O que é uma camada 1 na criptografia?

No contexto da tecnologia blockchain, a Camada 1 (L1) refere-se ao protocolo base ou ao próprio blockchain subjacente. É a camada primária do blockchain que estabelece as regras e protocolos fundamentais do sistema. Em termos mais simples, a Camada 1 refere-se à principal rede blockchain responsável por validar transações, manter o livro-razão e criar novos blocos.

Os protocolos da camada 1 são frequentemente chamados de protocolos da “camada base”, pois servem como base para toda a rede blockchain. Esses protocolos podem ser considerados os blocos de construção fundamentais do blockchain, fornecendo funcionalidades essenciais, como mecanismos de consenso, validação de bloco e recursos de segurança.

Uma das principais características dos protocolos da Camada 1 é a sua capacidade de processar transações de forma descentralizada e sem confiança. Isto é conseguido através da utilização de mecanismos de consenso, que permitem que os nós da rede cheguem a um consenso sobre a validade das transações sem a necessidade de uma autoridade centralizada.

Um dos protocolos da Camada 1 mais conhecidos é o Bitcoin, que está em operação desde 2009. Outros protocolos populares da Camada 1 incluem Ethereum, Bitcoin Cash e Litecoin. Cada um desses protocolos possui recursos e características exclusivos, como tempo de bloqueio, tamanho do bloco e taxa de transferência de transação, que determinam seu desempenho geral.

Os protocolos da camada 1 são normalmente projetados para serem seguros e imutáveis, o que significa que, uma vez confirmada e adicionada à blockchain, uma transação não pode ser alterada ou excluída. Isto os torna ideais para casos de uso onde a transparência, a segurança e a imutabilidade são críticas, como em transações financeiras, gestão da cadeia de suprimentos e sistemas de votação.

Embora os protocolos da Camada 1 sejam incrivelmente poderosos, eles também apresentam algumas limitações, como problemas de escalabilidade. À medida que o número de transações na rede cresce, o tempo e o custo necessários para processar as transações podem aumentar significativamente. Isso levou ao desenvolvimento de soluções de escalonamento da Camada 2.

O que é uma camada 2 na criptografia?

Uma solução de escalonamento de Camada 2 é um protocolo fora da cadeia construído sobre um blockchain de Camada 1 para aumentar sua escalabilidade e rendimento sem sacrificar a segurança. As soluções da Camada 2 podem ser usadas para uma variedade de aplicações, como pagamentos, contratos inteligentes e exchanges descentralizadas. Ao mover parte do processamento de transações para fora da cadeia, as soluções da Camada 2 podem reduzir significativamente o número de transações que precisam ser processadas na blockchain principal, resultando em transações mais rápidas e baratas.

Uma das soluções de escalonamento da Camada 2 mais populares é a Lightning Network, que foi originalmente desenvolvida para Bitcoin, mas desde então também foi adaptada para outras criptomoedas. A Lightning Network permite transações instantâneas e de baixo custo, criando canais de pagamento entre usuários, permitindo-lhes realizar transações fora da cadeia sem ter que esperar por confirmações na blockchain principal.

Outro exemplo de solução da Camada 2 é o Plasma, desenvolvido por Vitalik Buterin e Joseph Poon. O Plasma usa uma estrutura semelhante a uma árvore de cadeias laterais para processar transações fora da cadeia e periodicamente envia um resumo dessas transações para a cadeia de blocos principal. Isso permite que um grande volume de transações seja processado, mantendo a segurança do blockchain principal.

Os canais estaduais são outro tipo de solução da Camada 2 que permitem transações fora da cadeia entre usuários. Os canais estaduais funcionam criando um canal privado entre dois usuários, permitindo-lhes realizar transações fora da cadeia sem envolver o blockchain principal. Uma vez fechado o canal, o estado final do canal é comprometido com o blockchain principal, garantindo a segurança da transação.

