O que é o Trilema Blockchain?
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O que é o Trilema Blockchain?

O que é o Trilema Blockchain?

Intermedi√°rio
Publicado em Oct 14, 2022Atualizado em Feb 1, 2023
9m

TL;DR

Blockchains s√£o capazes de lidar com um n√ļmero limitado de transa√ß√Ķes por segundo. A rede do Bitcoin, por exemplo, pode processar cerca de sete transa√ß√Ķes por segundo. Se o objetivo √© a ado√ß√£o global da tecnologia blockchain, ela deve ser capaz de lidar com um volume muito maior de dados e oferecer transa√ß√Ķes mais r√°pidas. Assim, mais pessoas podem usar a rede sem lentid√Ķes ou altos custos envolvidos. No entanto, o design de muitas redes descentralizadas faz com que o aumento da escalabilidade diminua a descentraliza√ß√£o ou a seguran√ßa. Esse problema √© conhecido como trilema blockchain. Desenvolvedores que tentam resolver esse problema est√£o experimentando diferentes mecanismos de consenso e solu√ß√Ķes de escalabilidade, como sharding, sidechains e state channels.

Introdução

Em termos básicos, uma blockchain é um banco de dados digital distribuído. Esses blocos de dados são organizados em ordem cronológica. Os blocos são vinculados e protegidos por provas criptográficas. A implementação dessa tecnologia em diferentes setores já mudou a forma como trabalhamos e vivemos. 

A ideia √© que blockchains descentralizadas e seguras ofere√ßam um mundo onde n√£o precisamos depender de terceiros para que redes ou mercados funcionem. No entanto, a maioria dos especialistas concorda que, se essa tecnologia for adotada mais amplamente, h√° um problema central que precisa ser resolvido. O problema em quest√£o √© conhecido como ‚Äútrilema blockchain‚ÄĚ.

Este termo foi popularizado pelo cofundador da Ethereum, Vitalik Buterin. Ele se refere a três elementos desejáveis em uma blockchain: descentralização, segurança e escalabilidade. O trilema blockchain refere-se à ideia de que é difícil para uma blockchains atingir níveis ideais de todas essas três propriedades simultaneamente. O foco em uma delas geralmente causa o enfraquecimento de outra.

Neste artigo, abordaremos os tr√™s elementos do trilema e vamos explicar cada um deles com mais detalhes. Ao discutir os detalhes e a influ√™ncia de cada elemento sobre o outro, teremos uma melhor compreens√£o sobre o trilema blockchain e suas poss√≠veis causas. Tamb√©m veremos algumas das solu√ß√Ķes sugeridas por desenvolvedores.

O que é descentralização?

A blockchain do Bitcoin e outras redes semelhantes s√£o projetadas para serem descentralizadas. A estrutura foi criada de forma que n√£o h√° uma pessoa ou organiza√ß√£o respons√°vel. Pelo contr√°rio, √© uma estrutura totalmente descentralizada. A rede est√° aberta a qualquer pessoa que queira participar. Sendo assim, o controle √© totalmente distribu√≠do e n√£o detido por uma √ļnica entidade. Todos t√™m acesso aos mesmos dados. Se algu√©m tentar enganar o sistema alterando os registros a seu favor, o restante dos participantes rejeitar√° os dados adulterados.

Esse assunto pode ser bastante t√©cnico, mas vamos usar a rede Bitcoin como exemplo. N√£o h√° terceiros no controle. Compare isso com a necessidade de bancos no sistema financeiro. Os bancos refor√ßam a confian√ßa entre as pessoas que realizam transa√ß√Ķes e garantem que todos os registros sejam mantidos corretamente. A blockchain do Bitcoin, no entanto, compartilha todos esses dados com todos na rede, para que eles possam ser verificados e confirmados. Feito isso, eles s√£o adicionados ao banco de dados digital. O resultado √© um sistema capaz de funcionar sem a necessidade de terceiros.

A descentraliza√ß√£o possibilita o desenvolvimento da chamada Web3. No momento somos usu√°rios da Web2 ‚ÄĒ¬†a internet de hoje. A Web2 tem muitos sites e aplicativos controlados por empresas, mas com conte√ļdos feitos pelos usu√°rios. A Web3 √© o pr√≥ximo passo. A Web3 √© uma internet onde a tecnologia blockchain descentralizada permite que as pessoas controlem seus pr√≥prios dados e suas vidas on-line.¬†

√Č importante notar, no entanto, que devido √† maneira que esses sistemas distribu√≠dos funcionam ‚ÄĒ com um grande n√ļmero de participantes que precisam concordar com a validade de quaisquer dados ‚ÄĒ¬†os tempos de transa√ß√£o podem ser lentos, j√° que √© preciso compartilhar e processar muitas informa√ß√Ķes. Sendo assim, as blockchains precisam oferecer escalabilidade, ou seja, devem ser capazes de lidar com mais dados mais rapidamente. Retomaremos esse t√≥pico quando discutirmos a escalabilidade.

