A escalabilidade é um termo amplo que se refere à capacidade de um sistema de se expandir para acomodar uma demanda crescente. No campo da computação, podemos aumentar o desempenho de uma máquina atualizando seu hardware para que ela seja mais rápida na execução de determinadas tarefas. No contexto das blockchains, a escalabilidade refere-se à capacidade de lidar com um número cada vez maior de transações.
Protocolos como o Bitcoin possuem muitas vantagens, mas a escalabilidade não é uma delas. Se o Bitcoin fosse executado em um banco de dados centralizado, seria relativamente fácil para um administrador aumentar a velocidade e a capacidade de processamento. No entanto, as propostas de valor do Bitcoin, como a resistência à censura, exigem que muitos participantes sincronizem uma cópia da blockchain.
O problema da escalabilidade na blockchain
Executar um nó do Bitcoin é relativamente barato, e até mesmo dispositivos simples podem fazê-lo. No entanto, devido à necessidade de manter os milhares de nós atualizados entre si, existem certas limitações em sua capacidade.
Existem limites para o número de transações que podem ser processadas on-chain, para evitar que o tamanho do banco de dados cresça descontroladamente. Se isso ocorrer muito rápido, os nós não conseguirão acompanhar. Além disso, se os blocos forem muito grandes, eles não poderão ser rapidamente repassados pela rede.
Como resultado, nos encontramos em uma espécie de gargalo. Uma blockchain pode ser comparada a um serviço de trem que parte em intervalos definidos. Existem apenas um número limitado de assentos em cada vagão, e para obter um bilhete, os passageiros devem fazer lances para garantir um lugar. Se todos tentarem entrar no trem ao mesmo tempo, o preço será alto. Da mesma forma, uma rede congestionada com transações pendentes exigirá que os usuários paguem taxas mais altas para terem suas transações incluídas em tempo hábil.
Uma solução seria aumentar o tamanho dos vagões. Isso significaria mais assentos, maior capacidade de processamento e preços mais baixos para os bilhetes. No entanto, não há garantia de que os assentos não fiquem novamente ocupados. Os vagões não podem ser ampliados indefinidamente, assim como os blocos ou os limites de gas não podem escalar infinitamente. O último torna mais caro para os nós permanecerem na rede, já que eles precisarão de hardware mais caro para se manterem sincronizados.
O criador do Ethereum, Vitalik Buterin, cunhou o termo “Trilema da Escalabilidade” para descrever o desafio enfrentado pelas blockchains. Ele teoriza que os protocolos devem fazer escolhas entre escalabilidade, segurança e descentralização. Esses aspectos são, de certa forma, conflitantes entre si – se focarmos muito em duas dessas propriedades, a terceira será prejudicada.
Por esse motivo, muitos veem a escalabilidade como algo a ser alcançado off-chain, enquanto a segurança e a descentralização devem ser maximizadas na própria blockchain.
O que são soluções off-chain para escalabilidade?
As soluções off-chain se referem a abordagens que permitem a execução de transações sem congestionar a blockchain subjacente. Protocolos que se conectam à cadeia permitem que os usuários enviem e recebam fundos sem que as transações apareçam na cadeia principal. Vamos explorar duas das principais avanços nessa área: sidechains e canais de pagamento.
Uma introdução às sidechains
O que é uma sidechain?
Uma sidechain é uma blockchain separada. No entanto, ela não é uma plataforma independente, pois está de alguma forma vinculada à cadeia principal. A cadeia principal e a sidechain são interoperáveis, ou seja, os ativos podem fluir livremente entre elas.
Existem várias maneiras de garantir que os fundos possam ser transferidos. Em alguns casos, os ativos são movidos da cadeia principal ao serem depositados em um endereço especial. Eles não são realmente enviados – eles são bloqueados no endereço e uma quantidade correspondente é emitida na sidechain. Outra opção mais simples (embora centralizada) é enviar os fundos a um custodiante, que troca o depósito por fundos na sidechain.
Como funciona uma sidechain?
Vamos supor que nossa amiga Alice tenha cinco bitcoins. Ela quer trocá-los por cinco unidades equivalentes em uma sidechain do Bitcoin – vamos chamá-los de sidecoins. A sidechain em questão usa uma “pegada bidirecional”, o que significa que os usuários podem transferir seus ativos da cadeia principal para a sidechain e vice-versa.
Lembre-se de que a sidechain é uma blockchain separada. Portanto, ela terá blocos, nós e mecanismos de validação diferentes. Para obter seus sidecoins, Alice enviaria seus cinco bitcoins para outro endereço. Esse endereço pode ser de alguém que, ao receber os bitcoins, então creditará o endereço da sidechain de Alice com cinco sidecoins. Ou então, pode haver algum tipo de configuração com nível mínimo de confiança, onde os sidecoins são creditados automaticamente após o software detectar um pagamento.
Agora, Alice converteu suas moedas em sidecoins, mas ela sempre pode reverter o processo para recuperar seus bitcoins. Agora que ela entrou na sidechain, ela está livre para fazer transações nessa blockchain separada. Ela pode enviar sidecoins ou recebê-los de outras pessoas, assim como faria na cadeia principal.
Por exemplo, ela poderia pagar a Bob um sidecoin por um moletom da Binance. Quando ela quiser voltar para o Bitcoin, ela pode enviar seus quatro sidecoins restantes para um endereço especial. Após a confirmação da transação, quatro bitcoins serão desbloqueados e enviados para um endereço controlado por ela na cadeia principal.
Por que as sidechains são usadas?
Você pode se perguntar qual é o objetivo disso. Por que Alice não usa apenas a blockchain do Bitcoin?
