O que são camadas de blockchains?

Resultados de aprendizagem:

No final deste artigo, entenderá:

1. A diferença entre os conceitos L0, L1, L2 e L3 
2. Os problemas que as blockchains enfrentam 
3. Como funcionam as soluções de escalonamento 
4. Como funcionam as soluções de ponte 

O que são camadas de blockchains?

As blockchains, como Bitcoin e Ethereum, são descritas como camadas de liquidação, porque liquidam e armazenam as transações das unidades monetárias digitais. São alternativamente descritas como cadeias de nível 1 e estão situadas numa hierarquia com outras camadas de 0-3. 

As questões que se seguem são: por que necessitamos de mais de uma camada de blockchain e o que cada uma delas faz? 

O conceito de camadas de blockchains 

É comum descrever os sistemas tecnológicos utilizando o conceito de pilha ou camadas. O funcionamento da Internet é um bom exemplo, representado no modelo TCP/IP de quatro camadas: Camada de acesso à rede (1) > Camada de Internet (2) > Camada de transporte (3) > Camada de aplicação (4). 

Com as blockchains ocorre o mesmo. Em nível técnico, as blockchains podem ser divididas em cinco camadas: 

• A Camada de Infraestrutura ou de Hardware – A rede de computadores físicos que se ligam uns aos outros através da Internet numa base entre pares. 

• A Camada de Dados – A informação que as blockchains armazenam e atualizam.  

• A Camada de Rede – O software que permite que os Nós da rede detetem, proponham e adicionem novos blocos à rede. 

• A Camada de Consenso – Os sistemas que mantêm a integridade e a autenticidade dos dados armazenados nas blockchains, sendo os mais conhecidos a Prova de Trabalho e a Prova de Participação. 

• Camada de Aplicação e Apresentação – APIs, Contratos Inteligentes e dApps que fornecem uma Interface de Utilizador. 

Mas, de forma um pouco confusa, a linguagem das criptomoedas utiliza mais frequentemente camadas numeradas como uma forma abreviada de descrever soluções para dois dos maiores desafios que as blockchains enfrentam: interoperabilidade e escalabilidade. As camadas 0, 1 e 2 serão o foco deste artigo. 

Camadas 0-2: Visão geral 

Camada 0 – Criação e segurança da blockchain: Um sistema de blockchain que fornece liquidação e segurança para blockchains interoperáveis ilimitadas. 

Camada 1 – Camada de Fundação: Blockchains de instância única que proporcionam liquidação e segurança.

Camada 2 – Camada de Abstração: Transações de processamento em lote fora da cadeia. 

Camada 2: Escalabilidade e o Trilema da Blockchain 

O artigo da Academia de Criptomoedas Skrill que descodifica a Publicação Técnica da Bitcoin fornece uma análise completa de como a Bitcoin funciona como uma cadeia de nível 1 e cria uma nova forma de dinheiro da Internet numa base entre pares.

A publicação técnica pode até não mencionar a palavra camada, mas o seu autor pseudónimo, Satoshi Nakamoto, fez referências noutros locais online sobre limitações que sugeriam a necessidade de uma segunda camada.

“A Bitcoin não é muito prática atualmente para micropagamentos muito pequenos. Suficientemente pequena para ser incluída naquilo a que se pode chamar o topo da gama de micropagamentos. Mas não pretende ser prática para micropagamentos arbitrariamente pequenos”. Satoshi Nakamoto, Referência 

A maneira mais simples de ilustrar a impraticabilidade da Bitcoin para micropagamentos é usar um exemplo de uma compra de baixo custo, mas que exige rapidez, como comprar um café para viagem.  

O problema da Bitcoin nas cafetarias 

A Bitcoin foi concebida para confirmar novos blocos de transações a cada 10 minutos, pelo que comprar um café com Bitcoin e esperar que a sua compra seja confirmada na cadeia demoraria pelo menos esse tempo, porque a rede só pode suportar cerca de sete transações por segundo.  

De facto, as melhores práticas sugerem que os retalhistas esperam até seis confirmações para garantir a finalização de um pagamento em Bitcoin. 

Ninguém vai esperar uma hora para comprar um café; então, ou a Bitcoin serve apenas como uma reserva de valor ou é necessária uma solução que lhe permita aceitar micropagamentos sem longas confirmações de blocos. 

Este problema é conhecido como o trilema da blockchain, porque a única forma de a Bitcoin poder escalonar as transações em termos de tempo de confirmação ou número de transações por bloco seria considerar os blocos mais rapidamente ou torná-los maiores para conter mais transações; cada uma dessas opções envolve um comprometimento inaceitável. 

• Blocos mais rápidos comprometeriam a segurança, ao aumentar as hipóteses de ataques bem-sucedidos 

• Blocos maiores comprometeriam a descentralização, porque o aumento dos requisitos de espaço em disco dificultaria o funcionamento de um nó.  

A guerra dos blocos 

O debate sobre as escalas resultou naquilo que é conhecido como a guerra dos blocos. A guerra dos blocos atingiu o seu pico no final de 2017, quando foi criada uma versão alternativa da Bitcoin, chamada Bitcoin Cash, que oferecia blocos maiores.  

A maioria dos Mineradores votou por manter o tamanho do bloco existente, mas isso não impediu que a Bitcoin Cash existisse de forma independente. Posteriormente, foi dividida para criar a Bitcoin SV (em Novembro de 2018), a oferecer um espaço de bloco ilimitado. 

A Bitcoin já foi bifurcada mais de 100 vezes, mas o domínio da implementação original ilustra que uma solução para a escalabilidade precisa de ser construída sobre a Bitcoin em vez de tentar alterá-lo fundamentalmente. 

