O que é Layer-1 em Blockchain?
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O que é Layer-1 em Blockchain?

O que é Layer-1 em Blockchain?

Iniciante
Publicado em Feb 22, 2022Atualizado em Dec 28, 2022
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TL;DR

Layer-1 refere-se a uma rede de base, como Bitcoin, BNB Chain ou Ethereum, e sua infraestrutura subjacente. Blockchains de layer-1 s√£o capazes de validar e finalizar transa√ß√Ķes sem a necessidade de outra rede. Como vimos com o Bitcoin, √© dif√≠cil fazer melhorias na escalabilidade das redes de layer-1. Como solu√ß√£o, os desenvolvedores criam protocolos layer-2 que dependem da rede layer-1 para obter seguran√ßa e consenso. A Lightning Network do Bitcoin √© um exemplo de protocolo layer-2. Ela permite que os usu√°rios fa√ßam transa√ß√Ķes livremente antes de registr√°-las na blockchain principal.


Introdução

Layer-1 e layer-2 são termos que nos ajudam a entender a arquitetura de diferentes blockchains, projetos e ferramentas de desenvolvimento. Para entender a relação entre Polygon e Ethereum ou Polkadot e suas parachains, é importante aprender sobre as diferentes camadas (layers) de blockchain.



O que é layer-1?

Layer-1 √© outro nome dado √† blockchain de base. BNB Smart Chain (BNB), Ethereum (ETH), Bitcoin (BTC) e Solana s√£o todos protocolos layer-1. Nos referimos a eles como layer-1 porque tratam-se das redes principais dentro de seu respectivo ecossistema. Por outro lado, existem off-chains (blockchains secund√°rias) e outras solu√ß√Ķes de layer-2 que s√£o constru√≠das sobre a base das blockchains principais.
Em outras palavras, um protocolo √© classificado como layer-1 quando processa e finaliza transa√ß√Ķes em sua pr√≥pria blockchain. Protocolos layer-1 tamb√©m possuem seu pr√≥prio token nativo, usado para pagar taxas de transa√ß√£o.


Escalabilidade de blockchains layer-1

Um problema comum com as redes de layer-1 √© a falta de escalabilidade. O Bitcoin e outras grandes blockchains t√™m tido dificuldades para processar transa√ß√Ķes em per√≠odos de muita demanda. O Bitcoin usa o mecanismo de consenso Proof of Work (PoW), que requer muitos recursos computacionais.¬†

Embora o PoW garanta descentraliza√ß√£o e seguran√ßa, as redes PoW tamb√©m tendem a desacelerar quando o volume de transa√ß√Ķes √© muito alto. Isso aumenta o tempo de confirma√ß√£o de cada transa√ß√£o e eleva o pre√ßo das taxas.

Os desenvolvedores de Blockchain trabalham em solu√ß√Ķes de escalabilidade h√° muitos anos, mas ainda h√° muita discuss√£o sobre as melhores alternativas. Algumas op√ß√Ķes para aprimorar a escalabilidade de blockchains layer-1 s√£o:

1. Aumento do tamanho de bloco, permitindo que mais transa√ß√Ķes sejam processadas em cada bloco.
2. Alteração do mecanismo de consenso, como vai ser o caso da atualização da Ethereum 2.0.

3. Implementação de sharding. Uma forma de fragmentação do banco de dados.

As melhorias de layer-1 exigem muito trabalho para serem implementadas. Em muitos casos, nem todos os usuários da rede concordarão com a mudança. Isso pode dividir a comunidade ou até mesmo provocar um hard fork, como aconteceu com o Bitcoin e o Bitcoin Cash em 2017.

SegWit

Um exemplo de solu√ß√£o layer-1 para o problema de escalabilidade √© o protocolo SegWit (segregated witness) do Bitcoin. Ele aumentou a taxa de transfer√™ncia do Bitcoin alterando a maneira como os dados do bloco s√£o organizados (as assinaturas digitais n√£o fazem mais parte do input da transa√ß√£o). Essa mudan√ßa proporcionou mais espa√ßo para transa√ß√Ķes em cada bloco, sem afetar a seguran√ßa da rede. O SegWit foi implementado por meio de um soft fork compat√≠vel com vers√Ķes anteriores da blockchain. Ou seja, mesmo os nodes de Bitcoin que ainda n√£o foram atualizados para incluir o SegWit s√£o capazes de processar transa√ß√Ķes.


