O que é a escalabilidade na cadeia de blocos? Uma explicação simples
À medida que mais indivíduos e organizações empregam a tecnologia blockchain, a escalabilidade tornou-se mais proeminente. É provável que já se tenha deparado com este termo, talvez, como o maior problema da indústria das criptomoedas.
Na sua essência, a escalabilidade refere-se à capacidade de um sistema ou tecnologia para lidar com um volume crescente de transacções ou utilizadores sem comprometer o seu desempenho. No contexto da tecnologia de cadeia de blocos, a escalabilidade é crucial, pois determina se a rede pode expandir-se sem problemas com a procura crescente, mantendo a sua segurança e funcionalidade. A importância da escalabilidade reside em garantir que os sistemas descentralizados, como as cadeias de blocos, possam suportar eficazmente a adoção e utilização generalizadas, permitindo assim o seu potencial impacto transformador em várias indústrias e aplicações.
O que é escalabilidade de blockchain?
O termo “escalabilidade” conota a capacidade de um determinado sistema ou operação de persistir em seus níveis de desempenho ideais à medida que sofre ajustes relativos à magnitude ou escopo. Do mesmo modo, o conceito de escalabilidade no contexto da tecnologia de cadeias de blocos significa a capacidade de um protocolo de cadeias de blocos específico para manter um ambiente de processamento eficiente e rentável, mesmo quando confrontado com um afluxo de atividade transacional, conjuntos de dados expansivos e um número crescente de participações de utilizadores.
Vitalik Buterin sugere [PDF] que os protocolos de blockchain se esforçam para ser descentralizados, seguros e escaláveis, mas eles só alcançam duas dessas propriedades. E a caraterística mais comummente sacrificada é a escalabilidade.
A escalabilidade é um fator essencial que afecta o desempenho de um sistema de cadeia de blocos. Uma cadeia de blocos não escalável pode resultar num processamento lento das transacções, levando a atrasos e ao aumento das taxas. Por outro lado, uma cadeia de blocos escalável tem a capacidade de processar um grande número de transacções num curto espaço de tempo, mantendo a segurança, uma experiência óptima para o utilizador, taxas baixas e uma tomada de decisões eficiente através da colaboração entre vários pares.
Os três principais factores que determinam a escalabilidade de um protocolo de cadeia de blocos são os seguintes:
A duração necessária para disseminar as transacções entre os nós da rede, agregando o seu feedback para alcançar o consenso, tem um impacto na escalabilidade do sistema. A minimização da latência contribui para aumentar a escalabilidade.
A eficiência de um protocolo de cadeia de blocos, no que diz respeito à sua capacidade de escalonamento, depende adicionalmente do volume de transacções que pode executar em simultâneo. Uma maior taxa de processamento traduz-se numa maior escalabilidade da rede.
Os requisitos de recursos de um sistema de cadeia de blocos, como a capacidade computacional e a largura de banda da rede, têm um impacto direto na sua escalabilidade. Um aumento nos recursos disponíveis pode levar a maiores recompensas para os participantes da rede, particularmente aqueles que contribuem significativamente. Por outro lado, se as recompensas não forem proporcionais aos custos associados à participação na rede, é possível que ninguém adira, resultando numa escalabilidade limitada ou nula.
As plataformas de cadeia de blocos mais recentes, como a Solana, apresentam geralmente uma maior escalabilidade em comparação com as suas antecessoras, nomeadamente a Bitcoin. No entanto, é importante notar que este desempenho melhorado vem muitas vezes à custa de medidas de segurança reduzidas ou de uma maior centralização dentro destes sistemas.
Para que a tecnologia de cadeia de blocos possa efetivamente suportar aplicações de grande escala e acomodar bases de utilizadores substanciais, é imperativo que estes sistemas demonstrem escalabilidade. A adoção de tecnologias de cadeia de blocos diminuirá significativamente se as transacções se tornarem congestionadas ou se as taxas se tornarem exorbitantes, especialmente quando existirem soluções alternativas, expeditas e económicas. A título de exemplo, utilizar um método de pagamento convencional, como o Visa, para comprar uma pizza pode revelar-se mais prático e acessível do que utilizar criptomoedas como a Bitcoin. Assim, torna-se evidente a necessidade de aumentar a escalabilidade no domínio da tecnologia de cadeia de blocos.
3 Principais métodos para escalar a cadeia de blocos
Apesar dos vários esforços de vários protocolos de cadeia de blocos para melhorar a eficiência em termos de latência, desempenho e despesas, mantendo a segurança e a descentralização, continua a existir um desafio não resolvido conhecido como o “trilema da cadeia de blocos”. Este trilema surge quando certas soluções comprometem a descentralização ou a segurança para obter melhores resultados.
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Os protocolos de cadeia de blocos utilizam frequentemente várias abordagens para aumentar a escalabilidade das cadeias de blocos.
As abordagens acima mencionadas podem ser sistematicamente organizadas em três estratégias abrangentes.
Soluções de camada 1
O objetivo aqui é melhorar o desempenho da rede primária de blockchain para acomodar o aumento do volume de transações. As estratégias potenciais podem envolver o aumento da dimensão dos blocos, a aceleração do tempo de processamento das transacções ou a simplificação do processo de obtenção de consenso através da agregação dos tempos de resposta.
As soluções da camada 1 envolvem a implementação de melhorias diretamente na arquitetura primária da cadeia de blocos, sem depender de estruturas ou infra-estruturas externas. Tais melhorias necessitam frequentemente da realização de uma divisão da cadeia, também conhecida como “fork”.
