O que é uma blockchain Layer-1? Blockchains L1 explicadas

Se você quer comprar seu café da manhã com criptomoedas, esteja ciente de que pode levar de 15 segundos a alguns minutos para que o blockchain processe sua transação.

Mas por quê? Para entender por que transações em blockchain às vezes são lentas, você precisará saber o que é um blockchain de Camada-1 e como sua arquitetura limita a velocidade de processamento de transações.

Este artigo explica o que são blockchains de Camada-1 e explora inovações que estão ajudando a torná-los mais rápidos e mais econômicos.

O que é uma blockchain de Camada-1?

Uma blockchain de Camada-1 é o nível base da arquitetura blockchain. Blockchains de Camada-1 validam e executam transações sem suporte de outra rede, e reembolsam taxas de transação com criptomoedas.

Por exemplo, Ethereum executa transações sem depender de um sistema externo e tem sua própria moeda nativa criptomoeda, Ether (ETH).

Escalonamento de Camada-1

As blockchains não são grandes em escalabilidade.

Enquanto sistemas de pagamento centralizados como a Visa processam pelo menos 1700 Transações Por Segundo (TPS), Bitcoin e Ethereum são limitados a 4.6 e 15 TPS respectivamente.

Por quê?

As blockchains precisam acessar todo o banco de dados do sistema para verificar uma transação e adicionar um novo bloco.

O processo é intensivo em termos computacionais, limitando as velocidades de processamento a apenas algumas transações por segundo.

Vitalik Buterin, o co-fundador do Ethereum, foi o primeiro a definir esse problema, também conhecido como o trilema da blockchain.

Toda rede de blockchain precisa ter três propriedades:

• Descentralização: A cadeia opera sem depender de atores centralizados. Em outras palavras, nenhuma organização ou governo a controla, e uma rede distribuída de computadores (nós) gerencia tudo.
• Segurança: A cadeia pode resistir a um ataque de pelo menos 51% dos nós participantes.
• Escalabilidade: A cadeia pode suportar uma carga crescente de transações.

De acordo com o trilema, uma blockchain só pode ter duas das três propriedades ao mesmo tempo.

Diferentes abordagens para resolver o trilema da blockchain

Desde que o trilema da blockchain foi introduzido, inúmeras medidas foram propostas para resolvê-lo.

Algumas medidas como Testemunha Segregada (SegWit) são simples bifurcações suaves onde apenas o código muda e os usuários continuam usando a mesma blockchain.

Mas outros, como mecanismo de consenso mudanças podem causar uma bifurcação rígida que divide cadeias e impacta o valor de certas criptomoedas.

Em resumo, cada método vem com compromissos, mas ambos melhoram a escalabilidade.

Mudar o mecanismo de consenso

No jargão do blockchain, “consenso” é alcançado quando a maioria dos blocos concorda sobre o estado da rede. Por exemplo, se uma rede está processando uma transação, pelo menos 51% dos nós devem decidir que é válido executá-la e adicioná-la como um bloco à cadeia.

Teoricamente, se hackers quiserem modificar essa transação, eles terão que atacar 51% do sistema para mudar o consenso.

Mecanismos de consenso ou protocolos de consenso garantem que o “ataque de 51%” não ocorra e comprometa o sistema.

Bitcoin’s Mecanismo de Prova de Trabalho (PoW) é um exemplo disso. O PoW é realizado pelos mineradores que competem entre si para resolver quebra-cabeças complexos e ganhar BTC adicionando novos blocos de transações à blockchain.

Esse mecanismo é seguro porque incentiva os usuários a contribuírem para a rede para gerar recompensas, mas também é intensivo em termos de computação e limita a escalabilidade. É por isso que o Ethereum optou por mudar para um Proof of Stake (PoS) modelo no qual um validador é escolhido aleatoriamente para criar novos blocos.

Tais mudanças nos mecanismos de consenso podem ajudar a resolver alguns dos problemas em torno do trilema da blockchain, mas ainda não são ideais já que novos mecanismos de consenso levam anos de pesquisa para desenvolver e podem apresentar diferentes riscos.