O que é layer-1 sharding?

Sharding √© uma solu√ß√£o popular para a escalabilidade de blockchains layer-1, usada para aumentar a taxa de transfer√™ncia das transa√ß√Ķes. A t√©cnica envolve uma forma de particionamento/fragmenta√ß√£o do banco de dados que pode ser aplicada aos ledgers distribu√≠dos da blockchain. A rede e seus nodes s√£o divididos em diferentes shards para distribuir a carga de trabalho e aumentar a velocidade de execu√ß√£o das transa√ß√Ķes. Cada shard gerencia um subconjunto das atividades de toda a rede. Ou seja, cada shard possui suas pr√≥prias transa√ß√Ķes, nodes e blocos.

Com o sharding, não há necessidade de cada node manter uma cópia completa de toda a blockchain. Em vez disso, cada node reporta o trabalho concluído para a blockchain principal, compartilhando o estado de seus dados locais, incluindo o saldo de endereços e outras métricas importantes.


Layer-1 vs. Layer-2

Quando se trata de melhorias, nem tudo √© solucion√°vel na layer-1. Devido a restri√ß√Ķes tecnol√≥gicas, certas mudan√ßas s√£o dif√≠ceis ou quase imposs√≠veis de serem feitas na blockchain principal. A Ethereum, por exemplo, est√° atualizando seu sistema para o Proof of Stake (PoS), mas esse processo pode demorar anos para ser implementado.
Alguns casos de uso simplesmente n√£o funcionam com a camada de layer-1 devido a problemas de escalabilidade. Um jogo de blockchain pode n√£o ser capaz de usar a rede Bitcoin devido aos longos per√≠odos de confirma√ß√£o das transa√ß√Ķes. No entanto, a seguran√ßa e a descentraliza√ß√£o da layer-1 ainda pode ser interessante para o jogo. A melhor op√ß√£o √© construir sobre a rede de base com uma solu√ß√£o de layer-2.

Lightning Network

As solu√ß√Ķes de layer-2 s√£o constru√≠das sobre a camada de layer-1 e contam com essa base para finalizar suas transa√ß√Ķes. Um exemplo famoso √© a Lightning Network. Quando h√° muito tr√°fego, a rede Bitcoin pode levar horas para processar transa√ß√Ķes. A Lightning Network permite que os usu√°rios fa√ßam pagamentos r√°pidos com Bitcoin fora da blockchain principal. Posteriormente, o saldo final √© relatado √† blockchain principal e atualizado. Isso basicamente agrupa as transa√ß√Ķes de todos em um registro final, economizando tempo e recursos.¬†


Exemplos de blockchain layer-1

Agora que sabemos o que √© layer-1, vejamos alguns exemplos. H√° uma enorme variedade de blockchains de layer-1 e muitas oferecem suporte a casos de uso espec√≠ficos. Nem tudo se trata de Bitcoin e Ethereum. Cada rede tem solu√ß√Ķes diferentes para o trilema da tecnologia blockchain de descentraliza√ß√£o, seguran√ßa e escalabilidade.

Elrond

Elrond √© uma rede de layer-1 fundada em 2018 que usa sharding para melhorar seu desempenho e escalabilidade. A blockchain Elrond √© capaz de processar mais de 100.000 transa√ß√Ķes por segundo (TPS). Seus dois recursos principais exclusivos s√£o o protocolo de consenso Secure Proof of Stake (SPoS) e o Adaptive State Sharding.

O Adaptive State Sharding acontece por meio de divis√Ķes e mesclagens de shards √† medida que a rede perde ou ganha usu√°rios. Toda a arquitetura da rede √© fragmentada, incluindo seu estado e suas transa√ß√Ķes. Al√©m disso, os validadores se movem entre shards, reduzindo a chance de uma poss√≠vel aquisi√ß√£o maliciosa de um shard.

O token nativo da Elrond, EGLD, é usado para as taxas de transação, implementação de DApps e para recompensar os usuários que participam do mecanismo de validação da rede. A rede Elrond é certificada como Carbon Negative, pois compensa mais CO2 do que o valor produzido pelo seu mecanismo de PoS.

