Camadas Blockchain 1 e 2: o que você deve saber

Na tecnologia blockchain, o termo “scaling” significa aumentar o throughput do sistema, medido pelo número de transações realizadas por segundo. Como as criptomoedas são cada vez mais usadas na vida cotidiana, tornou-se necessário criar camadas de blockchain para melhorar a segurança da rede, manutenção de registros, etc. A primeira camada em um ecossistema descentralizado é o blockchain. A camada 2, por outro lado, é a integração de componentes de terceiros combinados com a camada 1 para aumentar o número de nós e, portanto, a taxa de transferência do sistema. Muitas soluções baseadas na blockchain de segunda camada estão sendo implementadas atualmente. Essas soluções usam contratos inteligentes para automatizar transações.

Blockchain de camada XNUMX versus Blockchain de camada XNUMX

A tecnologia Blockchain tem muitas vantagens: aumenta o nível de segurança, permite realizar transações sem complicações desnecessárias e manter registros. No entanto, à medida que seu uso se torna mais difundido, surgem vários problemas. Uma dessas questões é a escalabilidade.

No blockchain, cada transação em um sistema descentralizado deve passar por várias etapas, que exigem poder computacional e tempo significativos. Para melhorar a capacidade do blockchain de processar dados, os desenvolvedores de blockchain implementam o dimensionamento de segundo nível em sua estrutura. Vamos descobrir mais sobre como funciona.

Por que a escalabilidade do blockchain é importante?

A definição da palavra “escalabilidade” varia de especialista para especialista. No entanto, em sua essência, a escalabilidade do blockchain significa a capacidade do sistema de oferecer uma experiência rica a todos os usuários, independentemente do número total de usuários em um determinado momento.

O termo “throughput” refere-se ao número de transações processadas pelo sistema por segundo. Enquanto empresas/canais de pagamento como a Visa processam quase 20 TPS utilizando a rede de pagamentos eletrônicos VisaNet, principal Blockchain Bitcoin só pode executar 3 a 7 TPS.

A diferença na taxa de transferência pode ser chocante, mas há uma explicação simples para isso. O Bitcoin usa um sistema descentralizado enquanto o VisaNet opera em um sistema centralizado. O primeiro utiliza mais poder de processamento e tempo para garantir a privacidade de seus usuários. Cada transação de dados deve passar por várias etapas, incluindo aceitação, mineração, distribuição e verificação pela rede nodal.

Como se espera que a criptomoeda se torne uma força integral no mundo dos negócios, os desenvolvedores de blockchain estão tentando expandir o escopo do blockchain. Ao criar camadas de blockchain e otimizar o dimensionamento da camada XNUMX, eles desejam acelerar os tempos de processamento e aumentar o TPS.

A luta do Bitcoin com escalabilidade

O Bitcoin começou como um blockchain simples para enviar e receber moeda digital. No entanto, desde a sua criação, enfrentou um problema de escalabilidade, que deu origem à pergunta: o que acontecerá se mais e mais pessoas começarem a usar o Bitcoin?

Este cenário pode ser pensado como um problema de rede. Cada sistema tem uma certa quantidade de taxa de transferência e só pode processar um certo número de transações por segundo (TPS). Além disso, cada transação em um sistema descentralizado deve ser verificada, portanto, é necessário espaço de armazenamento de dados suficiente.

Avanço rápido para 2021. Com o crescimento da popularidade do bitcoin, o esperado aconteceu: o protocolo transbordou. Como resultado, a velocidade de processamento de dados caiu.

Por que o blockchain atual requer tecnologia de segunda camada?

A resposta é simples: aumento da demanda e aumento do custo das transações. Vamos explicar isso usando o Ethereum como exemplo.

Como o Ethereum possui um mecanismo de consenso, ele permite muitos aplicativos descentralizados. Na tecnologia blockchain, o mecanismo de consenso é um sistema tolerante a falhas que permite que acordos sejam feitos em um único estado da rede em nós distribuídos. Esses protocolos garantem que todos os nós concordem com as transações e estejam sincronizados. Isso torna o blockchain Ethereum extremamente difícil de substituir ou atacar.

Graças à estabilidade e segurança do Ethereum, a mania da ICO começou, e como resultado os indivíduos começaram a criar moedas na blockchain. Como resultado, houve um afluxo de usuários e um aumento no número de transações feitas no Ethereum. Como o sistema ficou entupido, as taxas de transação – ou “gás” – que são pagas pelas partes que processam transações na rede Ethereum aumentaram.

Quando a rede blockchain fica entupida, as transações pendentes acabam no pool de memória e demoram mais para serem processadas. Para resolver esse problema, as mineradoras estão começando a priorizar transações com preço mais alto do gás para confirmá-las. Isso aumenta ainda mais o valor mínimo necessário para concluir uma transação.