A Rede Lightning 

Em 2015, dois desenvolvedores chamados Joseph Poon e Thaddeus Dryja publicaram uma proposta de solução de escalabilidade de camada 2, construída com base na camada de liquidação existente da Bitcoin. Essa proposta foi chamada de Rede Lightning.

A Rede Lightning permite a criação de canais de pagamentos ponto a ponto fora da cadeia (também conhecidos como canais de estado), na qual duas pessoas (que chamaremos de Alice e Bob) podem enviar micropagamentos instantaneamente e com custo mínimo.

Uma transação na cadeia com um tempo de confirmação de 10 minutos só é necessária quando Alice ou Bob querem abrir ou fechar o canal, adicionando ou removendo fundos.

A vantagem da Rede Lightning é como os pagamentos são encaminhados. Alice não precisa necessariamente de uma ligação direta com Bob. Os fundos podem ser encaminhados através de hubs da Rede Lightning, que possuem liquidez suficiente para processar pagamentos (inclusive a compra de um café) como uma conexão intermediária para milhares de usuários e lucrar com as taxas de transação. 

Ethereum e Camada 2 

As guerras dos blocos e as aplicações de camada 2, como a Rede Lightning, oferecem soluções para escalonar a Bitcoin mantendo o seu método de consenso de Prova de Trabalho existente, mas os métodos de consenso alternativos classificam a escalabilidade de uma forma completamente diferente.

A Ethereum, lançada em Julho de 2015, adaptou a Prova de Trabalho para permitir um tempo de confirmação de cerca de 13 segundos e o dobro do rendimento da Bitcoin. 

No entanto, à medida que a popularidade das DeFi foi crescendo no Verão de 2020, o limite de produção foi atingido, criando uma guerra de licitação pelo espaço de blocos contra as aspirações abertas da Ethereum, o que continua a ser um problema.

Assim como o Lightning forneceu uma solução de camada 2, os desenvolvedores da Ethereum introduziram formas de transações em lote antes de submetê-las através do processo padrão de confirmação de blocos. 

A tecnologia é conhecida coletivamente como rollups. Todos os que submetem uma transação no âmbito de um rollup beneficiam de uma taxa de transferência muito mais elevada e de taxas significativamente mais baixas.

• Rollups otimistas 

As transações são “otimisticamente” assumidas como válidas, mas podem ser contestadas.

• Rollups de conhecimento zero 

As transações são calculadas fora da cadeia. Em seguida, os dados comprimidos são fornecidos à rede principal Ethereum com provas de validade para demonstrar a sua legitimidade. 

Camada 0: Ligação entre blockchains 

Embora a escalabilidade das blockchains esteja a ser resolvida através da construção sobre a camada base, a incapacidade das blockchain de se comunicarem entre si – interoperabilidade – também constitui um desafio à sua adoção. 

A natureza democrática do desenvolvimento da blockchain significa que existem atualmente muitas cadeias de camada 1, cada uma oferecendo os seus próprios casos de uso e soluções para o trilema da blockchain. Mas, para garantir a segurança, as blockchains são construídas como silos, incapazes de partilhar dados com blockchains que utilizam métodos e consensos diferentes.

A verificação de transações entre blockchains distintas tem de preencher três requisitos, conhecidos como o Trilema da Interoperabilidade.

• Insegurança: segurança equivalente em ambas as correntes 

• Extensibilidade: suporte em qualquer domínio 

• Generalização: capaz de tratar dados arbitrários entre domínios 

Isso dificulta a vida do usuário médio de criptomoedas, que pode querer, por exemplo, receber juros em sua Bitcoin usando um aplicativo descentralizado dApp baseado na Ethereum. As soluções para este problema incluem:

• Criptofichas envolvidos – Criação de versões sintéticas de ativos numa base 1:1, por exemplo, wBTC 

• Pontes - soluções centralizadas/baseadas na confiança e opções descentralizadas/sem confiança 

O envolvimento e a ligação em ponte atenuam a incompatibilidade de diferentes blockchains de camada 1. No entanto, as opções descentralizadas estão repletas de riscos de segurança, enquanto as abordagens centralizadas comprometem os objetivos fundamentais dos sistemas de pagamento resistentes à censura.

Uma solução alternativa é desenvolver uma camada de base mais profunda para a pilha de blockchain, uma blockchain de blockchains (também conhecida como camada 0). Ou construir camadas que funcionem em paralelo. 

Polkadot e Cosmos 

Polkadot e Cosmos são dois exemplos de blockchains de camada 0. Ambas apoiam a criação de blockchain independentes, mas interoperáveis, que são protegidas pela camada de base, por vezes descritas como blockchain agrupadas.  

Cadeias laterais 

Em algum lugar entre a camada 0-1 estão as cadeias laterais, que operam em paralelo à cadeia principal com seu próprio mecanismo de consenso. As cadeias laterais dependem da cadeia principal para a segurança, bem como para o processamento de grandes lotes de transacções. Polygon é um exemplo de uma rede de cadeia lateral.

As blockchains de camada 0 e as redes de cadeia lateral oferecem uma solução potencial para a interoperabilidade das blockchains no futuro, mas não são compatíveis com as versões anteriores. 

Portanto, a menos que Polkadot, Cosmos ou outras blockchains fundamentais conquistem todo o ecossistema, o que parece improvável devido à dominação da Bitcoin e da Ethereum, o problema da interoperabilidade persistirá até que novas ideias ou tecnologias surjam.

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