Além disso, o sonho da descentralização só é válido se as blockchains subjacentes forem seguras. Se uma blockchain carece de segurança, um usuário mal intencionado pode assumir o controle e alterar os dados a seu favor. Isso nos leva ao segundo elemento do trilema: segurança.

O que é segurança em uma blockchain?

Não importa o quão descentralizada seja uma blockchain se ela não tiver segurança. Uma boa rede blockchain deve ser resistente a ataques de entidades maliciosas. Os sistemas centralizados derivam sua segurança do fato de serem sistemas fechados. Quem está no controle pode garantir que os dados estejam livres de interferência. Mas como isso é possível em um sistema descentralizado, onde qualquer pessoa pode participar?

√Č um assunto complicado, mas podemos usar novamente o Bitcoin como um exemplo de blockchain segura e descentralizada. A blockchain do Bitcoin usa uma combina√ß√£o de elementos de criptografia e um mecanismo de consenso chamado Proof of Work (PoW). Em termos de criptografia, cada bloco tem um tipo de assinatura digital (ou hash). Cada bloco de dados √© conectado de uma maneira que n√£o pode ser adulterado, j√° que qualquer mudan√ßa alteraria o hash de um bloco. Qualquer tentativa de altera√ß√£o dos dados seria rapidamente identificada pelo resto da rede.

O mecanismo de consenso PoW √© outra parte do quebra-cabe√ßa. Ele ajuda a proteger o ledger da criptomoeda. Para explicar o Proof of Work precisamos de um artigo inteiro, mas para nossos prop√≥sitos neste artigo, entenda que os membros da rede s√≥ podem verificar novas transa√ß√Ķes e adicion√°-las ao ledger por meio de uma atividade conhecida como minera√ß√£o. Esse processo envolve o uso de poder computacional para resolver um problema matem√°tico. Parte do processo exige que computadores executem v√°rias fun√ß√Ķes de hash. Isso contribui para a quest√£o da escalabilidade, pois o mecanismo PoW √© seguro, mas relativamente lento.

Observe tamb√©m que quanto mais participantes (nodes) houver na rede, maior ser√° o n√≠vel de seguran√ßa dela. Quanto maior o n√ļmero de participantes, mais dif√≠cil para um usu√°rio mal-intencionado assumir o controle do sistema. Isso ajuda a evitar um poss√≠vel ataque de 51%. Como uma vis√£o geral: se uma √ļnica entidade (ou grupo de malfeitores) controlar mais de 50% da taxa total de hash de uma blockchain, eles poderiam substituir o mecanismo de consenso e alterar os dados da blockchain para benef√≠cio pr√≥prio, por exemplo, com gastos duplos de tokens.¬†

Em suma, a seguran√ßa √© um requisito fundamental para que uma blockchain seja bem-sucedida pois, sem ela, os invasores podem assumir o controle da blockchain, tornando-a in√ļtil.

O que é escalabilidade?

O termo escalabilidade refere-se ao objetivo de construir uma blockchain que possa suportar mais transa√ß√Ķes por segundo. A escalabilidade √© necess√°ria para que a tecnologia blockchain possa servir a sociedade em geral e, possivelmente, bilh√Ķes de usu√°rios. Mas √© nesse ponto que muitas blockchains ainda enfrentam dificuldades.¬†

Isso ocorre porque os elementos de descentraliza√ß√£o e seguran√ßa s√£o t√£o fundamentais para a blockchain que tendem a receber mais aten√ß√£o. A descentraliza√ß√£o √© t√£o essencial para o ethos e os objetivos da blockchain que costuma ser o principal foco das blockchains mais reconhecidas. A seguran√ßa, como discutimos, √© um requisito essencial para que uma blockchain seja bem-sucedida e √ļtil.

No entanto, ao priorizar a descentraliza√ß√£o e a seguran√ßa, a escalabilidade se torna um desafio. O n√ļmero de transa√ß√Ķes que uma blockchain √© capaz de processar pode ser severamente reduzido. Um sistema de pagamento centralizado como o da Visa afirma ser capaz de processar 24.000 transa√ß√Ķes por segundo. Isso ocorre porque a rede √© fechada e n√£o depende de considera√ß√Ķes de nodes p√ļblicos e consenso. Compare isso com algumas das blockchains mais conhecidas.¬†

De acordo com a Bloomberg em 2022: ‚ÄúEm setembro, o Bitcoin n√£o √© capaz de lidar com mais de sete transa√ß√Ķes por segundo e a Ethereum, a segunda rede mais popular, tem um limite de cerca de 15 transa√ß√Ķes por segundo ‚ÄĒ uma vida inteira quando comparamos com as corretoras convencionais.‚ÄĚ

Como mencionado, essas velocidades de transa√ß√£o de blockchain s√£o limitadas devido √† maneira como as informa√ß√Ķes precisam ser processadas pelos diferentes participantes que comp√Ķem a rede descentralizada e tamb√©m devido √† natureza do pr√≥prio mecanismo de consenso PoW. Se mais e mais pessoas come√ßarem a usar a tecnologia blockchain, as redes ficar√£o congestionadas devido ao n√ļmero limitado de transa√ß√Ķes que podem ser processadas.