As soluções rollup são um tipo mais recente de solução de Camada 2 que ganhou popularidade nos últimos anos. Os rollups usam contratos inteligentes para agrupar transações fora da cadeia e, em seguida, enviar periodicamente um resumo dessas transações para a blockchain principal. Existem dois tipos de rollups: rollups ZK, que usam provas de conhecimento zero para provar a validade das transações fora da cadeia, e rollups otimistas, que assumem que as transações são válidas, salvo prova em contrário.

As soluções da Camada 2 têm diversas vantagens sobre as soluções da Camada 1. Por um lado, eles podem aumentar significativamente a escalabilidade e o rendimento de uma blockchain sem sacrificar a segurança. Eles também podem reduzir as taxas de transação e aumentar a velocidade das transações, tornando-os mais práticos para o uso diário. Além disso, as soluções da Camada 2 podem ser construídas sobre qualquer blockchain da Camada 1, o que significa que podem ser usadas para escalar qualquer criptomoeda.

No entanto, as soluções da Camada 2 também apresentam algumas desvantagens. Por um lado, podem ser complexos e difíceis de implementar, o que pode limitar a sua adoção. Além disso, como as soluções da Camada 2 dependem do processamento fora da cadeia, podem ser menos seguras do que as soluções da Camada 1, o que pode torná-las vulneráveis a ataques. Finalmente, como as soluções da Camada 2 são construídas sobre blockchains da Camada 1, elas são limitadas pela capacidade do blockchain subjacente.

O que são soluções de escalonamento?

No mundo das criptomoedas, um dos maiores desafios enfrentados pela tecnologia blockchain é a escalabilidade. Escalabilidade refere-se à capacidade de uma rede blockchain de lidar com um grande volume de transações de maneira oportuna e econômica. À medida que a popularidade dos aplicativos baseados em blockchain continua a crescer, também aumenta a demanda por processamento de transações mais rápido e eficiente. É aqui que entram as soluções de dimensionamento.

Soluções de escalonamento são tecnologias que operam acima do protocolo blockchain para aumentar a velocidade e a eficácia do blockchain subjacente. Essas soluções são projetadas para enfrentar o desafio da escalabilidade, processando transações fora da rede principal. Isso ajuda a aliviar a carga da rede blockchain principal e a reduzir as taxas de transação, ao mesmo tempo que mantém a segurança e a integridade da blockchain.

O objetivo das soluções de escalabilidade é permitir que as redes blockchain processem um volume maior de transações sem comprometer a velocidade, o custo ou a segurança. Ao transferir parte do trabalho de processamento para soluções de Camada 2, a principal rede blockchain pode se concentrar em suas funções principais, ao mesmo tempo em que se beneficia da eficiência e escalabilidade adicionais dessas soluções.

Um cronograma de problemas e soluções de dimensionamento

Desde o seu início, o dimensionamento tem sido uma questão crítica enfrentada pela indústria de blockchain. Bitcoin, a primeira rede blockchain, só pode lidar com um número limitado de transações por segundo (TPS). Esta limitação tem sido uma barreira significativa à adoção, pois pode levar vários minutos para confirmar uma transação, levando a tempos de processamento lentos e taxas elevadas. Esse problema impulsionou o desenvolvimento de inúmeras soluções de escalonamento, algumas das quais exploraremos nesta seção.

Uma das primeiras soluções de dimensionamento foi o aumento do tamanho dos blocos. O Bitcoin inicialmente tinha um limite de tamanho de bloco de 1 MB, que posteriormente foi aumentado para 2 MB. No entanto, esta abordagem tinha as suas limitações, uma vez que blocos maiores requerem mais espaço de armazenamento, aumentando o custo de funcionamento de um nó e potencialmente levando à centralização. A comunidade Bitcoin também ficou dividida quanto a essa abordagem, levando à criação de uma rede bifurcada chamada Bitcoin Cash, que aumentou o tamanho do bloco para 8 MB.

Outra solução de escalonamento é conhecida como Lightning Network, proposta pela primeira vez em 2015 por Joseph Poon e Thaddeus Dryja. A Lightning Network opera sobre o blockchain Bitcoin e permite aos usuários realizar transações fora da cadeia por meio da criação de canais de pagamento. Esta abordagem pode, teoricamente, escalar o Bitcoin para milhões de TPS, mantendo as taxas baixas.