Harmony

A Harmony é uma rede Effective Proof of Stake (EPoS) de layer-1 e com suporte para sharding. A mainnet (rede principal) da blockchain Harmony possui quatro shards. Cada um cria e verifica novos blocos em paralelo. Cada shard faz isso com sua própria velocidade, o que significa que todos eles podem ter diferentes alturas de bloco.
Atualmente, a Harmony usa uma estrat√©gia de "Cross-Chain Finance" para atrair desenvolvedores e usu√°rios. As intera√ß√Ķes sem necessidade de confian√ßa (trustless bridges) com a Ethereum (ETH) e o Bitcoin desempenham um papel fundamental, permitindo que os usu√°rios negociem seus tokens sem os riscos usuais relativos √† cust√≥dia, muito comuns em servi√ßos de bridging (interoperabilidade entre blockchains). A principal vis√£o da Harmony para escalabilidade da Web3 conta com as Organiza√ß√Ķes Aut√īnomas Descentralizadas (DAOs) e zero-knowledge proofs (provas de conhecimento zero).
O futuro do setor DeFi (Finanças Descentralizadas) parece estar nas oportunidades multi-chain e cross-chain, tornando os serviços de bridging da Harmony atraentes para os usuários. Infraestrutura NFT, ferramentas DAO e bridging entre protocolos são as principais áreas de foco.

Seu token nativo ONE é usado para pagar taxas de transação da rede. Também é possível fazer staking do token para participar do mecanismo de consenso e da governança da Harmony. Isso garante recompensas de bloco e ganhos com taxas de transação aos validadores bem-sucedidos.

Celo

Celo √© uma rede de layer-1, oriunda do fork da Go Ethereum (Geth) em 2017. No entanto, a rede fez algumas mudan√ßas significativas, incluindo a implementa√ß√£o de PoS e um sistema de endere√ßo exclusivo. O ecossistema Web3 da Celo inclui DeFi, NFTs e solu√ß√Ķes de pagamento, com mais de 100 milh√Ķes de transa√ß√Ķes confirmadas. Na Celo, qualquer pessoa pode usar um n√ļmero de telefone ou endere√ßo de e-mail como chave p√ļblica. A blockchain √© executada facilmente com computadores padr√£o e n√£o requer hardware especial.
O principal token da Celo √© o CELO, um utility token (token de utilidade) padr√£o para transa√ß√Ķes, seguran√ßa e recompensas. A rede Celo tamb√©m possui as stablecoins cUSD, cEUR e cREAL. Estes s√£o gerados pelos usu√°rios, e seus valores atrelados s√£o mantidos por um mecanismo semelhante ao do token DAI da MakerDAO. Al√©m disso, as transa√ß√Ķes feitas com stablecoins da Celo podem ser pagas com qualquer outro ativo Celo.

O objetivo do sistema de endereços e da stablecoins da CELO é promover a adoção e a acessibilidade das criptomoedas. A volatilidade do mercado de criptomoedas e a dificuldade para os recém-chegados podem ser fatores desanimadores para muitos.

THORChain

THORChain √© uma corretora descentralizada (DEX) cross-chain permissionless. √Č uma rede de layer-1 que foi constru√≠da usando a Cosmos SDK. Ela tamb√©m usa o mecanismo de consenso Tendermint para valida√ß√£o de transa√ß√Ķes. O principal objetivo da THORChain √© proporcionar liquidez descentralizada cross-chain (entre blockchains) sem a necessidade de atrelamento ou wrapping de ativos. Para investidores de m√ļltiplas blockchains, o atrelamento (pegging) e wrapping adicionam mais riscos ao processo.

Efetivamente, a THORChain atua como um gerenciador de "cofres" que monitora depósitos e saques. Isso cria liquidez descentralizada e remove intermediários centralizados. RUNE é o token nativo da THORChain, usado para pagamento de taxas de transação e também para recursos de governança, segurança e validação. 

O modelo de Automated Market Maker (AMM) da THORChain usa o RUNE como o par base. Ou seja, você pode fazer a troca (swap) de RUNE por qualquer outro ativo compatível. De certa forma, o projeto funciona como um cross-chain do Uniswap e o token RUNE atua como ativo de liquidação e segurança para as pools de liquidez.