Considere o exemplo da implementação do Segregated Witness (SegWit) no Bitcoin, que foi conseguido através de um soft fork. Esta modificação expandiu as capacidades do protocolo, aumentando as suas limitações de tamanho de bloco e melhorando a eficiência transacional. Pouco tempo depois, um hard fork resultou no aparecimento do Bitcoin Cash (BCH), uma cadeia de blocos alternativa caracterizada pelas suas dimensões de bloco maiores, tempo de processamento de transacções mais rápido e custos de transação reduzidos.
A cadeia de blocos Ethereum também concluiu uma bifurcação em que o algoritmo de consenso do protocolo passou de prova de trabalho para prova de participação. Foi a primeira fase da introdução do sharding, que Buterin acredita que irá escalar ainda mais a rede.
A fragmentação da cadeia de blocos refere-se a uma solução de camada um que não necessita de uma alteração do protocolo ou de uma atualização do software, mas que implica a divisão da rede em segmentos mais pequenos, denominados “fragmentos”, para aumentar a escalabilidade e a eficiência das transacções. Embora a Ethereum pretenda integrar esta tecnologia até ao ano 2023, a cadeia de blocos Zilliqa implementou atualmente quatro desses fragmentos, resultando em durações de transação reduzidas, custos de transação mais baixos e maior satisfação do utilizador final.
Soluções da camada 2
As soluções da camada 1, que estão diretamente integradas no protocolo central da cadeia de blocos, visam melhorar a escalabilidade através de vários meios, como a fragmentação ou mecanismos de consenso de prova de participação. No entanto, estes métodos têm limitações em termos da sua capacidade de escalar horizontalmente devido a questões como o congestionamento da rede ou a complexidade computacional. Para enfrentar este desafio, surgiram as soluções de camada 2, que se centram na migração de determinadas transacções ou operações para uma camada separada fora da cadeia principal, aumentando efetivamente a capacidade global de processamento de mais transacções sem comprometer a segurança ou a descentralização. Essas camadas adicionais, conhecidas como canais de estado e rollups, aproveitam a infraestrutura de blockchain subjacente e fornecem desempenho aprimorado por meio de otimizações que podem incluir tempos de confirmação reduzidos, recursos de privacidade aprimorados e taxas mais baixas. Ao utilizar soluções da Camada 2, os canais de estado oferecem um meio eficiente para que várias partes realizem transacções em tempo real sem depender apenas da blockchain principal. Um exemplo é a Lightning Network, que utiliza transacções fora da cadeia facilitadas por contratos inteligentes e, em última análise, as liquida na blockchain da Bitcoin. Do mesmo modo, a rede Raiden no Ethereum também utiliza esta abordagem para permitir transacções rápidas e seguras entre utilizadores.
As tecnologias de rollup englobam uma gama de sistemas descentralizados que facilitam a execução eficiente de transacções, minimizando o congestionamento na cadeia. Essas tecnologias operam processando transações por meio de uma rede fora da cadeia antes de enviar informações verificadas de volta ao blockchain principal para validação. Exemplos de plataformas de rollup incluem soluções baseadas em Zero-Knowledge Proof (ZKP), como a Loopring e a Aztec, que utilizam técnicas criptográficas para verificar transacções sem revelar detalhes sensíveis. Além disso, os rollups optimistas, como o Arbitrium One e o Optimism, baseiam-se num mecanismo sem confiança para validar transacções, tirando partido de algoritmos matemáticos e redes distribuídas para garantir a segurança e a precisão.
Além disso, é importante notar que existem discrepâncias notáveis entre as estruturas arquitectónicas das redes de cadeias de blocos da Camada 1 e da Camada 2.
Novas cadeias
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Diversas variedades de novas cadeias, como cadeias laterais, cadeias de plasma e cadeias Validium, podem ser concebidas para otimizar a eficiência do processamento de transacções. De facto, a Polygon é um exemplo disso mesmo; esta sidechain baseada no Ethereum apresenta especificações personalizadas que respondem a requisitos específicos, ao mesmo tempo que aproveita a força fundamental da rede Ethereum.
As soluções acima mencionadas foram coloquialmente designadas como alternativas de camada 2; no entanto, é imperativo reconhecer que elas representam entidades distintas. Ao contrário da crença popular, as opções da Camada 2 são essencialmente adições à arquitetura fundamental da Camada 1, operando harmoniosamente ao lado da cadeia primária. Por outro lado, as sidechains, as cadeias de plasma e as cadeias Validium constituem blockchains separadas, exibindo uma maior autonomia em comparação com as suas contrapartes da Camada 1. Estas redes alternativas assumem frequentemente a responsabilidade por questões como protocolos de segurança, mecanismos de consenso e configurações de blocos.
Sem escalabilidade da cadeia de blocos, sem adoção em massa
As capacidades transformadoras da tecnologia da cadeia de blocos têm o potencial de ter um impacto significativo no nosso modo de vida atual. No entanto, a sua adoção generalizada depende da superação do desafio da escalabilidade, para que não se concretize todo o seu potencial e fique confinada a aplicações de nicho.
O potencial da tecnologia blockchain para transformar várias indústrias através da digitalização de activos e da otimização de processos parece promissor, desde que consiga atingir a escalabilidade, mantendo os seus princípios fundamentais de descentralização e segurança.