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Análise completa das soluções de escalabilidade fora da cadeia: da State Channels à evolução técnica dos Rollups
Explicação Profundidade da Expansão fora da cadeia
1. A Necessidade de Escalonamento
A visão futura da blockchain é alcançar a descentralização, segurança e escalabilidade, mas geralmente só é possível realizar duas dessas características. Isso é conhecido como o problema do triângulo impossível da blockchain. Ao longo dos anos, as pessoas têm explorado maneiras de aumentar a taxa de transferência e a velocidade das transações da blockchain, garantindo a descentralização e a segurança, ou seja, resolver o problema de escalabilidade.
Vamos primeiro definir de forma geral a descentralização, segurança e escalabilidade da blockchain:
A primeira grande bifurcação do network Bitcoin surgiu devido a problemas de escalabilidade. Com o aumento do número de usuários e do volume de transações, a rede Bitcoin com limite de 1MB de bloco começou a enfrentar congestionamento. A partir de 2015, a comunidade Bitcoin teve divergências sobre o problema de escalabilidade, com um lado apoiando a ampliação do bloco e o outro apoiando a utilização de soluções de SegWit para otimizar a estrutura da cadeia principal. Em 1 de agosto de 2017, o lado que apoiava blocos grandes desenvolveu um sistema de cliente de 8MB, resultando na primeira grande bifurcação do Bitcoin, dando origem ao BCH.
A rede Ethereum também optou por sacrificar parte da escalabilidade para garantir a segurança e a descentralização da rede. Embora o Ethereum não tenha um limite de tamanho de bloco como o Bitcoin, impôs indiretamente um teto nas taxas de gás para blocos individuais, visando alcançar consenso sem confiança e garantir uma ampla distribuição de nós.
Desde os CryptoKitties de 2017 até o verão DeFi, e a ascensão do GameFi e dos NFTs, a demanda do mercado por capacidade de processamento tem aumentado constantemente. No entanto, o Ethereum ainda consegue processar apenas 15-45 transações por segundo, resultando em custos de transação mais altos e tempos de liquidação mais longos, tornando difícil para a maioria das DApps suportar os custos operacionais. A solução ideal de escalabilidade é: aumentar ao máximo a velocidade de transação e a profundidade da rede blockchain, sem sacrificar a descentralização e a segurança.
2. Tipos de soluções de escalabilidade
Podemos dividir as soluções de escalabilidade em duas grandes categorias: escalabilidade em cadeia e escalabilidade fora da cadeia, de acordo com "se altera um nível de rede principal".
2.1 Expansão em cadeia
Conceito central: solução que atinge o efeito de escalabilidade ao alterar um nível do protocolo da rede principal, atualmente a principal solução é o sharding.
A escalabilidade na cadeia tem várias soluções, este artigo não se aprofundará, apenas enumerará duas:
Alterar um protocolo de rede principal pode ter impactos negativos imprevisíveis, qualquer pequena vulnerabilidade de segurança na camada subjacente pode ameaçar seriamente a segurança de toda a rede.
2.2 fora da cadeia expansão
Conceito central: solução de escalabilidade que não altera o protocolo da camada principal existente.
A solução de escalabilidade fora da cadeia pode ser subdividida em Layer2 e outras soluções:
3. Fora da cadeia expansão do plano
3.1 Canais de Estado
3.1.1 Resumo
Os canais de estado estipulam que os usuários só precisam interagir com a rede principal quando o canal é aberto, fechado ou em caso de resolução de disputas, realizando as interações entre os usuários fora da cadeia, para reduzir o tempo e o custo das transações, permitindo um número ilimitado de transações.
O canal de estado é um protocolo P2P simples, adequado para aplicações baseadas em turnos, como um jogo de xadrez entre duas pessoas. Cada canal é gerido por um contrato inteligente multi-assinatura que opera na rede principal, que controla os ativos depositados no canal, valida as atualizações de estado e arbitra disputas entre os participantes.
3.1.2 Linha do tempo
3.1.3 Princípios Técnicos
Fluxo de trabalho geral de um canal de estado:
Os participantes abrem o canal depositando fundos no contrato inteligente da mainnet.
Os participantes podem realizar transações ilimitadas fora da cadeia, comunicando-se entre si para atualizar o estado através de mensagens assinadas.
Ao fechar o canal, os participantes submetem o estado final ao contrato da mainnet. Se obtiverem a assinatura de todos, executam imediatamente; caso contrário, devem aguardar o fim do período de contestação.
Em caso de disputa, pode apresentar provas de fraude ao contrato da mainnet para contestar.
3.1.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Desvantagens:
3.1.5 Aplicação
Principais aplicações: rede Lightning do Bitcoin, rede Lightning do Ethereum, Celer Network.
Rede Lightning do Bitcoin:
Rede Relâmpago do Ethereum:
Celer Network:
3.1.6 Comparação de Aplicações
A Lightning Network é a aplicação de canal de estado mais bem-sucedida até agora, com um ecossistema relativamente completo. A rede Thunder desenvolve-se de forma mais lenta. A Celer Network expandiu mais cenários de aplicação através do aumento da camada de incentivos.
3.2 Sidechains
3.2.1 Resumo
O conceito de sidechain foi proposto em 2012 e os primeiros artigos relacionados foram publicados em 2014. A sidechain é uma forma de blockchain que surgiu para acelerar as transações de Bitcoin, podendo utilizar contratos mais complexos ou melhorar o mecanismo de consenso. Quando o resultado das transações da sidechain é finalmente enviado de volta para a mainchain, será registrado no lado do validador.
3.2.2 Linha do tempo
3.2.3 Princípio Técnico
Os principais princípios técnicos das cadeias laterais incluem:
Ancoragem bidirecional: os validadores da cadeia principal e da cadeia lateral registram em tempo real o estado atual um do outro.
Ancoragem não coordenada: os validadores da cadeia lateral devem monitorizar a atividade da cadeia principal, mas a cadeia principal não consegue confirmar o estado da cadeia lateral, sendo necessário introduzir o mecanismo dos Certificadores.
Ativos cross-chain:
A segurança dos ativos na cadeia lateral depende da segurança da cadeia lateral, principalmente do seu mecanismo de consenso.
3.2.4 Vantagens e desvantagens
Vantagens:
Desvantagens:
3.2.5 Aplicação
Principais aplicações: Gnosis Chain( ex-xDai), Polygon, Ronin
Gnosis Chain:
Polygon:
Ronin:
3.2.6 Comparação de Aplicações
A Gnosis Chain foca em pagamentos com stablecoins, o Polygon se desenvolve de forma rápida e abrangente, enquanto o Ronin é projetado especificamente para jogos, mas a sua segurança é questionável. O Polygon está em uma posição de liderança em termos de construção de ecossistemas, inovação tecnológica e força financeira.
3.3 Plasma
3.3.1 Resumo
Plasma é uma estrutura para construir DApps escaláveis. Apareceu como uma solução evolutiva de cadeia lateral, com o objetivo de minimizar a confiança dos usuários nos operadores de cadeia lateral. O princípio básico do Plasma é que, mesmo que a cadeia Plasma sofra uma falha de segurança, os ativos dos usuários ainda podem ser retirados da rede principal.
3.3.2 Linha do tempo
3.3.3 Princípios técnicos
A ideia central do Plasma:
Fluxo do usuário: