Hoje, existem vários protocolos de blockchain. No entanto, nem todos os protocolos de blockchain podem existir de forma independente. Alguns protocolos de blockchain precisam de uma camada base, enquanto outros não. Aqueles que podem existir de forma independente são blockchains de camada 1.

Os blockchains de camada 1 são redes de blockchain que podem lidar com todos os aspetos da operacionalidade do blockchain, como consenso, segurança e processamento de transações.

As blockchains de camada 1 podem ser comparadas à base de um edifício. Ele fornece a infraestrutura ou arquitetura sobre a qual todas as outras aplicações e protocolos na blockchain são construídos. Além de servir como uma base ou base de construção, as blockchains de camada 1 definem e estabelecem as regras que regem como uma rede blockchain funciona.

Estas regras orientam como as transações são validadas na blockchain e também ajudam a manter o livro-razão distribuído da blockchain. As blockchains da Camada 1 também têm as suas próprias tokens nativas, que são utilizadas para facilitar as transações na blockchain e incentivar os mineradores. O Bitcoin, o Ethereum, o Cardano e o Polkadot são blockchains da Camada 1 populares com BTC, ETH, ADA e DOT como as suas respetivas tokens.

História e Desenvolvimento de Blockchains de Camada 1

O Bitcoin foi introduzido pela primeira vez em 31 de outubro de 2008, quando a personalidade pseudônima Satoshi Nakamoto lançou o livro branco de nove páginas do Bitcoin intitulado 'Bitcoin: Um sistema de caixa eletrônico peer-to-peer.' O livro branco delineou os conceitos e detalhes técnicos do Bitcoin.

Embora o conceito de tecnologia blockchain não fosse totalmente novo, o white paper do Bitcoin lançou mais luz sobre a tecnologia em que o Bitcoin é construído, destacando o seu papel na descentralização do Bitcoin. Embora o Bitcoin tenha sido inicialmente compreendido apenas por entusiastas da tecnologia, a maneira imutável, transparente e segura das transações de Bitcoin fez com que ganhasse popularidade entre novatos em tecnologia. Tudo graças à blockchain subjacente sobre a qual foi construído.

A criação e o lançamento do Bitcoin abriram caminho para a exploração da tecnologia blockchain. Em 2011, Charles “Charlie” Lee, um ex-engenheiro do Google e graduado no MIT, lançou a primeira criptomoeda alternativa (altcoin) conhecida como Litecoin. Embora o litecoin tivesse características semelhantes ao Bitcoin, tinha uma velocidade de transação maior do que o Bitcoin. Ao contrário do Bitcoin, que levava cerca de 10 minutos para confirmar transações, o litecoin tinha um tempo de confirmação de transação de 2,5 minutos.

Como o Bitcoin, o Litecoin utiliza o mecanismo de consenso de prova de trabalho, onde os mineiros devem trabalhar para resolver um quebra-cabeça matemático complexo. Os mineiros que conseguiam resolver o quebra-cabeça matemático recebiam 6,25 Litecoins como incentivo ou recompensa pelo seu esforço. Antes da criação do Litecoin, apenas os utilizadores com dispositivos de mineração especializados podiam participar na mineração de Bitcoin. No entanto, quando o Litecoin foi criado, utilizou o algoritmo de mineração Scrypt.

A vantagem do algoritmo de mineração Scrypt era que ele fornecia melhor segurança. Ele também permitiu que usuários com dispositivos de hardware menos especializados (não ASIC) participassem de seu processo de mineração. Assim como com todas as criptomoedas, o Litecoin testemunhou melhorias significativas. Uma melhoria notável pode ser vista em 2017, quando o Segregated Witness (SegWit) foi implementado no blockchain Litecoin. Esta implementação levou a um aumento na escalabilidade do blockchain Litecoin.

À medida que a indústria da blockchain crescia, os desenvolvedores de blockchain começaram a criar blockchains e criptomoedas que serviriam a diferentes casos de uso, ao mesmo tempo que procuravam melhorar as deficiências do Bitcoin. Em 2012, Jed McCaleb, Arthur Britto e Chris Larsen uniram-se para formar uma empresa chamada OpenCoin, mais tarde renomeada Ripple Labs. Jed McCaleb e seus companheiros criaram o Ripple, um protocolo de pagamento com sua criptomoeda nativa, XRP.