Ethereum, outra rede blockchain líder, também enfrentou desafios de escala devido à sua popularidade e ao número crescente de aplicativos descentralizados (dApps) construídos sobre ela. Uma das primeiras soluções propostas para Ethereum foi chamada Plasma, que visava escalar a rede criando múltiplas cadeias secundárias ou cadeias laterais que pudessem processar transações de forma independente. No entanto, o Plasma enfrentou vários desafios técnicos e o seu desenvolvimento acabou por ser interrompido.

Outra solução para dimensionar o Ethereum é conhecida como fragmentação. A fragmentação envolve a divisão da blockchain Ethereum em partes menores, ou fragmentos, que podem processar transações de forma independente, aumentando o TPS geral da rede. Ethereum está atualmente trabalhando na implementação de sharding como parte de sua atualização Ethereum 2.0.

Rollups são outra solução para dimensionar o Ethereum que ganhou popularidade nos últimos anos. Os rollups envolvem o agrupamento de múltiplas transações em uma única transação que é processada no blockchain Ethereum, reduzindo o número de cálculos necessários e aumentando o TPS. Os rollups podem ser classificados em rollups otimistas e ZK, dependendo da tecnologia subjacente usada.

A solução de escalonamento conhecida como Optimistic Rollups foi proposta pela primeira vez pelo Plasma Group em 2018. Os Optimistic Rollups permitem agrupar múltiplas transações em uma única transação, que é processada fora da cadeia, reduzindo o número de cálculos necessários e aumentando o TPS. As transações são então agregadas e postadas na blockchain Ethereum, permitindo transações mais rápidas e baratas, ao mesmo tempo que mantém a segurança e a descentralização da blockchain subjacente.

ZK-Rollups são outro tipo de rollup que usa provas de Conhecimento Zero (ZK) para agrupar transações em uma única transação. Esta abordagem elimina a necessidade de processamento fora da cadeia e permite que mais transações sejam processadas em um único bloco, mantendo a segurança e a descentralização do blockchain. ZK-Rollups foram introduzidos pela primeira vez pelo Matter Labs em 2019 e ganharam atenção significativa nos últimos anos.

Comparação entre Camadas 1 e Camadas 2

A Camada 1 e a Camada 2 são conceitos importantes no ecossistema blockchain. Cada camada serve a um propósito específico e as duas camadas trabalham juntas para fornecer uma rede blockchain escalável e eficiente. Aqui compararemos as duas camadas, destacando os pontos fortes e fracos de cada uma.

A camada 1 é a camada base do blockchain. Consiste no protocolo central do blockchain e é responsável por gerenciar o mecanismo de consenso, validar transações e manter o estado do blockchain. A camada 1 é onde a criptomoeda nativa do blockchain é emitida e onde todas as transações são processadas. Bitcoin, Ethereum e outros blockchains importantes operam na Camada 1.

A Camada 2 é construída sobre a Camada 1 e fornece funcionalidades adicionais à rede blockchain. Ele foi projetado para melhorar a escalabilidade e a eficiência do blockchain, descarregando parte do processamento da Camada 1. As soluções da Camada 2 incluem canais de estado, plasma, rollups e sidechains.

O mecanismo de consenso da Camada 1, como prova de trabalho (PoW) ou prova de aposta (PoS), garante a integridade e imutabilidade do blockchain. A camada 1 também é descentralizada, o que significa que nenhuma entidade pode controlar a rede. Isto torna a Camada 1 ideal para armazenar ativos de alto valor e realizar transações que exigem um alto nível de segurança.

No entanto, o poder de processamento necessário para manter o mecanismo de consenso é elevado, o que limita o rendimento da rede. Isso torna a Camada 1 menos eficiente e menos escalável do que as soluções da Camada 2. A Camada 1 também tem taxas de transação mais elevadas em comparação com a Camada 2, o que a torna menos atrativa para micropagamentos e outras transações de baixo valor.

