As blockchains podem processar apenas um número limitado de transações por segundo. Por exemplo, a rede Bitcoin pode processar cerca de sete transações por segundo. Se a tecnologia blockchain pretende ser adotada globalmente, ela deve ser capaz de lidar com muito mais dados e em velocidades mais rápidas, para que mais pessoas possam usar a rede sem que ela fique muito lenta ou cara.
No entanto, o design fundamental de muitas redes descentralizadas significa que aumentar a escalabilidade tende a enfraquecer a descentralização ou a segurança. Isso é conhecido como o trilema do blockchain. Desenvolvedores que procuram resolver esse problema estão experimentando diferentes mecanismos de consenso e soluções de escalabilidade, como shardings, sidechains e canais de estado.
Introdução
Em termos simples, um blockchain é um banco de dados digital distribuído. Blocos de dados são organizados em ordem cronológica. Os blocos são interligados e protegidos por provas criptográficas. A implementação dessa tecnologia em diferentes setores já está mudando a forma como trabalhamos e vivemos.
A ideia é que blockchains descentralizados e seguros permitam um mundo em que não precisamos depender de terceiros para que as redes ou mercados funcionem. No entanto, os especialistas geralmente concordam que, para que essa tecnologia seja mais amplamente adotada, há um problema fundamental que precisa ser resolvido. O problema em questão é conhecido como o “trilema do blockchain”.
Esse termo foi popularizado pelo co-fundador da Ethereum, Vitalik Buterin. Para entender, é necessário estar ciente de três elementos diferentes que são desejáveis em um blockchain: descentralização, segurança e escalabilidade. O trilema do blockchain refere-se à ideia de que é difícil para blockchains alcançarem níveis ótimos de todas as três propriedades simultaneamente. Aumentar uma geralmente leva ao enfraquecimento da outra.
Este artigo examinará os três elementos do trilema e explicará cada um deles com mais detalhes. Discutir cada um em maior profundidade e como eles se encaixam resultará em uma melhor compreensão de como e por que o trilema do blockchain existe. Este artigo também destacará algumas das soluções sugeridas pelos desenvolvedores.
O que é descentralização?
O Bitcoin e redes blockchain similares são descentralizados por design. Toda a estrutura é tal que não há uma única pessoa ou organização no controle. Pelo contrário, é descentralizada. A camada da rede está aberta a qualquer pessoa que queira participar.
Como resultado, o controle é totalmente distribuído, em vez de estar nas mãos de uma única entidade. Todos têm acesso aos mesmos dados. Se alguém tentar burlar o sistema alterando os registros a seu favor, os demais participantes rejeitarão os dados defeituosos.
Isso pode ser bastante técnico, mas vamos usar a rede Bitcoin como exemplo. Não há terceiros no controle. Compare isso com a necessidade de bancos no sistema financeiro. Os bancos garantem a confiança entre as pessoas que fazem transações e garantem que todos os registros sejam mantidos corretamente.
O blockchain do Bitcoin, no entanto, compartilha todos esses dados com todos na rede, para que possam ser verificados e confirmados antes de serem adicionados ao banco de dados digital. O resultado é um sistema que pode existir sem a necessidade de terceiros.
A descentralização oferece a possibilidade do que é conhecido como Web3. Atualmente, temos a Web2 – a internet de hoje. Está repleta de sites e aplicativos controlados por empresas, mas com conteúdo criado pelos usuários. O Web3 é o próximo passo. Uma internet em que a tecnologia blockchain descentralizada permite às pessoas controlar seus próprios dados e vidas online.
No entanto, é importante notar que, devido à forma como esses sistemas distribuídos funcionam – com a necessidade de uma ampla gama de participantes concordarem com a validade de qualquer dado – os tempos de transação podem ser lentos devido à forma como as informações precisam ser compartilhadas e processadas. Portanto, os blockchains precisam escalar, ou seja, ser capazes de lidar com mais dados em velocidades mais rápidas. Voltaremos a esse ponto ao discutir a escalabilidade.