O XRP foi criado principalmente para facilitar pagamentos transfronteiriços rápidos e baratos. Tinha uma blockchain diferente, conhecida como o livro-razão XRP. Ao contrário do Bitcoin, que usa o algoritmo de consenso de prova de trabalho, o livro-razão XRP usa o Algoritmo de Consenso do Protocolo Ripple (RPCA), onde nós conhecidos como listas de nós exclusivos validam e confirmam transações feitas no livro-razão XRP. Litecoin e Ripple continuaram a ter a segunda e terceira maior capitalização de mercado após o Bitcoin, mas isso estava prestes a mudar.

Em 2013, Vitalik Buterin, um programador de computadores, lançou um white paper intitulado "Ethereum: Uma Plataforma de Contrato Inteligente e Aplicação Descentralizada de Próxima Geração." O white paper apresentou o Ethereum ao mundo. O Ethereum tinha um caso de uso muito mais amplo do que o Bitcoin. Além de ser usado para facilitar transações de criptomoedas, o Ethereum é uma plataforma que permite aos usuários construir aplicações descentralizadas.

Depois de Vitalik Buterin publicar o livro branco do Ethereum, vários outros cientistas da computação juntaram-se ao desenvolvimento do projeto Ethereum, incluindo Gavin Wood, Charles Hoskinson, Amir Chetrit, Anthony Di Iorio, Jeffrey Wilcke, Joseph Lubin, entre outros. Os fundadores embarcaram numa Oferta Inicial de Moedas (ICO) para financiar o projeto Ethereum em 2014. Entre 22 de julho e 2 de setembro de 2014, foram angariados impressionantes $18 milhões através desta ICO. Aqueles que investiram na ICO do Ethereum trocaram os seus Bitcoins (BTC) pela moeda nativa do Ethereum, Ether (ETH), com a esperança de que o valor do Ether um dia subisse significativamente.

Embora o Ether tenha sido comprável, o projeto não foi lançado até 30 de julho de 2015, quando a primeira versão do Ethereum, Frontier, foi lançada. Este lançamento finalmente permitiu aos usuários e desenvolvedores usar a blockchain do Ethereum para realizar várias tarefas, desde realizar transações de criptomoeda até criar contratos inteligentes. Após o lançamento da primeira versão do Ethereum, Frontier, o Ethereum passou por várias atualizações.

Uma atualização notável pode ser vista em 15 de setembro de 2022, quando a rede Ethereum adotou o mecanismo de consenso proof-of-stake. Esta mudança foi devido à segurança, escalabilidade e eficiência energética do mecanismo de consenso proof-of-stake, que não é tão intensivo em energia e exigente quanto o mecanismo de consenso proof-of-work que originalmente usava.

O nascimento das blockchains Bitcoin e Ethereum estabeleceu o cenário para o desenvolvimento de várias outras blockchains de nível 1 que ofereciam funcionalidades muito melhoradas. Por exemplo, o GateChain, desenvolvido pela exchange de criptomoedas Gate.io, permite aos usuários superar o roubo de ativos e a perda de chaves privadas. A blockchain Solana, desenvolvida por Anatoly Yakovenko em 2020, oferece escalabilidade aprimorada e velocidade de transação de cerca de 65.000 TPS, e várias outras blockchains de nível 1 foram desenvolvidas.

Entendendo o Trilema Blockchain

O trilema blockchain é um conceito que foi introduzido pela primeira vez por Vitalik Buterin, um dos co-fundadores da Ethereum, em março de 2017. O trilema da blockchain é que é desafiador e um pouco difícil para o blockchain alcançar descentralização, segurança e escalabilidade juntos. Ele sugere que as redes blockchain só podem alcançar duas dessas três propriedades ou recursos enquanto sacrificam uma terceira propriedade.

Descentralização

A descentralização é uma característica central de cada blockchain público. É uma característica que permite aos usuários de um blockchain público realizar transações ponto a ponto sem a necessidade de um intermediário ou autoridade central. A descentralização é importante porque dá aos usuários controle completo sobre seus ativos criptográficos. Uma rede blockchain se tornará mais descentralizada à medida que o número de participantes aumenta. Isso ocorre porque o poder de controle do blockchain é distribuído entre todos os participantes em uma rede blockchain.

