BCGAME - Bônus diário grátis de 5BTC!O Que São As Camadas Da Tecnologia Blockchain ?
Em suas pesquisas sobre blockchain e criptomoedas, é provável que tenha encontrado referências aos chamados protocolos de camada um e camada dois. Essas camadas são fundamentais para entender como as redes blockchain funcionam e por que foram desenvolvidas. Neste artigo, será explorada a estrutura dessas camadas dentro da tecnologia blockchain.
O blockchain é uma combinação inovadora de várias tecnologias existentes – incluindo a criptografia e a teoria dos jogos – com uma vasta gama de possíveis aplicações, como no caso das criptomoedas. A criptografia é a arte de escrever ou resolver códigos, um ramo da matemática e da ciência da computação. A teoria dos jogos é o estudo de modelos matemáticos de conflito e cooperação entre agentes racionais e conscientes. O blockchain oferece a eliminação de intermediários, redução de custos e aumento da eficiência, proporcionando uma maior transparência e segurança nas transações.
A tecnologia de Ledger Distribuído (DLT) opera sem a necessidade de uma autoridade central, mantendo as informações seguras através de técnicas criptográficas entre um conjunto de usuários que validam as informações seguindo um protocolo de rede acordado. Esta combinação de tecnologias fomenta a confiança entre indivíduos ou entidades que de outra forma não teriam motivos para confiar um no outro. As redes blockchain, utilizando esses princípios, permitem a troca segura de valores e informações entre os participantes.
Dada a ausência de um controle central, é imperativo que as redes blockchain sejam extremamente seguras e, simultaneamente, escaláveis, para suportar o crescente número de usuários, transações e dados. As camadas um e dois são o resultado dessa necessidade de ampliar a capacidade sem comprometer a robusta segurança que é característica das redes blockchain.
A escalabilidade em blockchain
A escalabilidade em blockchain refere-se à capacidade do sistema de aumentar a quantidade de transações que pode processar por segundo, um aspecto vital para a adoção generalizada de criptomoedas em diversas atividades cotidianas. As camadas de blockchain são desenvolvidas para reforçar aspectos cruciais como segurança da rede e eficiência no registro de transações.
A taxa de transferência de um sistema, ou seja, o número de transações que ele pode processar em um segundo, é um indicador chave de sua escalabilidade. Por exemplo, enquanto sistemas de pagamento estabelecidos como a VisaNet podem lidar com mais de 20.000 transações por segundo, a cadeia principal do Bitcoin está limitada a cerca de sete transações por segundo. Esse gargalo apresenta um desafio significativo à usabilidade do Bitcoin como um sistema de pagamento global.
O blockchain constitui a primeira camada desse ecossistema descentralizado. Já a segunda camada incorpora integrações externas projetadas para expandir a rede e, consequentemente, o rendimento do sistema. Atualmente, diversas tecnologias de segunda camada estão sendo desenvolvidas e implementadas, muitas das quais utilizam contratos inteligentes para automatizar e otimizar as transações.
Com o crescente reconhecimento e uso do Bitcoin e outras criptomoedas no cenário comercial global, desenvolvedores estão continuamente buscando maneiras de expandir a funcionalidade do blockchain. Eles visam diminuir o tempo de processamento e aumentar a taxa de transferência por segundo, aprimorando as camadas de blockchain e focando na otimização da escalabilidade de segunda camada.
O trilema blockchain
O “trilema blockchain” descreve uma questão central na arquitetura de redes descentralizadas, argumentando que, entre descentralização, segurança e escalabilidade, apenas dois destes atributos podem ser efetivamente alcançados ao mesmo tempo em uma rede.
Originado a partir do teorema da consistência, disponibilidade e tolerância à partição (CAP), formulado por cientistas da computação nos anos 80, este princípio destaca um desafio significativo no armazenamento descentralizado de dados, como o blockchain. De acordo com o teorema CAP, é impossível para um sistema de armazenamento de dados descentralizado fornecer mais de duas das três garantias mencionadas simultaneamente.
Adaptado para o ambiente das redes distribuídas contemporâneas, o trilema do blockchain sugere que as infraestruturas públicas de blockchain precisam fazer sacrifícios entre segurança, descentralização e escalabilidade. Assim, o objetivo final da tecnologia blockchain é desenvolver uma rede que não apenas seja robusta em sua segurança e amplamente descentralizada, mas que também possa processar transações em uma escala comparável à da internet.
Antes de explorar mais profundamente a dinâmica do trilema, é essencial entender os conceitos básicos:
- Escalabilidade em blockchain é a capacidade de aumentar o volume de transações que a rede pode processar.
- Segurança em blockchain envolve a proteção dos dados contra diversos tipos de ataques e a salvaguarda contra problemas como o gasto duplo.