Aumentar o tamanho do bloco

Como o problema de escalabilidade ocorre porque o bloco não é grande o suficiente para processar transações, aumentar seu tamanho parece uma solução óbvia.

Mas ao contrário do que se possa pensar, aumentar o tamanho do bloco (B) não resolverá o problema, pois existem outros fatores cruciais chamados tempo de retransmissão (TR) e tempo de geração de bloco (TB) envolvidos no processo.

TR é o tempo necessário para transmitir um novo bloco para cada nó na rede, enquanto TB é o tempo necessário para gerar um novo bloco.

Vamos imaginar que B está codificado em 1 MB. Se dobrarmos seu tamanho para 2 MB, também aumentaria o tempo que cada nó leva para baixar o bloco, o que dobra o tempo do TR e coloca um limite inferior no TB.

Aqui está um exemplo hipotético que usa a rede Bitcoin:

A partir de Janeiro de 2021, a rede Bitcoin tinha cerca de 10.000 nós, e o tempo médio que levava para atualizar 99% da rede sobre um novo bloco, TR99, era de cerca de 14 segundos.

Aumentar B empurraria esse valor para 28 segundos e limitaria o TB a 28 segundos.

Se o tempo necessário para gerar um bloco cair abaixo desse valor, um novo bloco será gerado antes que todos os nós do sistema recebam o bloco anterior.

Isso levará a vulnerabilidades de segurança como ataques de gasto duplo. Aqui, a mesma moeda é gasta duas vezes em diferentes transações, pois o usuário fez outra transação antes de a rede ser atualizada.

Atualmente, o TB da rede Bitcoin é de cerca de 10 minutos, e trazer o TB para 28 segundos parece uma vitória. Mas ainda não será suficiente para igualar as 1.700 transações por segundo do Visa.

Testemunha Segregada (SegWit)

Antes de entender o que SegWit é, vamos examinar por que foi implementado.

Todas as transações que ocorrem em uma blockchain possuem três componentes: o remetente (input), a assinatura digital (autenticação), e o receptor (output.)

A assinatura digital desempenha um papel essencial nessas transações, pois vincula a identidade de uma pessoa à transação.

Se você assinou um cheque para transferir fundos para outra pessoa, você não pode negar a transferência, pois sua assinatura prova que você a autorizou.

Embora esse método de verificação pareça à prova de falhas, também há espaço para manipulação. Por exemplo, o atacante pode alterar ligeiramente o ID da transação para criar uma nova transação.

Como o remetente não pode encontrar a transação original no blockchain, o atacante pode pedir ao remetente para reenviar os fundos e ficar com os fundos da transação original.

Esses ataques são chamados de maleabilidade de transação, e um SegWit foi inicialmente implementado para resolver esse problema.

Ao fazer isso, ele também resolveu acidentalmente o problema de escalabilidade ao aumentar o tamanho do bloco na cadeia.

Como funciona o SegWit

SegWit é uma atualização de rede que visa separar as assinaturas das transações do bloco principal para que este possa processar mais transações.

Isso significa que o sistema agora tem dois blocos: o bloco principal, ou bloco legado, e o bloco SegWit.

Esses blocos SegWit movem a assinatura digital e outros dados de “testemunha” do bloco Legado e os colocam em um bloco estendido.

Como os dados de testemunha ocupam 65% do tamanho da transação, isso libera espaço para mais transações dentro do bloco legado e melhora o TR.

Como resultado, os atacantes não podem alterar o ID da transação antes que os nós verifiquem a transação.

A atualização também melhora o TPS, mas o aumento não é suficiente para resolver o problema de escalabilidade. É aqui que uma solução mais eficiente chamada sharding entra em cena.

O que é sharding de Camada-1?

Sharding de Camada-1 divide uma rede em subconjuntos chamados shards e atribui um conjunto de transações a cada um. Desta forma, o sistema processa múltiplas transações simultaneamente em vez de uma única transação.

Suponha que você tenha uma rede com 10.000 nós e 100 blocos para verificar. A rede atribui aleatoriamente os primeiros 100 nós para verificar o primeiro bloco, os segundos 100 nós para verificar o segundo bloco e assim por diante.

