O que é o paradoxo tríplice da blockchain?

A quantidade de transações que uma blockchain consegue processar por segundo é limitada. Por exemplo, a rede Bitcoin pode processar cerca de sete transações por segundo. Após a adoção generalizada da tecnologia blockchain, a capacidade de processamento de dados e a velocidade irão aumentar significativamente, e o aumento do número de utilizadores não fará a rede ficar mais lenta ou os custos aumentarem. No entanto, os princípios básicos de design de muitas redes descentralizadas tendem a enfraquecer a descentralização ou a segurança, pois priorizam a escalabilidade. Este é o chamado “Paradoxo da Tríade da Blockchain”. Os desenvolvedores estão a experimentar diferentes mecanismos de consenso, bem como soluções de escalabilidade como sharding, sidechains e canais de estado, na esperança de resolver este problema.

Introdução

Em suma, a blockchain é uma base de dados digital distribuída. Os blocos de dados são organizados em ordem cronológica. Cada bloco é conectado por provas criptográficas e protegido por segurança. Esta tecnologia está a ser implementada em diversos setores, mudando a nossa forma de trabalhar e viver.

Este conceito refere-se à ideia de que, após o surgimento de uma blockchain segura e descentralizada, as pessoas podem manter o funcionamento do mundo sem depender de terceiros, redes ou mercados. No entanto, os especialistas concordam que, para que esta tecnologia seja amplamente difundida, é necessário resolver primeiro uma questão central, o famoso “Paradoxo da Tríade da Blockchain”.

Vitalik Buterin, cofundador do Ethereum, popularizou este termo. Para entender este conceito, é preciso conhecer os três elementos principais da blockchain: descentralização, segurança e escalabilidade. O “Paradoxo da Tríade da Blockchain” refere-se à dificuldade de alcançar simultaneamente o melhor desempenho nestes três atributos. Melhorar um deles geralmente enfraquece outro.

Este artigo irá explorar os três elementos do paradoxo, analisando-os detalhadamente. Uma compreensão aprofundada de cada um e de suas inter-relações ajudará a entender melhor como e por que o paradoxo existe. Também serão discutidas algumas soluções propostas pelos desenvolvedores.

O que é descentralização?

De acordo com o design, o Bitcoin e outras redes similares de blockchain possuem uma natureza descentralizada. A arquitetura dessas redes não é controlada por uma única pessoa ou organização, mas sim de forma descentralizada. A rede é aberta a todos os participantes. Assim, o controle está disperso, não concentrado numa única entidade. Todos têm acesso aos mesmos dados. Se alguém tentar alterar registros de forma fraudulenta, os demais participantes podem rejeitar esses dados incorretos.

Este funcionamento técnico é complexo, mas podemos usar o exemplo da rede Bitcoin, que não envolve controle de terceiros. Comparando com o sistema financeiro, os bancos aumentam a confiança entre as partes na transação e garantem a correta preservação de todos os registros. Já a blockchain do Bitcoin compartilha os dados com todos na rede, garantindo que as informações sejam verificadas antes de serem adicionadas ao banco de dados digital. Assim, surge um sistema que não necessita de intermediários.

A descentralização possibilita o que chamamos de Web3. Atualmente, estamos na fase Web2, onde sites e aplicações são controlados por grandes empresas, mas o conteúdo é criado pelos usuários. Web3 é a próxima evolução, na qual as pessoas usam a tecnologia blockchain descentralizada para controlar seus dados e vidas online.

Porém, é importante notar que o funcionamento desses sistemas distribuídos exige que muitos participantes concordem com a validade de todos os dados, o que implica compartilhar e processar informações, levando a uma redução na velocidade das transações. Portanto, a blockchain precisa de escalabilidade, ou seja, capacidade de processar mais dados a uma velocidade maior. Este ponto será abordado na seção de escalabilidade.

Além disso, para alcançar a descentralização, é necessário garantir a segurança da blockchain subjacente. Sem segurança, agentes mal-intencionados podem explorar vulnerabilidades e alterar dados arbitrariamente. Isso nos leva à segunda parte do paradoxo: segurança.

O que é segurança na blockchain?

Sem segurança, mesmo uma blockchain altamente descentralizada é inútil. Uma rede robusta deve resistir a ataques de entidades maliciosas. Sistemas centralizados são fechados e podem garantir segurança, pois o controle é concentrado em uma entidade que assegura a integridade dos dados. Mas, em sistemas descentralizados acessíveis a todos, como garantir essa segurança?

Este é um tema complexo. Tomemos o Bitcoin como exemplo, cuja segurança na descentralização é garantida pelo uso de criptografia e do mecanismo de consenso chamado “Prova de Trabalho(PoW)”. Do ponto de vista criptográfico, cada bloco possui uma assinatura digital, ou seja, um “hash”. Qualquer alteração altera o hash, quebrando a conexão entre os blocos, que fica imutável. Qualquer tentativa de modificar os dados é rapidamente detectada pelo restante da rede.

A Prova de Trabalho também garante a segurança do livro-razão de criptomoedas. Entender completamente a Prova de Trabalho é complexo, mas para este artigo basta lembrar que os membros da rede podem apenas verificar novas transações e adicioná-las ao livro por meio de “mineração”. Isso envolve usar poder computacional para resolver problemas matemáticos, realizando muitas operações de hash. Apesar de segura, essa abordagem é relativamente lenta, o que leva ao problema de escalabilidade.

