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 são capazes de validar e finalizar transações sem a necessidade de outra rede. Como vimos com o Bitcoin, é difícil fazer melhorias na escalabilidade das redes de layer-1. Como solução, os desenvolvedores criam protocolos layer-2 que dependem da rede layer-1 para obter segurança e consenso. A Lightning Network do Bitcoin é um exemplo de protocolo layer-2. Ela permite que os usuários façam transações livremente antes de registrá-las na blockchain principal.
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.
Layer-1 é outro nome dado à
blockchain de base.
BNB Smart Chain (BNB),
Ethereum (ETH),
Bitcoin (BTC) e
Solana são 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 secundárias) e outras soluções de layer-2 que são construídas sobre a base das blockchains principais.
Em outras palavras, um protocolo é classificado como layer-1 quando processa e finaliza transações em sua própria blockchain. Protocolos layer-1 também possuem seu próprio
token nativo, usado para pagar taxas de transação.
Um problema comum com as redes de layer-1 é a falta de
escalabilidade. O Bitcoin e outras grandes blockchains têm tido dificuldades para processar transações em períodos de muita demanda. O Bitcoin usa o mecanismo de consenso Proof of Work (PoW), que requer muitos recursos computacionais.
Embora o PoW garanta descentralização e segurança, as redes PoW também tendem a desacelerar quando o volume de transações é muito alto. Isso aumenta o tempo de confirmação de cada transação e eleva o preço das taxas.
Os desenvolvedores de Blockchain trabalham em soluções de escalabilidade há muitos anos, mas ainda há muita discussão sobre as melhores alternativas. Algumas opções para aprimorar a escalabilidade de blockchains layer-1 são:
1. Aumento do tamanho de
bloco, permitindo que mais transações sejam processadas em cada bloco.
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 solução layer-1 para o problema de escalabilidade é o protocolo
SegWit (segregated witness) do Bitcoin. Ele aumentou a taxa de transferência do Bitcoin alterando a maneira como os dados do bloco são organizados (as assinaturas digitais não fazem mais parte do input da transação). Essa mudança proporcionou mais espaço para transações em cada bloco, sem afetar a segurança da rede. O SegWit foi implementado por meio de um soft fork compatível com versões anteriores da blockchain. Ou seja, mesmo os nodes de Bitcoin que ainda não foram atualizados para incluir o SegWit são capazes de processar transações.
Sharding é uma solução popular para a escalabilidade de blockchains layer-1, usada para aumentar a taxa de transferência das transações. A técnica envolve uma forma de particionamento/fragmentação do banco de dados que pode ser aplicada aos
ledgers distribuídos da blockchain. A rede e seus nodes são divididos em diferentes shards para distribuir a carga de trabalho e aumentar a velocidade de execução das transações. Cada shard gerencia um subconjunto das atividades de toda a rede. Ou seja, cada shard possui suas próprias transações, 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.
Quando se trata de melhorias, nem tudo é solucionável na layer-1. Devido a restrições tecnológicas, certas mudanças são difíceis ou quase impossíveis de serem feitas na blockchain principal. A Ethereum, por exemplo, está atualizando seu sistema para o
Proof of Stake (PoS), mas esse processo pode demorar anos para ser implementado.
Alguns casos de uso simplesmente não funcionam com a camada de layer-1 devido a problemas de escalabilidade. Um
jogo de blockchain pode não ser capaz de usar a rede Bitcoin devido aos longos períodos de confirmação das transações. No entanto, a segurança e a descentralização da layer-1 ainda pode ser interessante para o jogo. A melhor opção é construir sobre a rede de base com uma solução de layer-2.
Lightning Network
As soluções de layer-2 são construídas sobre a camada de layer-1 e contam com essa base para finalizar suas transações. Um exemplo famoso é a
Lightning Network. Quando há muito tráfego, a rede Bitcoin pode levar horas para processar transações. A Lightning Network permite que os usuários façam pagamentos rápidos com Bitcoin fora da blockchain principal. Posteriormente, o saldo final é relatado à blockchain principal e atualizado. Isso basicamente agrupa as transações de todos em um registro final, economizando tempo e recursos.
Agora que sabemos o que é layer-1, vejamos alguns exemplos. Há uma enorme variedade de blockchains de layer-1 e muitas oferecem suporte a casos de uso específicos. Nem tudo se trata de Bitcoin e Ethereum. Cada rede tem soluções diferentes para o trilema da tecnologia blockchain de descentralização, segurança e escalabilidade.