Por que o trilema blockchain existe?

A solu√ß√£o mais √≥bvia e b√°sica para o problema descrito acima √© reduzir o n√ļmero de participantes que confirmam e adicionam dados √† rede, em troca de maior escalabilidade e velocidade. Mas isso prejudicaria o fator de descentraliza√ß√£o, j√° que o controle estaria nas m√£os de um n√ļmero menor de participantes. E tamb√©m causaria um enfraquecimento da seguran√ßa, pois com menos participantes haveria uma chance maior de ataques.

Então aqui está o trilema: dada a relação entre as propriedades desejadas de descentralização e segurança, o design fundamental de funcionamento da blockchain dificulta a escalabilidade. Ao melhorar um, você enfraquece outro. Como aumentar a escalabilidade sem prejudicar a descentralização, a segurança ou ambos? 

Solucionando o trilema blockchain

N√£o h√° uma √ļnica solu√ß√£o milagrosa para o trilema. Mas dada a import√Ęncia de resolver este problema, tem havido uma s√©rie de abordagens diferentes na comunidade com resultados interessantes. Vamos abordar uma vis√£o geral de alguns dos desenvolvimentos mais populares para lhe oferecer uma compreens√£o do que est√° acontecendo no setor:

1. Sharding

Este √© um m√©todo de divis√£o de blockchains (ou outros tipos de bancos de dados) em blockchains menores e particionadas, que gerenciam segmentos de dados espec√≠ficos. Essa configura√ß√£o elimina a necessidade de uma √ļnica blockchain lidar com todas as transa√ß√Ķes e intera√ß√Ķes em uma rede. Cada blockchain particionada √© conhecida como um shard (fragmento) e tem seu ledger espec√≠fico. Esses shards s√£o capazes de processar suas pr√≥prias transa√ß√Ķes, mas uma beacon blockchain ou main chain (blockchain principal) gerencia as intera√ß√Ķes entre os shards. Isso faz com que o sharding seja uma atualiza√ß√£o de escalabilidade de rede de Layer-1, pois √© uma mudan√ßa na rede principal de uma blockchain.

2. Outros mecanismos de consenso

Uma das raz√Ķes pelas quais o trilema existe na rede Bitcoin √© a maneira como o PoW funciona para garantir a seguran√ßa. A necessidade de mineradores, algoritmos de criptografia e enormes quantidades de poder computacional descentralizado resulta em um sistema seguro, por√©m lento. Encontrar uma maneira diferente de garantir o consenso √© uma abordagem para solu√ß√£o do trilema. Esse foi um dos motivos da mudan√ßa da Ethereum, do PoW para o Proof of Stake (PoS).

Em blockchains PoS, os participantes envolvidos na valida√ß√£o de transa√ß√Ķes devem fazer staking (bloqueio) de seus tokens. N√£o h√° necessidade de m√°quinas de minera√ß√£o altamente especializadas. A adi√ß√£o de mais validadores √† rede √© mais simples e mais acess√≠vel. O PoS √© apenas uma das muitas abordagens diferentes para mecanismos de consenso que buscam escalabilidade.¬†

3. Solu√ß√Ķes de Layer-2

Tanto o sharding quanto os diferentes mecanismos de consenso s√£o conhecidos como solu√ß√Ķes de Layer-1. Eles tentam mudar o design fundamental da rede subjacente. Mas outros desenvolvedores que buscam resolver o trilema, est√£o trabalhando em solu√ß√Ķes que se baseiam em uma estrutura de rede existente. Em outras palavras, eles acham que a resposta est√° em uma segunda camada, ou seja, em solu√ß√Ķes de Layer-2 ("layer", do ingl√™s, camada). Exemplos disso incluem sidechains e state channels.

Uma sidechain √© basicamente uma blockchain separada conectada √† main chain (blockchain principal). Ela √© configurada de forma que os ativos possam fluir livremente entre as duas. √Č importante notar que a sidechain pode operar sob regras diferentes da main chain, permitindo maior velocidade e escalabilidade. Da forma semelhante, os state channels oferecem outra maneira de tirar as transa√ß√Ķes da main chain e aliviar o trabalho da Layer-1. Em vez de uma blockchain separada, um state channel usa um contrato inteligente, para permitir que os usu√°rios interajam entre si sem publicar suas transa√ß√Ķes na blockchain. A blockchain registra apenas os estados inicial e final do state channel.

Considera√ß√Ķes finais

O trilema da escalabilidade impede que a blockchain cumpra seu potencial como tecnologia para mudar o mundo. Se as redes blockchain forem capazes de lidar apenas com um pequeno n√ļmero de transa√ß√Ķes por segundo para manter a descentraliza√ß√£o e a seguran√ßa, ser√° dif√≠cil alcan√ßar a ado√ß√£o em massa. No entanto, as solu√ß√Ķes apresentadas pelos desenvolvedores que buscam resolver esse problema sugerem que os avan√ßos tecnol√≥gicos j√° feitos pela tecnologia blockchain est√£o no caminho certo. Futuramente, as redes ser√£o capazes de lidar com um volume muito maior de dados.