Segurança

A segurança é a segunda característica importante de uma blockchain pública. Todas as blockchains públicas devem ser seguras, o que significa que devem resistir à manipulação e aos ataques de agentes mal-intencionados. Para ser seguro, as blockchains usam criptografia e algoritmos de consenso. A criptografia ajuda a proteger a privacidade do usuário e garante a consistência dos dados.

O algoritmo de consenso de prova de trabalho impede que as redes blockchain sejam manipuladas ou adulteradas por atores mal-intencionados. Atores mal-intencionados que queiram manipular uma rede blockchain usando este algoritmo de consenso teriam que obter controle de mais de 51% dos nós na rede, o que é muito difícil.

Para o algoritmo de consenso de prova de participação, os validadores ou aqueles que participariam na confirmação de transações na blockchain Ethereum teriam que apostar 32 ETH. Como cada validador tem algo em jogo, eles devem agir honestamente ou arriscar perder seus fundos.

Escalabilidade

A escalabilidade refere-se à capacidade das redes blockchain de processar um elevado volume de transações sem experimentar qualquer diminuição de desempenho. A escalabilidade das redes blockchain é importante se a tecnologia blockchain pretende competir com os sistemas financeiros tradicionais. Embora a escalabilidade costumasse ser um grande problema para as blockchains de camada 1, estão constantemente a ser feitas pesquisas e melhorias para levar as blockchains de camada 1 a uma escala adequada.

Resolver o Problema de Escalabilidade das Blockchains de Camada 1

Diferentes soluções de escalonamento foram concebidas para tornar os blockchains de camada 1 mais escaláveis e melhorar sua taxa de transferência ou velocidades de processamento. Estes incluem aumento do tamanho do bloco, alteração do mecanismo de consenso, fragmentação e utilização do SegWit.

Aumentar o Tamanho do Bloco

Uma blockchain escalável é aquela cujo bloco pode conter e processar um grande número ou volume de transações de blockchain. Duas maneiras famosas de escalar aumentando o tamanho do bloco são;

1. Atualizando o código da blockchain
2. Testemunha Segregada (SegWit)

Atualizando o Código da Blockchain

Atualizar um código blockchain para aumentar o tamanho de um bloco é uma ótima maneira de escalar e aumentar a taxa de transferência ou a velocidade de processamento de transações de blockchains. Foi exatamente isso que levou à criação do Bitcoin Cash (BCH) no dia 1º de agosto de 2017.

Devido à escalabilidade limitada da blockchain do Bitcoin, alguns membros da comunidade Bitcoin acharam necessário aumentar o tamanho do bloco do Bitcoin de 1 MB para 8 MB. Embora nem todos na comunidade Bitcoin tenham concordado com isso, os defensores dessa ideia continuaram.

Isso levou à criação do Bitcoin Cash, um fork do Bitcoin. O Bitcoin Cash pode processar mais transações do que o Bitcoin, nomeadamente, 100 transações por segundo, em vez das sete transações por segundo do Bitcoin. Embora o Bitcoin Cash possa ser mais escalável do que o Bitcoin, surgiram outras questões em torno de ele não ser bem descentralizado.

Testemunha Segregada (SegWit)

A testemunha segregada ajuda na escalabilidade, reduzindo a quantidade de informações de transação num bloco. Faz isso removendo a assinatura digital e outros dados de testemunha do bloco principal e colocando-os no bloco SegWit. Com parte da carga retirada do bloco principal, este será capaz de conter e processar mais transações. O SegWit foi implementado na blockchain do Bitcoin para permitir transações mais rápidas.

Uma transação de blockchain é geralmente composta por 3 partes principais:

• Input: A entrada refere-se à origem de uma transação. É a pessoa que inicia uma transação de blockchain.
• Saída: A saída refere-se ao destinatário de uma transação. A saída geralmente contém o endereço da carteira do destinatário e a quantidade de criptomoeda sendo enviada.
• Assinatura digital: Uma assinatura digital é uma prova que mostra que a criptomoeda sendo gasta está ligada ao remetente. A assinatura digital verifica a autenticidade do remetente.