As soluções da Camada 2, por outro lado, são projetadas para melhorar a escalabilidade e a eficiência do blockchain. Ao descarregar parte do processamento da Camada 1, a Camada 2 pode processar transações mais rapidamente e com menor custo. A Camada 2 também permite funcionalidades de contratos inteligentes mais complexas que não são possíveis na Camada 1 devido à sua capacidade limitada de processamento.

As soluções da Camada 2 podem processar um número muito maior de transações por segundo em comparação com a Camada 1. Isso torna a Camada 2 ideal para casos de uso que exigem alto rendimento de transações, como jogos online ou negociações de alta frequência. A Camada 2 também tem taxas de transação mais baixas em comparação com a Camada 1, o que a torna mais adequada para micropagamentos e outras transações de baixo valor.

A segurança das soluções da Camada 2 depende da segurança da Camada 1, e uma Camada 1 comprometida pode afetar a segurança da Camada 2. A Camada 2 também requer suposições de confiança adicionais em comparação com a Camada 1, pois o processamento é feito por um conjunto menor de nós. ou entidades confiáveis. Isto torna a Camada 2 menos adequada para armazenar ativos de alto valor ou realizar transações que exijam um alto nível de segurança.

Soluções de escalonamento de camada 2

As soluções de escalonamento de camada 2 são um tipo popular de solução de escalonamento que opera no topo da rede blockchain principal. Estas soluções visam enfrentar o desafio da escalabilidade processando transações fora da rede principal. Ao fazer isso, as soluções da Camada 2 podem aumentar significativamente a velocidade e a eficiência do processamento de transações, ao mesmo tempo que reduzem a carga na rede blockchain principal.

Um exemplo de solução de escalonamento de Camada 2 são os rollups de conhecimento zero (ZK-Rollups), que serão abordados em profundidade ao longo deste curso. Os ZK-Rollups usam uma técnica criptográfica chamada provas de conhecimento zero para agrupar múltiplas transações em um transação única, que é então enviada para a rede blockchain principal. Isto ajuda a reduzir o número de transações que precisam ser processadas pela rede principal, ao mesmo tempo que mantém a segurança e integridade da blockchain.

Outro exemplo de solução de escalonamento de Camada 2 são os Optimistic Rollups. Os Optimistic Rollups funcionam processando transações fora da cadeia e, em seguida, enviando um resumo dessas transações para a rede blockchain principal. Este resumo é então verificado pela rede principal, garantindo que as transações sejam precisas e seguras. Ao processar transações fora da cadeia, os Optimistic Rollups podem aumentar significativamente a velocidade e a eficiência do processamento de transações, ao mesmo tempo que reduzem as taxas de gás associadas a essas transações.

Benefícios de usar soluções Layer-2

As soluções de camada 2 oferecem vários benefícios em relação às redes blockchain tradicionais. Aqui estão algumas das vantagens mais significativas:

1. Transações por segundo aprimoradas (TPS): As soluções de camada 2 podem processar um volume muito maior de transações por segundo do que as redes blockchain tradicionais. Ao processar transações fora da rede principal, as soluções da Camada 2 podem aumentar significativamente a velocidade e a eficiência do processamento de transações, o que é fundamental para aplicações baseadas em blockchain que exigem processamento de transações rápido e confiável.

2. Taxas de gás reduzidas: As taxas de gás referem-se às taxas de transação que os usuários devem pagar para usar uma rede blockchain. Uma grande vantagem das soluções Layer-2 é que elas podem reduzir significativamente as taxas de gás associadas às transações. Ao processar transações fora da cadeia, as soluções da Camada 2 podem reduzir a carga na rede blockchain principal, o que leva a taxas de gás mais baixas para os usuários.

3. Segurança Preservada: As soluções de Camada 2 são projetadas para manter a segurança e a integridade do blockchain subjacente. Ao usar técnicas criptográficas como provas de conhecimento zero e computação verificável, as soluções da Camada 2 podem garantir que as transações sejam precisas e seguras, mesmo quando processadas fora da rede principal.