O ciclo de alta dos preços chega ao ponto em que os preços do gás disparam, piorando a situação para todos. O dimensionamento da camada XNUMX visa resolver esse problema e reduzir os custos de transação.

Problema de primeiro nível

A rede da primeira camada é um blockchain em um sistema descentralizado. Dois exemplos de tais redes são Bitcoin e Ethereum.

O dimensionamento da camada XNUMX altera o protocolo subjacente ao blockchain para garantir a escalabilidade. Com essas soluções, as regras de protocolo são alteradas para aumentar o throughput e a velocidade das transações, acomodando assim mais dados e usuários.

A escala de primeiro nível pode ser a seguinte:

• Aumento da velocidade de confirmação do bloco
• Aumentando a capacidade do bloco que contém os dados.

Juntas, essas soluções de dimensionamento aumentam a largura de banda da rede. No entanto, o Tier 1 não parece ser capaz de acompanhar o crescente número de usuários de blockchain. Abaixo estão listadas algumas das desvantagens do sistema.

Protocolo de consenso ineficiente

A blockchain da camada 1 ainda usa o mecanismo de consenso de prova de trabalho antigo e estranho.

Embora esse mecanismo seja mais seguro que outros, sua velocidade limita seu uso. Os mineradores são obrigados a usar o poder da computação para resolver algoritmos criptográficos. Assim, em geral, é necessário mais poder de computação e tempo.

Solução

O consenso alternativo é prova de participação, que será utilizado em Ethereum 2.0. Esse mecanismo de consenso confirma novos blocos de dados de transações de acordo com a disposição dos participantes da rede, o que torna o processo mais eficiente.

Carga de trabalho excessiva

À medida que o número de usuários aumentava, também aumentava a carga de trabalho no blockchain da primeira camada. Por causa disso, a velocidade e o desempenho do processamento de dados diminuíram.

Solução

Uma solução em grande escala para esse problema é o sharding. Simplificando, o shearing divide o trabalho de verificação e autenticação de transações em partes pequenas e gerenciáveis. Dessa forma, a carga de trabalho pode ser distribuída pela rede para utilizar o poder de processamento de mais nós.

Como a rede processa esses fragmentos em paralelo, o processamento serial de várias transações pode ocorrer simultaneamente.

Soluções de dimensionamento de camada 2

A blockchain da camada 2 opera no nível “nativo” para aumentar sua eficiência. Ao descarregar efetivamente as transações, a Camada 2 assume parte da carga da transação do blockchain da camada 1 e a transfere para outra arquitetura de sistema.

A blockchain da camada 2 lida com a carga e passa os dados para a camada 1 para o processamento final dos resultados. Como a maior parte da carga de processamento de dados é transferida para essa arquitetura de suporte adjacente, o congestionamento da rede é reduzido: o blockchain de nível 1 não apenas se torna menos sobrecarregado, mas também mais escalável.

Um exemplo de blockchain de primeiro nível é a rede Lightning Network Bitcoin, escalável no segundo nível, que aceita simultaneamente a carga do Bitcoin e se reporta a ele. Como resultado, a Lightning Network aumenta a velocidade de processamento de dados no blockchain Bitcoin. Além disso, a Lightning Network traz contratos inteligentes para o blockchain Bitcoin da Camada XNUMX.

Aqui estão algumas outras soluções de dimensionamento de segundo nível:

Blockchain aninhado (Plasma)

Um blockchain de segundo nível aninhado é executado em cima de outro blockchain. Em essência, o blockchain de primeiro nível define os parâmetros e o blockchain aninhado de segundo nível executa os processos.

Pode haver várias camadas de blockchain em um blockchain principal. Pense nisso como uma estrutura de empresa típica. Em vez de uma pessoa (por exemplo, o gerente) fazer todo o trabalho, o gerente atribui tarefas aos subordinados, que se reportam ao gerente assim que concluem suas tarefas. Assim, a carga no gerenciador é reduzida e a escalabilidade é melhorada.

Um exemplo é o projeto OMG Plasma, que atua como blockchain de camada XNUMX para o protocolo de camada XNUMX Ethereum para permitir transações mais baratas e rápidas.

Canais estaduais

Os canais de estado permitem a comunicação bidirecional entre os participantes da blockchain. Ao mesmo tempo, os participantes podem reduzir o tempo de espera, já que um terceiro não está envolvido no processo - por exemplo, um minerador.

Veja como funciona:

• No âmbito dos contratos inteligentes, os participantes concordam antecipadamente em bloquear uma parte da camada base.
• Eles podem interagir diretamente entre si, eliminando a necessidade de envolver os mineradores.
• Depois de realizar todo o conjunto de transações, eles adicionam o estado final do canal ao blockchain.