- Descentralização refere-se à distribuição de controle na rede, assegurando que nenhuma entidade única tenha domínio sobre o sistema inteiro.
A interação entre escalabilidade, segurança e descentralização
A relação entre escalabilidade, segurança e descentralização em blockchains é complexa e interdependente. Para validar uma transação, a rede precisa chegar a um consenso, o que pode levar tempo, especialmente se houver muitos participantes. Isso demonstra que, mantendo-se constantes os parâmetros de segurança, a escalabilidade tende a ser inversamente proporcional à descentralização.
Considerando dois blockchains baseados em proof of work com o mesmo nível de descentralização e definindo a segurança pela taxa de hash, observa-se que, com o aumento da taxa de hash, o tempo de confirmação tende a reduzir, melhorando assim a escalabilidade. Portanto, sob uma descentralização constante, escalabilidade e segurança podem ser diretamente proporcionais.
Dessa forma, as blockchains enfrentam o dilema de não poderem otimizar simultaneamente todos os três aspectos — escalabilidade, segurança e descentralização. O Ethereum exemplifica essa situação. O crescimento dos aplicativos DeFi fez com que as taxas de transação aumentassem, evidenciando a dificuldade de escalar sem comprometer a segurança ou a descentralização. O Ethereum, assim como o Bitcoin, priorizou descentralização e segurança, limitando o número de transações por segundo e, consequentemente, a escalabilidade.
Para superar essas limitações, uma comunidade global de startups, corporações e tecnólogos está desenvolvendo soluções de camada um e camada dois. As camadas um visam aprimorar a velocidade, segurança e capacidade de expansão das redes blockchain, enquanto as camadas dois incluem melhorias tecnológicas e produtos para aumentar a escalabilidade das redes existentes.
Os desenvolvedores estão explorando diferentes abordagens para solucionar o trilema. O Bitcoin Cash, por exemplo, tentou aumentar a escalabilidade por meio de blocos maiores, enquanto o Bitcoin procura adicionar uma nova camada à estrutura blockchain existente. As soluções de camada dois, como as propostas para o Ethereum, visam agrupar transações e consultar o blockchain principal com menos frequência, buscando um aumento significativo no rendimento da rede. A abordagem híbrida do Ethereum, que combina o sharding para escalar o blockchain da camada base com a expectativa de novas soluções de camada dois, exemplifica a busca contínua por um equilíbrio ideal entre escalabilidade, segurança e descentralização.
A estrutura em camadas da arquitetura blockchain
Na arquitetura blockchain distribuída, cada participante na rede é responsável por manter, validar e atualizar novas entradas. Essa tecnologia é representada por uma sequência de blocos contendo transações organizadas em uma ordem específica, podendo essas listas ser armazenadas em arquivos simples ou bancos de dados. As arquiteturas de blockchain variam entre públicas, privadas ou consorciadas.
A arquitetura em camadas do blockchain é dividida em seis principais camadas:
Camada de Infraestrutura de Hardware
Nesta camada, o conteúdo do blockchain reside em servidores localizados em data centers pelo mundo. Quando os usuários navegam na internet ou usam aplicativos, eles geralmente solicitam dados de servidores, o que é conhecido como arquitetura cliente-servidor. Em uma rede peer-to-peer (P2P), os clientes podem se conectar uns aos outros e compartilhar dados diretamente. O blockchain opera como uma rede P2P, onde cada computador, chamado nó, computa, valida e registra transações em um livro-razão distribuído, criando assim um banco de dados distribuído que armazena dados, transações e outras informações relevantes.
Camada de Dados
A camada de dados em um blockchain é caracterizada como uma lista encadeada de blocos, onde as transações são armazenadas sequencialmente. Esta camada é composta por ponteiros e listas encadeadas, onde cada bloco contém dados e aponta para o bloco anterior. Uma estrutura crítica nesta camada é a árvore Merkle, uma árvore binária de hashes que cada bloco utiliza para conter o hash raiz. Além disso, cada bloco inclui informações como o hash do bloco anterior, timestamp, nonce, versão do bloco e o objetivo da dificuldade atual.
As árvores Merkle, juntamente com a criptografia e algoritmos de consenso, são fundamentais para a segurança, integridade e irrefutabilidade do sistema blockchain. O bloco gênese, sendo o primeiro da cadeia, é o único que não contém um ponteiro para um bloco anterior.
Para assegurar a segurança e a integridade dos dados no blockchain, as transações são assinadas digitalmente usando uma chave privada. Qualquer pessoa com a chave pública correspondente pode verificar a autenticidade do signatário. Essas assinaturas digitais são cruciais para detectar qualquer tentativa de manipulação das informações, garantindo assim a unidade dos dados. Além disso, mesmo que os dados sejam interceptados, a criptografia assegura que eles não possam ser decifrados ou alterados, e a assinatura digital protege a identidade do remetente ou proprietário, criando uma ligação jurídica inegável ao titular da assinatura.