4. Redes Específicas de Aplicações: As soluções de camada 2 podem ser personalizadas para atender às necessidades específicas de diferentes aplicações baseadas em blockchain. Por exemplo, algumas soluções da Camada 2 são projetadas especificamente para aplicações financeiras descentralizadas (DeFi), enquanto outras são projetadas para tokens não fungíveis (NFTs) ou aplicações de jogos. Isso permite que os desenvolvedores criem aplicativos mais eficientes e especializados na rede blockchain.

Comparação de soluções de escalonamento de Camada 2 e Camada 1

As soluções de escalonamento da Camada 1 e as soluções de escalonamento da Camada 2 são duas abordagens distintas para enfrentar o desafio de escalabilidade em redes blockchain. Enquanto as soluções da Camada 1 se concentram em melhorar a própria rede blockchain principal, as soluções da Camada 2 operam acima da rede principal e processam transações fora da cadeia. Aqui está uma visão mais detalhada de como as duas soluções se comparam:

Velocidade e eficiência

As soluções da Camada 2 podem processar um volume maior de transações por segundo do que as soluções da Camada 1. Ao processar transações fora da cadeia, as soluções da Camada 2 podem aumentar significativamente a velocidade e a eficiência do processamento de transações, o que é fundamental para aplicações baseadas em blockchain que exigem processamento de transações rápido e confiável.

Segurança

As soluções da Camada 1 e da Camada 2 são projetadas para manter a segurança e a integridade do blockchain subjacente. No entanto, as soluções da Camada 2 dependem de técnicas criptográficas, como provas de conhecimento zero e computação verificável, para garantir que as transações sejam precisas e seguras, mesmo quando processadas fora da rede principal.

Taxas de gás

As taxas de gás são as taxas de transação que os usuários devem pagar para usar uma rede blockchain. As soluções de camada 2 podem reduzir significativamente as taxas de gás, pois processam transações fora da cadeia e reduzem a carga na rede principal. As soluções da camada 1, por outro lado, podem exigir taxas de gás mais altas para acomodar o aumento do processamento de transações na rede principal.

Flexibilidade

As soluções da Camada 2 são mais flexíveis que as soluções da Camada 1 em termos de personalização para aplicações específicas. As soluções de camada 2 podem ser adaptadas para atender às necessidades específicas de diferentes aplicações baseadas em blockchain, permitindo que os desenvolvedores construam aplicações mais eficientes e especializadas na rede blockchain.

Complexidade

As soluções da Camada 2 são frequentemente mais complexas do que as soluções da Camada 1, pois requerem infraestrutura adicional e técnicas criptográficas para processar transações fora da cadeia. Essa complexidade adicional pode tornar mais desafiador para os desenvolvedores criar aplicativos com base em soluções de Camada 2.

Interoperabilidade

As soluções da Camada 1 podem ser mais interoperáveis do que as soluções da Camada 2, pois operam diretamente na rede blockchain principal. Isso torna mais fácil para diferentes redes blockchain se comunicarem entre si e para os usuários moverem ativos entre diferentes redes. As soluções de camada 2, por outro lado, podem exigir infraestrutura de interoperabilidade adicional para facilitar as transações entre cadeias.

Destaques

• As soluções de escalonamento visam aumentar a velocidade e a eficácia das redes blockchain.
• Soluções de escalabilidade são tecnologias que operam acima de um protocolo blockchain para enfrentar o desafio de escalabilidade das redes blockchain.
• Exemplos de soluções de escalonamento de camada 2 incluem rollups de conhecimento zero (ZK-Rollups) e rollups otimistas.
• As soluções de camada 2 oferecem transações aprimoradas por segundo, taxas de gás mais baixas, segurança preservada e redes específicas para aplicativos.
• As soluções da Camada 2 oferecem maior velocidade e eficiência, taxas de gás reduzidas, maior flexibilidade e podem ser adaptadas para atender às necessidades específicas de diferentes aplicações baseadas em blockchain, enquanto as soluções da Camada 1 são mais interoperáveis e podem exigir menor complexidade.