Além disso, o sonho da descentralização só se concretiza se os blockchains subjacentes forem seguros. Se um blockchain carece de segurança, um ator mal-intencionado pode assumir o controle e alterar os dados a seu favor. Isso leva à segunda parte do trilema: a segurança.
O que é segurança em blockchain?
Não importa o quão descentralizado seja um blockchain, se ele não for seguro. Uma boa rede blockchain deve ser resistente a ataques de entidades maliciosas. Sistemas centralizados derivam sua segurança do fato de o sistema ser fechado. Quem está no controle pode garantir que os dados estejam livres de interferência. Mas como isso é alcançado em um sistema descentralizado em que qualquer pessoa pode participar?
É um tópico complicado, mas podemos retornar ao Bitcoin como exemplo de segurança descentralizada em blockchain. O blockchain do Bitcoin usa uma combinação de criptografia e um mecanismo de consenso de rede chamado Proof of Work (PoW). Em termos de criptografia, cada bloco possui uma espécie de assinatura digital (ou hash). Cada bloco de dados está conectado de uma forma que não pode ser adulterado, porque qualquer alteração afetaria o hash de um bloco. Qualquer tentativa de alterar os dados seria rapidamente identificada pelo restante da rede.
O mecanismo de consenso PoW é outra parte do quebra-cabeça. Ele ajuda a proteger o livro-razão da criptomoeda. Entender o Proof of Work é um artigo completo por si só, mas, para nossos propósitos, observe que os membros da rede só podem verificar novas transações e adicioná-las ao livro-razão por meio de uma atividade conhecida como mineração.
Isso envolve o uso de poder computacional para resolver um quebra-cabeça matemático. Parte do processo requer que esses computadores realizem inúmeras funções de hash. Isso se relaciona com o problema da escalabilidade, já que o mecanismo PoW é seguro, mas relativamente lento.
Também observe que quanto mais participantes (nós) houver na rede, mais segura ela será. Quanto maior o número de partes envolvidas, mais difícil será para um ator mal-intencionado assumir o controle do sistema. Isso está relacionado ao que é conhecido como ataque de 51%.
Em resumo: se uma única entidade (ou grupo de atores mal-intencionados) puder controlar mais de 50% da taxa total de hash da rede de um blockchain, eles seriam capazes de anular o consenso e alterar os dados da cadeia em benefício próprio, como gastos duplos de tokens.
Em resumo, a segurança é um requisito fundamental para que um blockchain seja bem-sucedido, porque, sem ela, os atacantes podem assumir o controle da cadeia, tornando-a inútil.
O que é escalabilidade?
A escalabilidade refere-se ao objetivo de construir um blockchain que possa suportar cada vez mais transações por segundo. A escala é necessária se a tecnologia blockchain pretende atender a sociedade em geral e possivelmente bilhões de usuários. Mas é aí que muitos blockchains ainda enfrentam desafios.
Isso ocorre porque a descentralização e a segurança são tão fundamentais para o blockchain que costumam ser focadas em primeiro lugar. A descentralização é tão central para a ética e os objetivos do blockchain que está no cerne da maioria dos blockchains reconhecidos. A segurança, como discutimos, é um requisito fundamental para que um blockchain seja bem-sucedido e útil.
No entanto, ao priorizar a descentralização e a segurança, a escalabilidade se torna um desafio. O número de transações que uma cadeia pode lidar pode ser severamente limitado. Um sistema de pagamento centralizado, como a Visa, afirma ser capaz de suportar 24.000 transações por segundo. Isso ocorre porque a rede é fechada e livre de considerações como nós públicos e consenso. Compare isso com alguns dos blockchains mais conhecidos.
De acordo com a Agências de Notícias em 2022: “Até setembro, o Bitcoin não podia processar mais do que sete transações por segundo e o Ethereum, a segunda rede mais popular, estava limitado a cerca de 15 por segundo – uma eternidade em comparação com as bolsas convencionais.”
Conforme mencionado, essas velocidades de transação em blockchain são limitadas devido à forma como as informações precisam ser processadas pelos diferentes participantes que compõem a rede descentralizada e pela natureza do próprio mecanismo de consenso PoW. Se mais e mais pessoas na sociedade começarem a usar a tecnologia blockchain, as redes ficarão congestionadas devido ao número limitado de transações que podem ser processadas.
