O Trilema da Blockchain

O trilema da blockchain, também conhecido como trilema da escalabilidade, formula o principal desafio de escalar sistemas distribuídos. O problema está no fato de que as três propriedades-chave da blockchain (descentralização, segurança e produtividade) não podem ser garantidas para funcionar simultaneamente. Uma rede descentralizada só pode ter alto nível em duas das três características. Ou seja, quando um aspecto é fortalecido, o outro inevitavelmente sofre.

Antes de nos aprofundarmos nas nuances do trilema cripto, vamos definir escalabilidade, segurança e descentralização em termos gerais.

• A escalabilidade da blockchain refere-se à sua capacidade de lidar com mais transações.
• Segurança refere-se à capacidade de proteger os dados da blockchain contra vários ataques e impedir o gasto duplo.
• Descentralização é uma forma de redundância de rede que garante que a rede não seja controlada por um número limitado de entidades.

O Bitcoin ilustra isso. Nesta blockchain, o número de transações por segundo é bastante pequeno, aproximadamente sete, e os blocos são minerados a cada dez minutos. Quando a rede está congestionada, transações com baixas taxas podem demorar muito para serem processadas. O resultado são altos níveis de segurança e descentralização, mas baixa produtividade (ou seja, escalabilidade).

Para melhorar o desempenho, é possível aumentar o tamanho do bloco. Mas então a complexidade disparará e, no fim, apenas grandes pools de mineração conseguirão permanecer na rede. Como resultado, o sistema se tornará mais centralizado. E, se você reduzir o tempo de produção, a segurança será comprometida. Os nós podem não ter tempo suficiente para chegar a um consenso antes que o próximo bloco seja minerado.

Escalabilidade

A rede envolve muitos computadores que, teoricamente, têm poder de computação ilimitado, necessário para resolver diversos problemas. O throughput da rede é um parâmetro fundamentalmente importante, pois mede o número de transações processadas por unidade de tempo.

Segurança

A segurança contra exposição externa vem da criptografia. Os algoritmos de blockchain utilizam criptografia moderna. Todas as transações (entradas na blockchain) são verificadas por meio do procedimento de mineração, que utiliza o algoritmo de consenso Proof-of-Work. Isso significa que cada transação é criptografada antes de ser adicionada à blockchain. Hoje, não existe um método conhecido para quebrar chaves criptográficas fechadas. Isso ocorre porque o atacante precisa conseguir isso dentro de um prazo limitado.

Descentralização

Esse recurso garante segurança contra exposição interna. O banco de dados (blockchain) é armazenado simultaneamente nos computadores de todos os participantes. Essa é uma das principais propriedades da blockchain. Ela se refere à ausência de qualquer órgão centralizado, pessoa ou serviço que tome decisões na rede. O trabalho na rede é distribuído entre os nós e é completamente descentralizado. O algoritmo da rede fornece um procedimento para alcançar consenso entre nós individuais em relação ao estado atual dos dados na rede. Esse mecanismo é conhecido como mecanismo de consenso. Para alterar informações retroativamente, é necessário alterá-las simultaneamente em mais de 50% desses nós. Um hack simultâneo desse tipo, é claro, é teoricamente possível, mas irreal na prática.

Explicando o trilema da blockchain

A solução mais óbvia e fundamental para o problema de congestionamento da rede descrito acima é diminuir o número de participantes que confirmam e adicionam dados à rede. Isso permitirá aumentar a escala e a velocidade. Mas isso enfraquecerá a descentralização quando o controle for transferido para um número menor de participantes. Isso também levará ao enfraquecimento da segurança, já que menos participantes aumentam a probabilidade de ataque.

Assim, surge um trilema: dada a conexão inerente entre descentralização e segurança, o design fundamental da blockchain torna a escalabilidade um desafio. Ao ampliar um aspecto, você enfraquece o outro. Como alcançar escalabilidade sem comprometer a descentralização, a segurança ou ambas?

Solução para o trilema da blockchain

Não existe uma única solução de ouro para o trilema cripto. Mas, dada a importância de resolver essa questão, várias abordagens diferentes foram propostas na comunidade, trazendo resultados interessantes. Vamos revisar alguns dos desenvolvimentos mais populares para lhe dar uma ideia do que está acontecendo nessa área.

Mudanças no algoritmo de consenso

Hoje, existem vários algoritmos de consenso de blockchain, todos os quais resolvem parcialmente o trilema da blockchain. Eles combinam escalabilidade, descentralização e segurança em graus variados. Além do conhecido Proof-of-Work (PoW), existem também outros mecanismos de consenso, como Proof-of-Stake (PoS), Delegated Proof-of-Stake (DPoS), Proof-of-Burn (PoB), Proof-of-Capacity (PoC), Proof-of-Importance (PoI), Proof-of-Authority (PoA), Directed Acyclic Graph (DAG), Leased Proof-of-Stake (LPoS), Proof-of-Time (PoT), Proof-of-Elapsed Time (PoET), Proof-of-Space-Time (PoST), Simple Byzantine Fault Tolerance (SBFT), Delegated Byzantine Fault Tolerance (DBFT) e outros. Os criadores de blockchain escolhem um algoritmo específico com base nos objetivos e tarefas da rede.

Soluções de nível 1

Essas soluções estão diretamente relacionadas à modificação da própria blockchain, especificamente de sua arquitetura. Os desenvolvedores oferecem várias abordagens e soluções para o trilema da blockchain.

Por exemplo, eles propõem o uso de multichains, a implementação de novos métodos de criptografia, sharding e outras técnicas.

Sharding é provavelmente a abordagem mais popular. Ao usar sharding, a blockchain principal é dividida em segmentos, cada um controlando sua parte do registro. Cada segmento é chamado de shard. Em uma organização de rede assim, cada shard processa seu próprio conjunto de transações, o que aumenta o throughput da rede. A blockchain principal coordena todas as atividades dos shards.

Soluções de nível 2

Sharding e vários mecanismos de consenso são considerados decisões de primeiro nível. Eles visam alterar fundamentalmente o design da rede. No entanto, outros desenvolvedores que buscam resolver esse trilema estão trabalhando em soluções que se baseiam na estrutura de rede existente. Em outras palavras, eles acreditam que a resposta está no segundo nível. Exemplos incluem sidechains e state channels.

Sidechain é uma blockchain separada conectada à rede principal. Ela é organizada para transferir ativos entre elas. Sidechains precisam funcionar de acordo com regras diferentes, permitindo maior velocidade e escalabilidade. Da mesma forma, os state channels são outro método de desviar transações da rede principal e aliviar a pressão sobre a camada primária. O status channel utiliza um smart contract em vez de uma cadeia separada. Isso permite que os usuários se comuniquem entre si sem publicar transações na blockchain. Apenas o início e o fim do canal são registrados na blockchain.

Conclusão

Para realizar plenamente seu potencial de mudar o mundo, a tecnologia blockchain enfrenta o trilema da escalabilidade.

Se as redes blockchain só conseguem lidar com um pequeno número de transações por segundo para manter a descentralização e a segurança, será desafiador alcançar uma adoção em larga escala.

No entanto, os métodos dos desenvolvedores para resolver esse problema sugerem que a tecnologia blockchain continuará sendo usada. No futuro, essas redes serão capazes de processar mais dados.