Soluções de escalabilidade de Camada 1 e Camada 2 para blockchain

A popularização das criptomoedas e da blockchain está a crescer exponencialmente, e o número de utilizadores e transações também está a aumentar rapidamente. A inovação da blockchain é evidente, mas a escalabilidade (a capacidade de um sistema de crescer continuamente enquanto satisfaz uma demanda crescente) tem sido sempre um desafio. Redes públicas de blockchain altamente descentralizadas e seguras muitas vezes têm dificuldade em alcançar uma alta taxa de processamento.

Isto é frequentemente descrito como o dilema da blockchain, ou seja, que um sistema descentralizado é quase impossível de atingir simultaneamente os mesmos altos níveis de descentralização, segurança e escalabilidade. Na prática, uma rede blockchain só consegue otimizar dois desses três fatores.

Felizmente, milhares de entusiastas e especialistas estão a trabalhar na procura de soluções de escalabilidade. Algumas dessas soluções visam ajustar a arquitetura principal da blockchain(Layer 1), enquanto outras focam em protocolos Layer 2 que operam sobre a rede base.

Introdução

Existem tantas blockchains e criptomoedas disponíveis que pode ser difícil saber se está a usar uma cadeia Layer 1 ou Layer 2. Evitar a complexidade da blockchain tem as suas vantagens, mas é importante compreender o sistema em que está a investir ou a usar. Neste artigo, irá aprender a diferença entre as blockchains Layer 1 e Layer 2, bem como várias soluções de escalabilidade.

O que são as blockchain Layer 1 e Layer 2?

Layer 1 refere-se à camada base da arquitetura de uma blockchain. É a estrutura principal da rede blockchain. Bitcoin, Ethereum e BNB Chain são exemplos de blockchains Layer 1. Layer 2 refere-se a redes construídas sobre outras blockchains. Assim, se o Bitcoin é uma Layer 1, a Lightning Network, que funciona sobre o Bitcoin, é um exemplo de Layer 2.

As melhorias na escalabilidade das redes blockchain podem ser divididas em soluções Layer 1 e Layer 2. As soluções Layer 1 alteram diretamente as regras e mecanismos da blockchain original. As soluções Layer 2 utilizam uma rede paralela externa para facilitar transações fora da cadeia principal.

Por que é tão importante a escalabilidade da blockchain?

Imagine uma grande cidade e os seus subúrbios em rápido crescimento, ligados por uma autoestrada nova. À medida que o volume de tráfego aumenta, o congestionamento torna-se comum, especialmente durante as horas de ponta, e o tempo médio de viagem de A para B aumenta significativamente. Considerando que a infraestrutura rodoviária tem uma capacidade limitada e a procura continua a crescer, este fenómeno é compreensível.

O que podem fazer as autoridades para ajudar mais trabalhadores a deslocar-se mais rapidamente por esta via? Uma solução seria melhorar a autoestrada, adicionando faixas adicionais de cada lado. Contudo, nem sempre é viável, pois o custo é elevado e causa transtornos aos utilizadores. Outra abordagem criativa seria construir vias de serviço adicionais ou até uma linha de transporte leve ao longo da autoestrada, sem alterar a infraestrutura principal.

No mundo da tecnologia blockchain, a autoestrada principal é a Layer 1 (rede principal), enquanto as vias de serviço adicionais representam soluções Layer 2 que aumentam a capacidade global.

Bitcoin, Ethereum e Polkadot são considerados blockchains Layer 1. São a camada base que processa e regista transações nos seus ecossistemas, possuindo criptomoedas nativas — geralmente usadas para pagar taxas e oferecer utilidade mais ampla. Polygon é um exemplo de solução de escalabilidade Layer 2 para Ethereum. A rede Polygon periodicamente envia pontos de verificação à rede principal do Ethereum para atualizar o seu estado.

A capacidade de processamento é um elemento importante da blockchain. É um padrão que mede a velocidade e eficiência, indicando quantas transações podem ser processadas e registadas num determinado período de tempo. Com o aumento do número de utilizadores e de transações simultâneas, usar uma blockchain Layer 1 pode tornar-se lento e dispendioso. Isto é ainda mais verdadeiro para blockchains que usam prova de trabalho em vez de prova de participação.

Problemas atuais da Layer 1

Bitcoin e Ethereum são exemplos de redes Layer 1 com problemas de escalabilidade. Ambas garantem a segurança da rede através de um modelo de consenso distribuído. Isto significa que todas as transações precisam de ser validadas por múltiplos nós antes de serem confirmadas. Os nós de mineração competem para resolver um problema computacional complexo, e o minerador bem-sucedido recebe a criptomoeda nativa da rede como recompensa.

Em outras palavras, todas as transações precisam de validação independente por vários nós antes de serem confirmadas. Este método eficaz garante que os dados corretos e validados sejam registados na blockchain, reduzindo o risco de ataques por agentes mal-intencionados. No entanto, à medida que a rede se torna popular, a procura por maior throughput torna-se um problema crescente. Quando a rede está congestionada, os utilizadores enfrentam tempos de confirmação mais longos e taxas mais elevadas.

Como funcionam as soluções de escalabilidade Layer 1?