Por que o trilema do blockchain existe?
A solução mais óbvia e básica para o problema mencionado acima seria reduzir o número de participantes que confirmam e adicionam dados à rede em troca de maior escala e velocidade. No entanto, fazer isso levaria a uma redução da descentralização, com o controle nas mãos de um número menor de participantes. Também levaria a uma redução da segurança, pois menos jogadores significam uma chance maior de ataques.
Portanto, aqui está o trilema: dada a conexão entre as propriedades desejadas de descentralização e segurança, o design fundamental de como o blockchain funciona torna difícil a escalabilidade. Aumentar um, enfraquece o outro. Como você pode aumentar a escalabilidade sem prejudicar a descentralização, a segurança ou ambos?
Resolvendo o trilema do blockchain
Não há uma solução única para o trilema. Mas, dada a importância de resolver esse problema, houve várias abordagens diferentes na comunidade com resultados interessantes. Vamos dar uma visão geral de algumas das desenvolvimentos mais populares para que você possa entender o que está acontecendo no espaço:
1. Shardings
Este é um método de dividir blockchains (ou outros tipos de bancos de dados) em blockchains menores e particionados que gerenciam segmentos específicos de dados. Essa configuração alivia o estresse de uma única cadeia lidando com todas as transações e interações em uma rede.
Cada blockchain particionado é conhecido como shard e possui seu próprio livro-razão específico. Esses shards podem então processar suas próprias transações, mas uma blockchain farol ou cadeia principal gerencia as interações entre shards. Isso torna o sharding uma atualização de escalabilidade da Layer 1, pois é uma mudança na mainnet de um blockchain.
2. Mecanismo de consenso diferente
Uma das razões pelas quais o trilema existe na rede Bitcoin é devido à forma como o PoW funciona para garantir a segurança. A necessidade de mineradores, algoritmos cripto e grandes quantidades de poder computacional descentralizado leva a um sistema seguro, mas lento. Encontrar uma maneira diferente de garantir o consenso é uma abordagem para resolver o trilema. Essa foi uma das razões por trás da mudança da Ethereum do PoW para o Proof of Stake (PoS).
Em blockchains PoS, os participantes envolvidos na validação de transações devem apostar (bloquear) seus tokens. Não há necessidade de máquinas de mineração altamente especializadas. Adicionar mais validadores à rede é mais simples e acessível. PoS é apenas uma das muitas abordagens diferentes para mecanismos de consenso com escalabilidade em mente.
3. Soluções de Layer-2
Tanto o sharding quanto os mecanismos de consenso diferentes são o que são conhecidos como soluções de Layer-1. Eles buscam alterar o design fundamental da rede subjacente. No entanto, outros desenvolvedores que buscam resolver o trilema têm trabalhado em soluções que se baseiam na estrutura de rede existente. Em outras palavras, eles acham que a resposta está em uma segunda camada, ou Layer 2. Exemplos disso incluem sidechains e canais de estado.
Uma sidechain é basicamente um blockchain separado conectado à cadeia principal. Ele é configurado de tal forma que os ativos podem fluir livremente entre os dois. Importante, a sidechain pode operar sob regras diferentes, permitindo maior velocidade e escala.
Da mesma forma, os canais de estado são outra maneira de retirar transações da cadeia principal e aliviar a pressão sobre a Layer 1. Um canal de estado usa um contrato inteligente, em vez de uma cadeia separada, para permitir que os usuários interajam entre si sem publicar suas transações na blockchain. A blockchain registra apenas o início e o fim do canal.
Pensamentos finais
O trilema da escalabilidade está no caminho do blockchain cumprir seu potencial como uma tecnologia que pode mudar o mundo. Se as redes de blockchain só puderem lidar com um pequeno número de transações por segundo para manter a descentralização e a segurança, será difícil alcançar a adoção em massa.
No entanto, as soluções atualmente propostas pelos desenvolvedores que buscam resolver esse problema sugerem que os avanços tecnológicos já feitos pelo blockchain continuarão e que essas redes poderão lidar com muito mais dados no futuro.
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