A resposta é que a sidechain pode ser capaz de fazer coisas que o Bitcoin não pode. As blockchains são sistemas cuidadosamente projetados com compromissos. Embora o Bitcoin seja a criptomoeda mais segura e descentralizada, ele não é o melhor em termos de capacidade de processamento. Embora as transações do Bitcoin sejam mais rápidas do que os métodos convencionais, ainda é relativamente lento em comparação com outros sistemas blockchain. Os blocos são minerados a cada dez minutos, e as taxas podem aumentar significativamente quando a rede está congestionada.
Admitidamente, provavelmente não há necessidade desse nível de segurança para pequenos pagamentos do dia a dia. Se Alice estiver pagando por um café, ela não vai querer esperar a confirmação da transação. Ela atrasaria a fila, e sua bebida esfriaria antes mesmo de ser entregue.
As sidechains não estão sujeitas às mesmas regras. Na verdade, elas nem precisam usar o Proof of Work para funcionar. Você pode usar qualquer mecanismo de consenso, confiar em um único validador ou ajustar qualquer número de parâmetros. Você pode adicionar melhorias que não existem na cadeia principal, produzir blocos maiores e garantir liquidações rápidas.
Curiosamente, as sidechains podem até ter bugs críticos sem afetar a cadeia subjacente. Isso permite que elas sejam usadas como plataformas para experimentação e implementação de recursos que, de outra forma, exigiriam o consenso da maioria da rede.
Desde que os usuários estejam satisfeitos com os compromissos, as sidechains podem ser um passo fundamental para uma escalabilidade eficaz. Não é necessário que os nós da cadeia principal armazenem todas as transações da sidechain. Alice pode entrar na sidechain com uma única transação de Bitcoin, realizar centenas de transações com sidecoins e, em seguida, sair da sidechain. Para a blockchain do Bitcoin, ela realizou apenas duas transações – uma para entrar e outra para sair.
O Plasma do Ethereum é semelhante, mas com algumas diferenças importantes. - sobre isso: O que é o Plasma do Ethereum?
Uma introdução aos canais de pagamento
O que é um canal de pagamento?
Os canais de pagamento têm o mesmo propósito que as sidechains em termos de escalabilidade, mas são fundamentalmente diferentes. Assim como as sidechains, eles movem as transações para fora da cadeia principal para evitar que a blockchain fique congestionada. No entanto, eles não requerem uma blockchain separada para funcionar.
Um canal de pagamento usa um contrato inteligente para permitir que os usuários realizem transações sem publicá-las na blockchain. Isso é feito por meio de um acordo estabelecido por software entre dois participantes.
Como funciona um canal de pagamento?
Em modelos como a popular Lightning Network, duas partes primeiro depositariam moedas em um endereço de propriedade conjunta. Esse é um endereço multisignature, ou seja, requer duas assinaturas para que os fundos sejam gastos. Portanto, se Alice e Bob criassem tal endereço, os fundos só poderiam ser movidos com o consentimento de ambos.
Digamos que eles depositaram 10 BTC cada em um endereço que agora possui 20 BTC. Seria fácil para eles manterem uma planilha de saldos que começa dizendo que Alice e Bob têm 10 BTC cada. Se Alice quisesse dar uma moeda a Bob, eles poderiam atualizar a planilha para dizer que Alice tem 9 BTC e Bob tem 11 BTC. Eles não precisariam publicar na blockchain enquanto continuassem a atualizar esses saldos.
Quando chegar a hora, digamos que Alice tenha 5 BTC e Bob tenha 15 BTC. Eles poderiam criar uma transação que envia esses saldos para endereços de propriedade das partes, assiná-la e transmiti-la.
Alice e Bob poderiam ter registrado dez, cem ou mil transações em sua planilha de saldos. Mas, para a blockchain, eles realizaram apenas duas operações on-chain: uma para a transação inicial de financiamento e outra para realocar os saldos quando terminarem. Além dessas duas, todas as outras transações são gratuitas e quase instantâneas, porque ocorrem off-chain. Não há taxa de minerador a pagar e nenhuma confirmação de bloco para esperar.
É claro que o exemplo discutido acima requer a cooperação de ambas as partes, o que não é uma situação ideal para estranhos. No entanto, podem ser usados mecanismos especiais para punir qualquer tentativa de trapaça, para que as partes possam interagir com segurança sem confiar uma na outra.
Roteamento de pagamentos
Evidentemente, os canais de pagamento são convenientes para duas partes que esperam um alto volume de transações. Mas fica ainda melhor. Uma rede desses canais pode ser criada, o que significa que Alice pode pagar a uma parte com a qual ela não está diretamente conectada. Se Bob tiver um canal aberto com Carol, Alice pode pagar a ela, desde que haja capacidade suficiente. Ela enviará fundos para o lado de Bob no canal, que, por sua vez, os enviará para Carol. Se Carol estiver conectada a outro participante, Dan, a mesma coisa pode ser feita.
Essa rede se transforma em uma topologia distribuída em que todos se conectam a vários pares. Muitas vezes, haverá várias rotas para um destino, e os usuários poderão escolher a mais eficaz.
Considerações finais
Discutimos duas abordagens de escalabilidade que permitem a realização de transações sem sobrecarregar a blockchain subjacente. Tanto as sidechains quanto a tecnologia de canais de pagamento ainda estão em desenvolvimento, mas estão sendo cada vez mais utilizadas por usuários que desejam contornar as limitações das transações de camada base.
À medida que o tempo passa e mais usuários se juntam à rede, é importante manter a descentralização. Isso só é possível estabelecendo limites para o crescimento da blockchain, para que novos nós possam se juntar facilmente. Os defensores das soluções off-chain acreditam que, com o tempo, a cadeia principal será usada apenas para liquidar transações de alto valor ou para a interação com sidechains e a abertura/fechamento de canais.
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