Entender o problema do trilema da cadeia de blocos prática

O Dilema das Três Características

Existem desafios inevitáveis na promoção da adoção global da tecnologia blockchain. Isso se refere à dificuldade de alcançar simultaneamente um equilíbrio entre as três características básicas de segurança, descentralização e escalabilidade. Este é o problema conhecido como trilema, que se refere à contradição estrutural em que o fortalecimento de uma característica necessariamente enfraquece outra.

Para que a blockchain funcione verdadeiramente, é necessário aumentar significativamente o número de transações que a rede pode processar por segundo (TPS). No entanto, muitas das atuais blockchains públicas tendem a perder descentralização ou segurança quando tentam aumentar a escalabilidade. Para essa dilema fundamental, várias abordagens técnicas têm sido tentadas em toda a indústria.

A Essência das Redes Descentralizadas

A blockchain é, de forma simples, uma base de dados digital descentralizada. Os blocos de dados são organizados em ordem cronológica e ligados por provas criptográficas.

A maior vantagem da descentralização é a eliminação da gestão centralizada por empresas ou indivíduos específicos. Todos os participantes da rede podem acessar o mesmo livro-razão, permitindo que as transações sejam verificadas e prevenidas de forma coletiva. O fato de o Bitcoin ter conseguido implementar um sistema de pagamento que não depende de bancos centrais se deve precisamente a essa descentralização.

No entanto, como é necessário que um grande número de participantes chegue a um consenso, a velocidade de processamento é mais lenta em comparação com sistemas centralizados. Isso se torna uma limitação de escalabilidade e é uma das raízes do trilema.

Compromisso entre segurança e velocidade de processamento

A segurança da blockchain é alcançada através da combinação de técnicas criptográficas e mecanismos de consenso. No Proof of Work (PoW) adotado pelo Bitcoin, os mineradores validam transações resolvendo cálculos matemáticos complexos. Este sistema, que exige uma quantidade considerável de recursos computacionais, torna o custo de ataque à rede extremamente alto, garantindo a segurança.

No entanto, esse design de segurança limita a capacidade de processamento do Bitcoin a cerca de 5 TPS. Por outro lado, a camada base do Ethereum também fica em torno de 18 TPS. Superar essas limitações, mantendo a segurança e a descentralização, é a chave para resolver o trilema.

Em teoria, se um único agente controlar mais da metade da capacidade computacional da rede, será possível realizar um ataque de 51%, tornando mais fácil a ocorrência de fraudes, como pagamentos duplos. Para evitar isso, é necessária uma descentralização suficiente, mas quanto maior a descentralização, mais tempo leva para formar um consenso, resultando em um ciclo vicioso de redução da escalabilidade.

A situação e os desafios da escalabilidade

Sistemas de pagamento centralizados, como o Visa, podem processar milhares de transações por segundo. Isso é possível porque, em um ambiente fechado e com permissão, um pequeno número de nós toma as decisões.

Em contraste, em blockchains públicos, todos os validadores precisam verificar as transações. Este processo de validação descentralizado é seguro, mas limita significativamente a capacidade de processamento. Ignorando a escalabilidade, um aumento na utilização da rede resultará inevitavelmente em congestionamento e aumento das taxas de transação.

A transição para Proof of Stake (PoS) também representa uma melhoria parcial, mas ainda requer consenso de nós distribuídos em todo o mundo, não sendo uma solução fundamental.

Abordagem multifacetada para a resolução do trilema

A indústria está perseguindo várias abordagens técnicas em paralelo, algumas das quais estão realmente produzindo resultados promissores.

Distribuição de carga através de sharding

Sharding é um mecanismo que divide a blockchain em múltiplas parcelas independentes (shards), onde cada uma processa transações em paralelo. No modelo Nightshade 2.0 do NEAR protocol, múltiplos shards paralelos escalonam dinamicamente a rede, com 8 shards ativos em operação até 2025, alcançando um tempo de confirmação de transação de cerca de 600 milissegundos.

Adoção de diversos mecanismos de consenso

Estão a ser feitos esforços para ajustar o equilíbrio das características do trilema através de diferentes designs de consenso. No PoS, qualquer um pode tornar-se validador apenas ao fazer stake dos seus tokens, o que reduz as barreiras à participação e aumenta a descentralização.

A Prova de Autoridade (PoA) é uma abordagem que prioriza a escalabilidade ao concentrar o poder em validadores confiáveis. A BNB Smart Chain adota a Prova de Autoridade de Staking (PoSA), que combina elementos de PoS e PoA, resultando em um design equilibrado. A rede Conflux tenta uma abordagem diferente, combinando elementos de Prova de Trabalho com uma estrutura de gráfico acíclico direcionado (DAG).

escalonamento gradual através da camada 2

A solução mais prática de curto prazo é a solução de camada 2. Em vez de modificar a cadeia principal, ela constrói sobre ela, tornando o processamento de transações off-chain.

A tecnologia de rollup comprime várias transações e as envia para a cadeia principal como uma única prova. Rollups otimistas, como Arbitrum e Scroll, alcançam velocidade enquanto mantêm todos os detalhes das transações, enquanto os rollups de conhecimento zero verificam a validade com provas criptográficas. O Ethereum evolui para uma estrutura centrada em rollups, o que melhora significativamente a escalabilidade do ecossistema DeFi.

Os canais de estado são um mecanismo que registra apenas os estados no início e no final da transação na blockchain, permitindo que os participantes realizem transações livremente fora da cadeia. A Lightning Network do Bitcoin adota essa abordagem, realizando a maior parte dos procedimentos fora da cadeia, enquanto a liquidação final é feita na camada base, possibilitando pagamentos rápidos e de baixo custo.

Possibilidade de resolução do trilema e visão futura

Atualmente, não existe uma blockchain que tenha “resolvido” completamente o trilema. No entanto, o roteiro focado em rollups da Ethereum e as novas blockchains modulares de alto desempenho estão a mostrar um caminho prático.

Essas inovações tecnológicas estão aproximando a realidade de melhorar a escalabilidade sem comprometer a segurança e a descentralização, e está chegando a era em que a operação de aplicações em escala global será realizada sobre a blockchain.