Camada de Rede
Na arquitetura blockchain, a camada de rede desempenha um papel crucial na comunicação entre os nós, atuando como a espinha dorsal da estrutura peer-to-peer (P2P). Essa camada, também conhecida como camada de propagação, facilita a descoberta de nós, bem como a transmissão e sincronização de blocos, assegurando que a rede blockchain permaneça consistente e atualizada. Em uma rede P2P, os computadores distribuídos trabalham juntos, compartilhando responsabilidades para manter a rede funcionando de forma eficaz e coesa.
Camada de Consenso
A camada de consenso é a esfera vital para a funcionalidade das plataformas blockchain, seja Ethereum, Hyperledger ou outras. Esta camada crítica é incumbida de validar, ordenar e assegurar um acordo coletivo sobre os blocos dentro da rede. O consenso é fundamental para manter a integridade e a confiabilidade da blockchain, garantindo que todos os participantes estejam em sincronia e concordem com o estado atual da cadeia.
Camada de Aplicação
Por fim, a camada de aplicação compõe a interface com a qual os usuários finais interagem, incluindo contratos inteligentes, chaincode e aplicativos descentralizados (DApps). Esta camada é subdividida em camadas de aplicação e de execução. A primeira engloba os programas que facilitam a interação dos usuários com a blockchain, incluindo scripts, interfaces de programação de aplicativos (APIs), interfaces de usuário e frameworks. A rede blockchain atua como a tecnologia de backend para esses aplicativos, que se comunicam com ela através de APIs. A camada de execução, por outro lado, contém os contratos inteligentes e o chaincode que fundamentam as regras e a lógica dos negócios. Enquanto as transações são iniciadas na camada de aplicação, elas são validadas e executadas na camada de execução, assegurando a precisão e a natureza determinística do blockchain. Juntas, essas camadas trabalham de forma integrada para realizar as operações e manter a eficácia da rede blockchain.
Camadas Blockchain explicadas
Camada 0
A camada zero é a infraestrutura subjacente que sustenta a existência e operação do blockchain, fundamentando redes como Bitcoin e Ethereum. Esta camada engloba a Internet, o hardware e as conexões necessárias para garantir que a camada um opere de maneira eficiente e eficaz. Sem a robustez da camada zero, a camada um não poderia funcionar adequadamente.
Camada um
Essencial para o funcionamento do blockchain, a camada um é onde reside a segurança baseada em imutabilidade. Quando se fala de redes como Ethereum, está-se referindo a esta camada. Ela é incumbida de administrar os processos de consenso, as linguagens de programação, o tempo de bloqueio, a resolução de disputas, além de estabelecer regras e parâmetros que mantêm a operacionalidade básica de uma rede blockchain. Esta camada é também conhecida como a camada de implementação, com o Bitcoin sendo um exemplo notório de blockchain de camada um.
Desafios da Camada um
Com a expansão contínua da base de usuários de blockchain, a camada um tem enfrentado dificuldades, particularmente em relação à escalabilidade. O método de consenso proof of work, ainda prevalente em muitas blockchains de camada um, é notório por seu processo antiquado e ineficiente. Apesar de oferecer alta segurança, ele é criticado por sua lentidão e demanda por um aumento contínuo de poder computacional e tempo. Esse crescimento na base de usuários tem exacerbado os problemas de velocidade e capacidade da camada um.
Soluções em Potencial
O Ethereum 2.0 planeja implementar o proof of stake como uma alternativa ao consenso tradicional. Esta metodologia confia na staking dos participantes para validar novos blocos de transação, resultando em um processo mais ágil e eficiente.
Por outro lado, o sharding é uma técnica proposta para aliviar o problema de escalabilidade na camada um do blockchain. Ele divide a tarefa de validação e autenticação de transações em segmentos menores e mais gerenciáveis, distribuindo a carga de trabalho de forma mais eficiente pela rede. Isso permite que a rede processe múltiplos segmentos de forma paralela, aumentando consideravelmente a capacidade de processamento simultâneo de transações.
Camada dois
Conhecidas como soluções L2, as redes sobrepostas à camada base são empregadas para aprimorar a escalabilidade, removendo certas operações da camada um. Isso significa que contratos inteligentes na blockchain primária lidam principalmente com depósitos, retiradas e asseguram que as transações fora da cadeia estejam em conformidade com os regulamentos estabelecidos. A Lightning Network do Bitcoin é um exemplo proeminente de uma solução de camada dois.