Alterando o Mecanismo de Consenso

O mecanismo de consenso refere-se à forma como os participantes da rede em uma rede blockchain chegam a um acordo. Alterar o mecanismo de consenso é uma ótima maneira de melhorar a escalabilidade das blockchains. Essa é uma das razões pelas quais a Ethereum mudou de um mecanismo de consenso de prova de trabalho para um mecanismo de consenso de prova de participação.

Embora o mecanismo de consenso de prova de trabalho forneça mais segurança a uma rede blockchain, ele limita a escalabilidade. Alterar o mecanismo de consenso é uma ótima maneira de levar uma rede blockchain a uma escala. No entanto, desenvolver um novo mecanismo de consenso frequentemente requer anos de pesquisa e planeamento preciso.

Camada 1 Sharding

O compartilhamento é uma forma de particionamento de banco de dados onde um banco de dados blockchain é dividido em partes menores para processar transações simultaneamente. O que isso significa é que, no sharding, uma rede blockchain é dividida em subconjuntos conhecidos como fragmentos. Cada fragmento é composto por uma coleção de nós ou computadores. Após a divisão, cada fragmento recebe transações diferentes para verificação.

Assim, digamos que uma rede blockchain compreenda 1.000 nós ou computadores. Os nós podem ser divididos em 10 fragmentos, cada um com cerca de 100 nós. Supondo que 10 transações precisam ser verificadas. Cada fragmento, composto por 100 nós, irá verificar uma transação até que todas as 10 transações sejam verificadas. Desta forma, as transações são verificadas simultaneamente e rapidamente.

Exemplos de Blockchains de Camada 1

Bitcoin e Ethereum são os exemplos mais famosos de blockchains de camada 1. O Bitcoin utiliza o mecanismo de consenso de prova de trabalho, enquanto o Ethereum atualmente utiliza o mecanismo de consenso de prova de participação. Outros exemplos de blockchains de camada um são Solana, Avalanche, Flow, Cardano e Cosmos.

Solana

Solana é uma plataforma de blockchain de código aberto criada por Anatoly Yakovenko, um ex-funcionário da Qualcomm, em 2017. Anatoly criou o Solana para resolver o problema de escalabilidade que afetava os protocolos de blockchain existentes na época. O Solana utiliza a combinação de um algoritmo de consenso de prova de participação e prova de histórico. Para cada transação que ocorre na blockchain Solana, a prova de histórico cria um carimbo de data/hora, que posteriormente melhora a escalabilidade do Solana.

Origem:Solana.com

A escalabilidade aumentada da blockchain Solana torna possível processar milhares de transações por segundo. O token nativo da Solana, SOL, foi lançado em março de 2020. O token SOL é usado como meio de troca na blockchain Solana e cresceu para estar entre as 10 principais criptomoedas, com uma capitalização de mercado de mais de $47 bilhões.

Avalanche

A Avalanche é um blockchain de nível 1 lançado por Emin Gun Sirer, o CEO da Avalabs, em 2020. O blockchain avalanche usa o algoritmo de consenso Snow e também tem seu token de criptomoeda nativo conhecido como AVAX, que é usado para facilitar transações na rede blockchain avalanche.

Origem. avax.network

Desde seu lançamento em 2020, a Avalanche cresceu para ter uma capitalização de mercado de cerca de US$ 14 bilhões, com sua moeda, AVAX, entre as 10 principais criptomoedas. O blockchain avalanche visa melhorar a escalabilidade e a velocidade de processamento de transações do blockchain e outros protocolos blockchain.

Fluxo

A blockchain Flow foi criada pela Dapper Labs, o criador do jogo blockchain cryptokitties, em 2009. A blockchain Flow foi criada para oferecer soluções escaláveis para jogos blockchain, NFTs e outras aplicações na rede blockchain.

Origem: Flow.com

A blockchain Flow utiliza o algoritmo de consenso de prova-de-apostas e tem a sua própria criptomoeda nativa conhecida como FLOW, que facilita transações na blockchain flow. A Flow cresceu para ter uma capitalização de mercado de $1.05 biliões.