Outro ponto importante é que quanto mais participantes (nós) houver na rede, maior sua segurança. Com mais participantes, fica mais difícil para agentes maliciosos controlarem o sistema, o que leva ao conceito de “ataque de 51%”. Se uma entidade ou grupo controlar mais de 50% do poder de hashing da rede, podem reverter transações e alterar dados na cadeia, como no caso de tokens de duplo gasto.

Resumindo, a segurança é a base do sucesso da blockchain. Sem ela, a rede fica vulnerável a ataques e perde valor.

O que é escalabilidade?

Escalabilidade refere-se ao objetivo de construir blockchains capazes de aumentar a velocidade de processamento de transações por segundo. Para atender a uma sociedade mais ampla ou bilhões de usuários, a escalabilidade é essencial. Contudo, essa é uma das maiores dificuldades enfrentadas por muitas blockchains.

A razão é que a descentralização e a segurança são questões fundamentais da blockchain, sempre priorizadas. A descentralização é o núcleo do conceito e objetivo da blockchain. A maioria das blockchains conhecidas mantém esse princípio. Como mencionado anteriormente, a segurança é o requisito central para o sucesso e o valor da blockchain.

Porém, priorizar descentralização e segurança torna a escalabilidade um desafio. O processamento de transações em uma única cadeia é severamente limitado. Sistemas centralizados como o Visa afirmam processar até 24.000 transações por segundo, pois operam em redes fechadas, sem influência de nós públicos ou consenso. Vamos comparar algumas blockchains conhecidas.

Segundo a Bloomberg de 2022: “Até setembro, o Bitcoin tinha uma limitação de cerca de sete transações por segundo, enquanto a segunda maior rede, Ethereum, processa cerca de 15 transações por segundo. Em comparação com plataformas tradicionais, isso é extremamente lento.”

Como mencionado, a limitação na velocidade de transação dessas blockchains é causada pela necessidade de todos os participantes processarem informações e pelo funcionamento do mecanismo de Prova de Trabalho. Com o aumento do uso da blockchain na sociedade, a capacidade de processamento se torna um gargalo, levando à congestão da rede.

Por que existe o Paradoxo da Tríade da Blockchain?

A solução mais óbvia para esse problema seria reduzir o número de participantes na validação e adição de dados na rede, para aumentar a escalabilidade. Mas isso comprometeria a descentralização, concentrando o controle em poucos participantes. Menos participantes aumentam o risco de ataques e enfraquecem a segurança.

Assim, surge o Paradoxo: na arquitetura básica de funcionamento da blockchain, descentralização e segurança estão fortemente interligadas, dificultando a escalabilidade. Os três atributos estão em uma relação de trade-off, ou seja, melhorar um deles geralmente prejudica os outros dois. Como avançar na escalabilidade sem comprometer a descentralização ou a segurança?

Soluções para o Paradoxo da Tríade da Blockchain

Para o paradoxo, não há uma solução universal. Dada a sua importância, a comunidade propôs várias abordagens, com resultados promissores. A seguir, apresentamos um panorama das principais tendências atuais, para que se tenha uma ideia do progresso recente na área.

1. Sharding

Consiste em dividir a blockchain ou outro banco de dados em partes menores, chamadas “shards”, que gerenciam segmentos específicos de dados. Essa abordagem reduz a carga de processamento de toda a rede em uma única cadeia. Cada shard possui seu próprio livro-razão. Esses shards podem processar transações independentemente, enquanto uma cadeia principal (beacon chain ou main chain) coordena a interação entre eles. Essa mudança melhora a escalabilidade da rede principal da blockchain, sendo uma atualização de Layer 1.

2. Diversos mecanismos de consenso

Um dos motivos do Paradoxo da Tríade na rede Bitcoin é o funcionamento do mecanismo de Prova de Trabalho, que garante segurança. Para manter o sistema seguro, é necessário que mineradores, algoritmos de criptomoedas e uma grande quantidade de poder de hashing descentralizado estejam presentes, o que torna o sistema lento. Buscar outros métodos de garantir consenso é uma alternativa. Este foi um dos motivos para o Ethereum migrar de Prova de Trabalho para Prova de Participação(PoS).

Na blockchain de Prova de Participação, os participantes precisam “trancar” seus tokens para validar transações, sem necessidade de hardware especializado. Quanto mais validadores, mais fácil é expandir a rede. A Prova de Participação é apenas uma das várias abordagens para melhorar a escalabilidade.

3. Soluções Layer-2

Sharding e diversos mecanismos de consenso são soluções de camada 1, que visam alterar o design fundamental da rede. Outros desenvolvedores estudam construir soluções em cima da estrutura existente, tentando resolver o paradoxo na camada 2, ou “Layer 2”. Exemplos incluem sidechains e canais de estado.

Sidechains são blockchains independentes conectadas à cadeia principal. Assim, ativos podem circular livremente entre as duas. As sidechains podem operar sob regras diferentes, permitindo maior velocidade e escalabilidade. Os canais de estado, por sua vez, movem transações fora da cadeia principal, aliviando a carga do Layer 1. Eles não usam uma cadeia separada, mas contratos inteligentes que permitem interações entre usuários sem publicar transações na blockchain. A blockchain registra apenas o início e o fim do canal.

Conclusão

O Paradoxo da Tríade da Blockchain impede que essa tecnologia realize todo o seu potencial de transformar o mundo. Se uma rede só consegue processar poucas transações por segundo para manter a descentralização e a segurança, sua adoção em larga escala será difícil. No entanto, com as soluções propostas pelos desenvolvedores e o avanço contínuo da tecnologia, é esperado que, no futuro, a capacidade de processamento de dados das blockchains atinja níveis muito superiores. **$LAYER **$BLAST **$ASTER **