Enquanto a blockchain é a primeira camada do ecossistema descentralizado, a camada dois é uma integração complementar que trabalha junto à camada um para ampliar o número de nós e, consequentemente, o rendimento do sistema. Atualmente, diversas tecnologias de camada dois estão sendo adotadas para melhorar a escalabilidade das blockchains.
Soluções de escalonamento de camada dois
Blockchain Aninhado
Neste modelo, um blockchain de camada dois opera sobre outro blockchain (camada um), definindo as configurações iniciais enquanto conduz os procedimentos. Isso é similar a uma hierarquia empresarial onde o gerente delega tarefas a subordinados, que reportam os resultados após conclusão, reduzindo assim a carga de trabalho do gerente e melhorando a escalabilidade. O OMG Plasma Project é um exemplo, atuando como um blockchain de nível dois para o protocolo de camada um do Ethereum.
Canais Estaduais
Os canais estaduais otimizam a capacidade e velocidade das transações, permitindo comunicação bidirecional entre o blockchain e canais transacionais fora da cadeia. A validação de uma transação através de um canal estadual não requer a imediata participação de mineradores, mas sim um mecanismo de segurança como assinaturas múltiplas ou contratos inteligentes. Exemplos notáveis incluem Bitcoin Lightning e Raiden Network da Ethereum. Os canais estaduais tendem a sacrificar um grau de descentralização em prol de maior escalabilidade.
Cadeias Laterais
Uma sidechain é uma blockchain paralela dedicada a processar transações em massa. Ela possui seu próprio mecanismo de consenso, otimizado para velocidade e escalabilidade, e geralmente utiliza um token específico para transferência de dados entre as cadeias. A cadeia principal fica responsável pela segurança geral e resolução de disputas. Diferentemente dos canais estaduais, as transações em cadeias laterais são públicas no ledger e suas falhas de segurança não afetam a cadeia principal ou outras cadeias laterais. Construir uma cadeia lateral é um processo que demanda tempo e esforço consideráveis.
Rollups
Os rollups são outra solução de escalonamento de camada dois que processam transações fora da rede da camada um, posteriormente consolidando os dados das transações no blockchain da camada dois. A segurança dos rollups é assegurada pela camada um, já que os dados da transação residem na camada base. Esta abordagem permite maior eficiência nas transações enquanto mantém a integridade e segurança do sistema blockchain. Os rollups beneficiam os usuários ao incrementar a eficiência e o rendimento das transações, democratizar a participação na rede e minimizar os custos associados ao gás.
Camada três
Conhecida como camada três ou L3, a camada de aplicação é onde os projetos L3 se manifestam como a interface do usuário, ocultando a complexidade técnica subjacente. As aplicações L3 transformam a funcionalidade da blockchain em soluções práticas para problemas do mundo real, tornando a tecnologia blockchain acessível e aplicável em diversos contextos. Esta camada é crucial para a interação direta dos usuários finais com a tecnologia, fornecendo ferramentas e plataformas que aproveitam os recursos das camadas subjacentes.
O Trilema do Blockchain Pode Ser Resolvido?
Os desafios associados ao armazenamento distribuído de dados, que são a base dos blockchains, têm persistido e evoluído dentro do próprio conceito de blockchain. Para sintetizar essas dificuldades e dilemas, o termo “trilema do blockchain” foi introduzido.
Apesar de o termo “trilema” sugerir um dilema de três partes sem solução perfeita, a natureza exata do trilema do blockchain ainda é uma conjectura. A hipótese, baseada em observações e experiências anteriores, ainda está para ser definitivamente provada ou refutada. Contudo, as inovações nas soluções de camada um e dois têm demonstrado progressos encorajadores.
Conclusão
A escalabilidade permanece como uma barreira significativa para a adoção generalizada de criptomoedas no âmbito dos negócios blockchain. À medida que a demanda por criptomoedas aumenta, assim também aumenta a necessidade de expandir e otimizar os protocolos blockchain. Ainda que as camadas um e dois enfrentem seus próprios desafios específicos, a solução ideal envolve o desenvolvimento de um sistema que consiga atender às demandas de escalabilidade, segurança e descentralização.
A camada um é fundamental, atuando como alicerce para os sistemas descentralizados, enquanto as soluções de escalabilidade são frequentemente abordadas por meio de inovações na camada dois. No entanto, a maioria dos protocolos de camada três (DApps) opera predominantemente na camada um, frequentemente negligenciando as oportunidades oferecidas pela camada dois. Esta limitação é um dos motivos pelos quais esses sistemas não alcançam a eficiência desejada.
Aplicações de camada três são vitais para o desenvolvimento de casos de uso práticos e atraentes para blockchains. No entanto, apesar de sua importância para a expansão e adoção da tecnologia, é improvável que estas aplicações alcancem o mesmo nível de valor que a própria blockchain subjacente, especialmente quando comparadas às redes tradicionais.