Cardano

Cardano é uma blockchain de camada 1 de código aberto que foi criada por Charles Hoskinson, um dos co-fundadores do Ethereum. Embora tenha sido criada em 2015, só foi lançada em 2017. Cardano foi criada para resolver as insuficiências dos protocolos de blockchain existentes, relacionadas com questões de escalabilidade e interoperabilidade.

Fonte: Cardanofeed.com

Cardano permitiu aos desenvolvedores e usuários construir aplicativos descentralizados (DApps) e suportou contratos inteligentes. A blockchain do Cardano tem sua própria moeda nativa conhecida como ADA. Com uma capitalização de mercado de cerca de $19 bilhões, o Cardano ganhou muita popularidade na indústria blockchain, com sua moeda nativa, ADA, classificando-se entre as 10 principais criptomoedas.

Cosmos

A blockchain Cosmos foi criada em 2014 e lançada em 2019. Cosmos é uma blockchain de camada-0, o que significa que blockchains de camada-1 podem existir nela. Como uma blockchain de camada-0, o Cosmos possui uma infraestrutura que as blockchains de camada-1 podem usar para criar seus ecossistemas. Atualmente, existem mais de 260 blockchains que fazem parte do ecossistema Cosmos, razão pela qual as pessoas a chamam de “uma internet de blockchains.”

Origem: cosmos.network

O volume de ativos digitais transacionados no protocolo Cosmos agora ultrapassa os $150 bilhões. Nada é surpreendente sobre este desenvolvimento, considerando que a blockchain relevante hospeda muitas dApps, jogos, mercados e projetos. Cosmos aprimora a finalização rápida de transações, escalabilidade, segurança e interoperabilidade entre blockchains.

Camada 1 vs Blockchains de Camada 2

Além dos blockchains de camada 1 que servem como o bloco de construção de uma rede de criptomoedas, há também blockchains de camada 2. Um blockchain de camada 2 é construído em um blockchain de camada 1. Embora os blockchains de camada 2 dependam da segurança e descentralização dos blockchains de camada 1, eles são muito mais escaláveis do que os blockchains de camada 1. Portanto, os blockchains de camada 2 têm uma taxa de transferência ou velocidade de transação maior do que os blockchains de camada 1.

Assim como as blockchains de camada 1, as blockchains de camada 2 têm suas próprias soluções de dimensionamento que lhes permitem transacionar volumes mais elevados de transações em sua rede blockchain. Algumas dessas soluções de dimensionamento incluem; rollups, side chains e canais de estado.

Rollups

Rollup é o processo pelo qual diferentes transações são agrupadas numa única transação. Em vez de processar individualmente transações na rede blockchain, várias transações diferentes são retiradas da blockchain e processadas como uma única transação off-chain, após o que são trazidas de volta e registadas na blockchain principal. O Rollup é uma solução eficaz de escalabilidade, pois aumenta o número de transações que podem ser processadas por segundo.

Cadeias Laterais

As side chains são redes blockchain que processam transações de forma independente. Elas têm seu próprio mecanismo de consenso e seu próprio conjunto de validadores que lhes permitem processar transações de forma independente da cadeia principal. Com side chains, as blockchains de camada 2 conseguem processar mais transações ao mesmo tempo.

Canais de Estado

Os canais de estado são bastante semelhantes às side chains, as suas transações são registadas off-chain. No entanto, estas transações são normalmente registadas em massa. Quando a maioria das transações é processada completamente, este estado 'completo' é transmitido para a main chain, após o que as transações em massa são registadas na main chain. Desta forma, as blockchains de camada 2 podem processar mais transações na sua main chain ou rede blockchain.

Resumo das Soluções de Escalonamento de Blockchains de Camada 1 e Camada 2

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Conclusão

Já vimos que as blockchains de camada 1 são a base ou fundação de todas as redes blockchain. Elas definem as regras que regem o funcionamento de uma blockchain. Embora possam ter um alto nível de segurança e descentralização, a escalabilidade é frequentemente um dos seus maiores desafios.

No entanto, como a pesquisa está constantemente em andamento para melhorar a escalabilidade dos blockchains de camada 1, podemos esperar melhorias notáveis e blockchains que seriam capazes de processar transações de criptomoedas de alto volume.

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