Tanto a Raiden Network do Ethereum quanto a Lightning Network do Bitcoin são exemplos de canais estaduais. A Lightning Network permite que os participantes realizem várias microtransações durante um período de tempo. Ao mesmo tempo, Raiden permite que os participantes executem contratos inteligentes por meio de canais pessoais.

Canais governamentais, como a Lightning Network, também são completamente seguros, pois apenas os participantes estão cientes das transações. Por outro lado, a primeira camada do blockchain Ethereum registra todas as transações em um livro-razão publicamente verificável.

Correntes laterais

Juntamente com os canais governamentais, como a Lightning Network e os contratos inteligentes, as sidechains também são uma solução para dimensionar a tecnologia blockchain da camada XNUMX. Uma sidechain é uma cadeia de transações que facilita um grande número de transações. Possui um mecanismo de consenso independente da camada nativa. Esse mecanismo pode ser otimizado para melhorar a escalabilidade e a velocidade de processamento. Nessa situação, a mainchain deve confirmar os registros das transações, manter a segurança e resolver as disputas.

As sidechains diferem dos canais públicos, pois registram publicamente todas as transações em um livro-razão. Além disso, se ocorrer uma violação de segurança em uma cadeia lateral, ela não afetará outras cadeias laterais ou a própria cadeia principal subjacente.

Acumulações

Rollups são soluções de escalonamento de blockchain de camada XNUMX que executam transações fora do blockchain de camada XNUMX e hospedam dados de transação nele. Como os dados estão na camada base, isso permite que a primeira camada proteja os rollups.

Os rollups têm dois modelos de segurança:

Rollups otimistas: Neles, as transações são consideradas válidas por padrão. Assim, eles só realizam cálculos de detecção de fraudes quando há algum problema.
Rollups com conhecimento zero: Esses rollups executam cálculos fora da cadeia. Depois disso, eles passam a prova de validade para a camada base ou mainchain.
Os rollups ajudam a aumentar o rendimento das transações, a participação aberta e a reduzir as taxas de gás para os usuários.

Restrições da camada 1 e 2

O blockchain multinível tem várias vantagens. Por exemplo, o principal benefício das soluções de Camada 1 é que os desenvolvedores não precisam adicionar nada à arquitetura existente à medida que a camada subjacente muda.

Enquanto isso, as soluções da Camada 2 para dimensionamento não alteram o protocolo da camada base. Além disso, essas soluções permitem que muitas microtransações sejam realizadas sem exigir que os usuários paguem taxas de transação ou gaste tempo verificando mineradores.

No entanto, ambas as camadas de blockchain têm suas próprias limitações que precisam ser levadas em consideração.

Adição aos protocolos existentes

O principal problema com as camadas blockchain é adicioná-las aos protocolos existentes. O capital de mercado do Bitcoin e do Ethereum está na casa dos bilhões. Os usuários negociam milhões de dólares diariamente. Portanto, não faz sentido complicar o processo por meio de codificação e experimentação desnecessárias, pois isso será caro.

O Trilema da Escalabilidade

Vitalik Buterin, fundador da Ethereum, cunhou o termo “trilema de escalabilidade” para se referir à capacidade de um blockchain de conciliar três propriedades orgânicas:

• segurança
• Escalabilidade
• Descentralização

O trilema diz que qualquer tecnologia blockchain pode ter no máximo duas propriedades, mas nunca as três ao mesmo tempo. Assim, a atual tecnologia blockchain sempre será forçada a comprometer uma das propriedades fundamentais. Bitcoin é um grande exemplo disso. Embora o blockchain tenha conseguido otimizar a descentralização e a segurança, ele teve que comprometer a escalabilidade sem culpa própria.

Qual é o futuro após o primeiro e segundo níveis?

A escalabilidade é uma das razões pelas quais a adoção em massa de criptomoedas na indústria de blockchain não é possível no momento. À medida que a demanda por criptomoedas cresce, também aumenta a pressão para escalar os protocolos de blockchain. Como ambas as camadas do blockchain têm certas limitações, a solução no futuro será criar um protocolo que possa resolver o trilema da escalabilidade.

Total

Em relação ao gargalo acima, existem duas opções: 1) mitigar o problema de escala, ou 2) buscar alternativas viáveis. Os desenvolvedores de Blockchain estão escolhendo a primeira opção à medida que avançam para o dimensionamento da camada dois em ação com o Ethereum 2.0.

No momento da publicação, os sistemas blockchain ainda estão em desenvolvimento. A questão candente do futuro é se as camadas de blockchain e o escalonamento da segunda camada serão temporários ou permanentes. No momento, ninguém sabe ao certo.