Kava

Kava √© uma blockchain de layer-1 que combina a velocidade e a interoperabilidade da Cosmos com o suporte ao desenvolvedor da Ethereum. Usando uma arquitetura ‚Äúco-chain‚ÄĚ (co-blockchain da Ethereum), a Kava Network apresenta uma blockchain distinta para os ambientes de desenvolvimento que utilizam EVM (Ethereum Virtual Machine) e Cosmos SDK. Juntamente com o suporte √† tecnologia IBC (Inter-Blockchain Communication) na co-chain da Cosmos, isso permite que os desenvolvedores implementem aplicativos descentralizados com perfeita interoperabilidade entre os ecossistemas da Cosmos e da Ethereum.¬†

A Kava usa o mecanismo de consenso Tendermint PoS, fornecendo excelente escalabilidade aos aplicativos na co-chain da EVM. Financiada pela KavaDAO, a Kava Network também oferece incentivos aos desenvolvedores na blockchain, recompensando os 100 principais projetos em cada co-chain com base no seu uso. 

A Kava tem um token nativo de utilidade e governan√ßa, KAVA, e uma stablecoin atrelada ao d√≥lar americano, USDX. O KAVA √© usado para pagar taxas de transa√ß√£o e no staking dos validadores para obten√ß√£o de consenso na rede. Os usu√°rios podem delegar seus tokens KAVA em staking a validadores para ganhar uma parte das novas emiss√Ķes de KAVA. Stakers e validadores tamb√©m podem votar em propostas de governan√ßa que definem os par√Ęmetros da rede.¬†

IoTeX

IoTeX √© uma rede de layer-1 fundada em 2017 com foco na combina√ß√£o da tecnologia blockchain com a Internet das Coisas (IoT). Ela fornece aos usu√°rios controle sobre os dados gerados por seus dispositivos, permitindo a cria√ß√£o de ‚ÄúDApps, ativos e servi√ßos baseados em m√°quinas‚ÄĚ . Suas informa√ß√Ķes e dados pessoais t√™m valor e gerenci√°-los via blockchain garante a propriedade segura deles.

A combinação de hardware e software da IoTeX oferece uma nova solução para controle da privacidade e dos dados, sem sacrificar a experiência do usuário. O sistema que permite que os usuários ganhem ativos digitais a partir de seus dados do mundo real é chamado MachineFi.

A IoTeX lan√ßou dois produtos de hardware not√°veis, conhecidos como Ucam e Pebble Tracker. Ucam √© uma c√Ęmera de seguran√ßa residencial avan√ßada que permite aos usu√°rios monitorar suas casas de qualquer lugar e com total privacidade. O Pebble Tracker √© um GPS inteligente com suporte para 4G e recursos de rastreamento. Ele n√£o apenas rastreia dados de GPS, mas tamb√©m dados do ambiente em tempo real, incluindo temperatura, umidade e qualidade do ar.

Em termos de arquitetura blockchain, a IoTeX possui v√°rios protocolos de layer-2 constru√≠dos sobre ela. A blockchain fornece ferramentas para cria√ß√£o de redes personalizadas que usam a IoTeX para conclus√£o de seus processos. Essas redes tamb√©m s√£o capazes de interagir umas com as outras e compartilhar informa√ß√Ķes via IoTeX. Os desenvolvedores podem facilmente criar uma nova sub-chain para atender √†s necessidades espec√≠ficas de um determinado dispositivo IoT. A moeda da IoTeX, IOTX, √© usada para taxas de transa√ß√£o, staking, governan√ßa e valida√ß√£o na rede.



Considera√ß√Ķes finais

Atualmente, o ecossistema blockchain tem v√°rias redes de layer-1 e protocolos de layer-2. Pode ser confuso a princ√≠pio, mas assim que voc√™ entende os conceitos b√°sicos, fica mais f√°cil entender a estrutura geral e a arquitetura. Esse conhecimento pode ser √ļtil ao estudar novos projetos de blockchain, especialmente os com foco em interoperabilidade de rede e solu√ß√Ķes cross-chain.