Elrond
Elrond é uma rede de layer-1 fundada em 2018 que usa sharding para melhorar seu desempenho e escalabilidade. A blockchain Elrond é capaz de processar mais de 100.000 transações por segundo (TPS). Seus dois recursos principais exclusivos são o protocolo de consenso Secure Proof of Stake (SPoS) e o Adaptive State Sharding.
O Adaptive State Sharding acontece por meio de divisões e mesclagens de shards à medida que a rede perde ou ganha usuários. Toda a arquitetura da rede é fragmentada, incluindo seu estado e suas transações. Além disso, os validadores se movem entre shards, reduzindo a chance de uma possível aquisição 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 estratégia de "Cross-Chain Finance" para atrair desenvolvedores e usuários. As interações sem necessidade de confiança (trustless bridges) com a Ethereum (ETH) e o Bitcoin desempenham um papel fundamental, permitindo que os usuários negociem seus tokens sem os riscos usuais relativos à custódia, muito comuns em serviços de bridging (interoperabilidade entre blockchains). A principal visão da Harmony para escalabilidade da Web3 conta com as Organizações Autônomas 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 é uma rede de layer-1, oriunda do fork da Go Ethereum (Geth) em 2017. No entanto, a rede fez algumas mudanças significativas, incluindo a implementação de PoS e um sistema de endereço exclusivo. O ecossistema Web3 da Celo inclui DeFi, NFTs e soluções de pagamento, com mais de 100 milhões de transações confirmadas. Na Celo, qualquer pessoa pode usar um número de telefone ou endereço de e-mail como
chave pública. A blockchain é executada facilmente com computadores padrão e não requer hardware especial.
O principal token da Celo é o CELO, um utility token (token de utilidade) padrão para transações, segurança e recompensas. A rede Celo também possui as stablecoins cUSD, cEUR e cREAL. Estes são gerados pelos usuários, e seus valores atrelados são mantidos por um mecanismo semelhante ao do token
DAI da MakerDAO. Além disso, as transações 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 é uma
corretora descentralizada (DEX) cross-chain permissionless. É uma rede de layer-1 que foi construída usando a Cosmos SDK. Ela também usa o mecanismo de consenso
Tendermint para validação de transações. O principal objetivo da THORChain é proporcionar liquidez descentralizada cross-chain (entre blockchains) sem a necessidade de atrelamento ou
wrapping de ativos. Para investidores de múltiplas 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 é uma blockchain de layer-1 que combina a velocidade e a interoperabilidade da Cosmos com o suporte ao desenvolvedor da Ethereum. Usando uma arquitetura “co-chain” (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 à 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 governança, KAVA, e uma stablecoin atrelada ao dólar americano, USDX. O KAVA é usado para pagar taxas de transação e no staking dos validadores para obtenção de consenso na rede. Os usuários podem delegar seus tokens KAVA em staking a validadores para ganhar uma parte das novas emissões de KAVA. Stakers e validadores também podem votar em propostas de governança que definem os parâmetros da rede.
IoTeX
IoTeX é uma rede de layer-1 fundada em 2017 com foco na combinação da tecnologia blockchain com a
Internet das Coisas (IoT). Ela fornece aos usuários controle sobre os dados gerados por seus dispositivos, permitindo a criação de “DApps, ativos e serviços baseados em máquinas” . Suas informações e dados pessoais têm valor e gerenciá-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 lançou dois produtos de hardware notáveis, conhecidos como Ucam e Pebble Tracker. Ucam é uma câmera de segurança residencial avançada que permite aos usuários monitorar suas casas de qualquer lugar e com total privacidade. O Pebble Tracker é um GPS inteligente com suporte para 4G e recursos de rastreamento. Ele não apenas rastreia dados de GPS, mas também dados do ambiente em tempo real, incluindo temperatura, umidade e qualidade do ar.
Em termos de arquitetura blockchain, a IoTeX possui vários protocolos de layer-2 construídos sobre ela. A blockchain fornece ferramentas para criação de redes personalizadas que usam a IoTeX para conclusão de seus processos. Essas redes também são capazes de interagir umas com as outras e compartilhar informações via IoTeX. Os desenvolvedores podem facilmente criar uma nova sub-chain para atender às necessidades específicas de um determinado dispositivo IoT. A moeda da IoTeX, IOTX, é usada para taxas de transação, staking, governança e validação na rede.
Atualmente, o ecossistema blockchain tem várias redes de layer-1 e protocolos de layer-2. Pode ser confuso a princípio, mas assim que você entende os conceitos básicos, fica mais fácil entender a estrutura geral e a arquitetura. Esse conhecimento pode ser útil ao estudar novos projetos de blockchain, especialmente os com foco em interoperabilidade de rede e soluções cross-chain.