Quando os validadores verificam um bloco, eles publicam uma assinatura atestando a verificação. Agora, os nós restantes apenas validam as 10.000 assinaturas, o que leva menos tempo do que verificar os blocos.

O sharding tem os mesmos problemas de segurança que um ecossistema multichain?

O sharding é mais seguro do que um ecossistema multichain (um sistema com várias blockchains interconectadas), mas menos seguro do que uma blockchain de Layer-1.

Em um ecossistema multichain, um atacante pode causar estragos mesmo que obtenha controle de 0,5% do stake total (ativos totais bloqueados no sistema).

Mas com o sharding, o atacante teria que obter pelo menos 30-40% do stake para atacar o sistema. Dado o método de amostragem aleatória que emprega, torna-se muito difícil para um hacker concentrar seu poder em um único shard.

Além disso, se um shard produzir um bloco inválido, o sistema o descarta e toda a cadeia se reorganiza para evitá-lo.

Suponha que existam dois contratos, A e B, e o contrato B se comporte mal. A rede reverterá a transação.

Assim, o sharding oferece melhor segurança do que ecossistemas de várias cadeias (mas menos segurança do que uma blockchain de Camada-1) e é escalável.

Blockchains de Camada-1 vs. Camada-2

Como vimos anteriormente, as soluções de Camada-1 devem fazer concessões de segurança para melhorar significativamente a escalabilidade.

É aqui que as soluções de Camada-2 entram.

Esses frameworks permitem que as transações sejam processadas fora da cadeia (cadeias fora da cadeia principal) para que a cadeia principal receba apenas um resumo do que foi concluído.

Embora essa ligeira modificação possa não parecer muita coisa, ela reduz significativamente a carga na blockchain, melhorando assim sua escalabilidade e as taxas de gas.

Rede Lightning

A Rede Lightning (LN) é uma rede peer-to-peer (P2P) separada construída sobre a blockchain do Bitcoin. Ela tem duas funções:

• Monitorar a blockchain.
• Interagir com outros nós de lightning para transferir dinheiro.

O LN só comunica as transações de abertura e fechamento para a cadeia principal. As transações intermediárias entre duas partes são armazenadas em um livro-razão privado.

Por exemplo, se Alice e Bob entrarem em um contrato para transferir 5 BTC para Bob em cinco transações de 1 BTC, a Rede Relâmpago só mostrará o estado final da blockchain.

Em outras palavras, os registros só mostrarão os 5 BTC que Bob recebeu no final, em vez de mostrar as cinco transações.

A melhor parte é que a Rede Relâmpago não incorre em nenhuma taxa de gás a menos que você roteie pagamentos através de várias partes. Também permite transações menores ou micro pagamentos de até 0.00000001 BTC.

Exemplos de blockchain da camada 1

As blockchains da camada 1 não são limitadas apenas ao Bitcoin e Ethereum. Eles incluem outras blockchains que suportam muitos casos de uso únicos.

MultiversX (Elrond)

MultiversX (anteriormente Elrond) é projetado para competir com grandes jogadores como Ethereum e Bitcoin, melhorando a escalabilidade e reduzindo o desperdício computacional. Sua característica única é o seu sharding de estado adaptativo mecanismo que melhora a escalabilidade ao combinar três tipos de sharding:

• Sharding de rede: Lida com como os nós são agrupados em fragmentos.
• Fragmentação de transações: Mapeia transações para os fragmentos.
• Fragmentação de estado: Os fragmentos possuem apenas uma visualização parcial do estado, portanto, há comunicação entre fragmentos durante as transações.

BNB Chain

A BNB Chain inclui a inicial Binance Chain lançada em 2019 e sua versão atualizada, a Binance Smart Chain , que foi introduzido em 2020.

Quando a Binance foi lançada em 2019, seu foco principal era substituir a interface de usuário precária das DEXs com uma opção de negociação ultrarrápida e descentralizada.

Após um ano de sucesso, a Binance Chain lançou a Binance Smart Chain para competir com o Ethereum e sua funcionalidade para hospedar aplicativos descentralizados (dApps).