Para blockchains Layer 1, há várias opções para aumentar o throughput e a capacidade geral da rede. Se a blockchain usa prova de trabalho, uma mudança para prova de participação pode ser uma alternativa, aumentando o número de transações por segundo(TPS) e reduzindo as taxas de processamento. Contudo, a comunidade de criptomoedas tem opiniões divergentes sobre os benefícios e impactos a longo prazo da prova de participação.

As soluções de escalabilidade na Layer 1 geralmente são introduzidas pela equipa de desenvolvimento do projeto. Dependendo da solução, a comunidade pode precisar de fazer uma hard fork ou uma soft fork na rede. Algumas mudanças menores são compatíveis com versões anteriores, como a atualização SegWit do Bitcoin.

Alterações mais significativas, como aumentar o tamanho do bloco do Bitcoin para 8MB, requerem uma hard fork. Isto cria duas versões da blockchain, uma atualizada e outra não. Outra opção para aumentar o throughput é a sharding, que divide a operação de uma blockchain em várias partes menores, permitindo que elas processem dados simultaneamente, em vez de sequencialmente.

Como funcionam as soluções Layer 2?

Como mencionado acima, as soluções Layer 2 dependem de redes secundárias que operam paralelamente ou de forma independente à cadeia principal.

Sumário

Rollups de conhecimento zero (um dos mais comuns) agrupam transações Layer 2 fora da cadeia e submetem-nas como uma única transação à cadeia principal. Estes sistemas usam provas de validade para verificar a integridade das transações. Os ativos são mantidos na cadeia original através de contratos inteligentes de ponte, que confirmam que o agrupamento funciona como esperado. Assim, garantem a segurança da rede principal e reduzem o consumo de recursos do agrupamento.

Sidechains

As sidechains são redes blockchain independentes, com os seus próprios validadores. Isto significa que os contratos inteligentes de ponte na cadeia principal não verificam a validade da sidechain. Assim, é necessário confiar que a sidechain opera corretamente, pois ela controla os ativos na cadeia principal.

State channels

Os canais de estado são ambientes de comunicação bidirecional entre as partes de uma transação. As partes bloqueiam uma parte da blockchain subjacente e conectam-na a um canal de transação off-chain. Isto é geralmente feito através de contratos inteligentes pré-acordados ou multiassinaturas. Depois, as partes executam uma ou várias transações off-chain, sem submeter imediatamente os dados à cadeia de blocos. Quando todas as transações do conjunto são concluídas, o estado final do canal é broadcast para a blockchain para validação. Este mecanismo aumenta a velocidade de processamento e a capacidade da rede. Soluções como a Lightning Network do Bitcoin e o Raiden do Ethereum são exemplos de sistemas baseados em canais de estado.

Blockchains aninhadas

Esta solução baseia-se numa cadeia principal “pai” e numa ou mais cadeias secundárias “filhas”. As blockchains aninhadas operam de acordo com regras e parâmetros definidos pela cadeia principal. A cadeia principal não participa na execução de transações, limitando-se a resolver disputas quando necessário. O trabalho diário é delegado às “sub-cadeias”, que processam as transações abaixo da cadeia principal e devolvem os resultados à cadeia principal. O projeto Plasma da OmiseGO é um exemplo de solução Layer 2 de blockchain aninhada.

Limitações das soluções de escalabilidade Layer 1 e Layer 2

Tanto as soluções Layer 1 como as Layer 2 têm vantagens e desvantagens distintas. As melhorias na Layer 1 podem oferecer a solução mais eficaz para grandes protocolos. No entanto, isso também exige convencer os validadores a aceitar mudanças através de uma hard fork.

Os validadores podem relutar, por exemplo, ao mudar de prova de trabalho para prova de participação. A transição para sistemas mais eficientes pode fazer com que os mineiros percam receitas, o que reduz o incentivo para melhorar a escalabilidade.

A Layer 2 oferece uma abordagem mais rápida para aumentar a escalabilidade. Contudo, dependendo do método utilizado, a segurança da blockchain original pode ser significativamente comprometida. Os utilizadores confiam na resiliência e na história de segurança de redes como Ethereum e Bitcoin. Se abandonar certos aspetos da Layer 1, muitas vezes terá que confiar na equipa e na rede Layer 2 para melhorar a eficiência e segurança.

O que vem a seguir após Layer 1 e Layer 2?

Uma questão importante é se, com a melhoria da escalabilidade da Layer 1, ainda será necessário usar soluções Layer 2. Algumas blockchains existentes foram melhoradas, e novas redes com alta escalabilidade foram criadas. Contudo, melhorar a escalabilidade do sistema principal leva tempo e não há garantias de sucesso. A opção mais provável é que a Layer 1 se concentre na segurança, enquanto a Layer 2 seja adaptada às necessidades específicas de cada caso de uso.

No futuro próximo, é provável que grandes redes como o Ethereum continuem a dominar, devido à sua vasta base de utilizadores e desenvolvedores. A sua grande e descentralizada equipa de validadores, bem como a reputação fiável, criam uma base sólida para soluções Layer 2.

Resumo

Desde o início das transações de criptomoedas, a busca por melhorar a escalabilidade levou a uma abordagem dupla: melhorias na Layer 1 e soluções Layer 2. Se possui uma carteira diversificada de produtos cripto, é bem provável que já esteja a usar redes Layer 1 e Layer 2. Agora, conhece as diferenças entre ambas e as várias formas de aumentar a escalabilidade. **$BLAST **$LA **$LAYER **