do tempo de bloco
A redução do tempo de bloco permite que a rede processe transações mais rapidamente. No entanto, tempos de bloco mais curtos podem aumentar o número de blocos órfãos e potencialmente comprometer a segurança da rede.
Soluções de Layer-2
Essas soluções off-chain processam transações fora da blockchain principal e registram o estado final on-chain. A Lightning Network do Bitcoin e a Plasma da Ethereum são exemplos dessas soluções. Essas soluções podem aumentar a escalabilidade, mas envolvem implementações complexas e podem apresentar problemas adicionais de segurança.
Sharding
Sharding é uma técnica de divisão da blockchain em vários fragmentos menores (shards), sendo que cada um deles é capaz de processar transações e contratos inteligentes. Essa técnica pode aumentar significativamente a capacidade de uma rede. Porém, assim como as soluções de Layer-2, o sharding aumenta a complexidade e também pode apresentar riscos de segurança adicionais.
Outras soluções potenciais para o congestionamento da rede incluem ajustes de taxas e soluções de escalabilidade, incluindo optimistic rollups e zero-knowledge rollups. Geralmente, o mecanismo de consenso Proof of Stake (PoS) é mais rápido que o Proof of Work (PoW).
Considerações finais
Existe a expectativa de que a tecnologia blockchain seja adotada por mais usuários nos próximos anos. Por isso, as questões de congestionamento de rede estão se tornando cada vez mais relevantes. A capacidade de uma rede processar, com eficiência, um alto volume de transações é fundamental para a adoção geral e a usabilidade. Isso é particularmente relevante para sistemas blockchain que visam facilitar transações cotidianas em tempo real.
Embora o congestionamento da rede blockchain represente desafios significativos, a comunidade continua desenvolvendo soluções para ajudar a mitigar esses problemas. É por isso que a pesquisa sobre aprimoramento da escalabilidade blockchain é uma prioridade do setor.
Leituras adicionais
O que é uma blockchain e como ela funciona?
O que são Taxas de Transação de Blockchain?
O que é a relação taxa-recompensa do Bitcoin?
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