A Binance Smart Chain funciona em paralelo com a Binance Chain e é compatível com o Ethereum, então os desenvolvedores podem migrar dApps com dificuldades mínimas.

Solana

Solana é anunciada como a primeira rede blockchain em escala web que suporta velocidades de transação de até 65,000 TPS com 200 nós em condições de testnet (um testnet é uma blockchain alternativa usada para testes).

Sua inovação central é o Proof of History (PoH) mecanismo. Enquanto outras blockchains dependem de outros nós para verificar se uma transação ocorreu, a Solana usa carimbos de data criptográficos para estabelecer a ordem dos eventos.

Pense nisso como adicionar algumas gotas de corante à água em um recipiente e tirar uma foto em intervalos fixos.

Se as fotografias estivessem embaralhadas, você saberia como reorganizar essas fotos, pois elas são uma função do tempo.

Cada nó no Solana possui um relógio que permite à rede chegar a um consenso sobre o tempo e a ordem dos eventos sem esperar pela confirmação de outros nós.

Os nós podem, portanto, verificar transações sem depender de outros nós, o que reduz a congestão da rede e melhora a escalabilidade.

THORChain

Embora as DEXs tenham se tornado mais populares recentemente, ainda não é possível negociar tokens entre diferentes blockchains.

Por exemplo, os Bitcoiners não podem negociar BTC na Ethereum, os Ethereans só podem negociar tokens ERC-20 nas DEXs da Ethereum, e as DEXs na Solana só suportam tokens SOL. A lista continua. Existem

exchanges de criptomoedas P2P como Bisq que permitem que você troque Bitcoin por outras criptomoedas ou moedas fiduciárias, mas esses não têm volume de transação suficiente para serem chamados de uma solução mainstream.

Apresentamos THORchain.

THORchain é uma DEX cross-chain que permite trocar um ativo digital por outro ativo digital em uma cadeia separada.

Funciona de maneira semelhante aos DEXs como Uniswap, mas além de fornecedores de liquidez quem depositam seus tokens em pools e traders, o THORchain tem outro componente chamado THORNodes (servidores ou cluster de servidores.)

Esses THORNodes consistem em um nó THORChain e um nó para cada cadeia suportada.

Por exemplo, se um usuário quiser trocar ETH por BTC, os nós Ethereum detectarão e concordarão que o cofre ETH recebeu o ETH. Então, esses nós assinam coletivamente a transação BTC dos nós Bitcoin para fazer a troca.

Kava

Kava apresenta uma arquitetura de co-cadeia única que combina a interoperabilidade do Cosmos SDK e a flexibilidade e velocidade do Ethereum contratos inteligentes.

O resultado é um blockchain altamente escalável e seguro que se conecta às 30 cadeias no ecossistema Cosmos e um ambiente compatível com Ethereum que capacita os desenvolvedores a implantar aplicações em Cosmos e Ethereum.

Além disso, todas as transações são ultrarrápidas e seguras, pois são alimentadas pelo mecanismo de consenso do Tendermint e sua capacidade de alcançar a finalização do bloco, o que garante que uma transação não possa ser alterada.

Considerações finais sobre blockchains de Camada 1

O ecossistema blockchain desenvolveu várias soluções de Camada 1 e Camada 2 para lidar com o trilema da blockchain.

A maioria das soluções de escalabilidade de Camada 1 impacta negativamente as blockchains ao desequilibrar a balança entre os outros dois fatores, descentralização e segurança.

As soluções de Camada 2, no entanto, são construídas sobre uma solução de Camada 1 existente para melhorar sua escalabilidade, mantendo também a descentralização e a segurança.

Mas enquanto as soluções de Layer-2 podem ser vistas como melhores nesse aspecto, isso não significa que os blockchains de Layer-1 são obsoletos. Existem muitos Layer-1 promissores que resolveram a escalabilidade de maneira eficiente e fizeram grandes avanços em finanças descentralizadas (DeFi).

Comece com blockchains de Layer-1

Agora que você tem uma melhor compreensão dos blockchains de Layer-1, talvez queira explorá-los por conta própria.

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