Problema de Escalabilidade da Bitcoin
A Bitcoin só pode processar 7-10 transações por segundo. Para melhorar a escalabilidade, existem forks, Testemunha Separada (SegWit) e Lightning Network, etc. Este artigo vai guiá-lo pelas vantagens e desvantagens dessas soluções de escala.
Por causa do “Triângulo Impossível”, descentralização, segurança e escalabilidade só podem ser conseguidos dois em cada três na indústria do blockchain. A bitcoin, a criptomoeda original, estabelece a fasquia extremamente alta para descentralização e segurança, mas fica aquém em termos de escalabilidade. Para a rede Bitcoin:
Transações por segundo (TPS) = Número de transações por bloco/tempo do bloco
Transações por bloco = Tamanho do bloco/tamanho médio da transação
Atualmente, a rede Bitcoin tem um tamanho de bloco de 1 Mb e o tempo dos blocos é de cerca de 10 minutos, e se o tamanho médio da transação for 0,25 kb, então um bloco contém cerca de 4000 transações. Então o TPS calculado é cerca de 7ou seja, apenas 7 transações podem ser processadas por segundo, o que obviamente não atende à demanda de crescimento rápido.
Para resolver o problema de escalabilidade da Bitcoin, foram propostas várias soluções, as básicas podem ser divididas em dois tipos de esquemas de escala de Camada 1 e Camada 2
Solução de Escala de Camada 1: Forqueta e SegWit
A Camada 1 refere-se à própria blockchain Bitcoin, enquanto a solução de escala de camada 1 se refere a modificar a natureza da própria blockchain para aumentar o seu TPS. De acordo com a fórmula, TPS = tamanho do bloco/(tempo do bloco * tamanho médio da transação), aumentar o tamanho do bloco, reduzir o tempo do bloco e comprimir o tamanho da transação pode melhorar o TPS da Bitcoin. No entanto, devido às limitações da velocidade da transferência de dados no mundo físico, a redução do tempo do bloco vai reduzir a segurança do sistema. É por isso que aumentar o tamanho do bloco e comprimir o tamanho da transação são os dois métodos principalmente considerados.
Garfo Bitcoin: Aumentar o tamanho do bloco
“Scaling up” é indiscutivelmente a maneira mais óbvia de aumentar o TPS da Bitcoin.
Historicamente, a procura por blocos resultou em dois grandes garfos em Bitcoin, o que resultou em duas novas cadeias de blocos e fichas, BCH e BCHSV. Bifurcação está essencialmente duplicar uma cópia do código principal da Bitcoin e mudar partes dele para otimizar o desempenho conforme necessário, mas ainda existem prós e contras para essa abordagem que deve ser ponderada.
Garfo da bitcoin devido a desacordo da comunidade sobre direção futura
Porque a Bitcoin é uma blockchain de código aberto, é desenvolvida por uma comunidade de pessoas que pensam do mesmo modo. Quando os membros da comunidade Bitcoin discordam sobre a direção futura da Bitcoin, pode ocorrer um garfo.
Alguns membros da comunidade, por exemplo, podem querer aumentar o tamanho do bloco da Bitcoin a fim de melhorar a escalabilidade e reduzir os tempos de espera e custos das transações. Outros membros podem acreditar que o tamanho original do bloco deve ser mantido para garantir a segurança da rede, ou podem ter opiniões diferentes sobre o acordo de consenso Bitcoin por motivos técnicos... Tais diferenças de opinião podem resultar num garfo.
BCH estava bifurcado em 2017 e BCHSV estava bifurcado em 2018 com base no BCH
Em agosto de 2017, alguns mineiros a favor de blocos maiores concentraram o seu poder computacional e bifurcaram a blockchain Bitcoin, criando BCH (Bitcoin Cash) e aumentando o tamanho do bloco para 8Mb. Em novembro de 2018, sob a influência de membros radicais na comunidade BCH, o BCHSV foi bifurcado para apoiar o chamado “mega-bloco” ou mesmo o “bloco ilimitado”.
O tamanho do bloco aumenta o limite do nó, a segurança não pode ser garantida após bifurcação
No entanto, existem muitos problemas em simplesmente aumentar o tamanho do bloco. À medida que o tamanho de um único bloco aumenta, a carga de hardware num único nó cresce significativamente e os nós que não podem pagar o hardware associado vão gradualmente desaparecer da rede. Além disso, o tamanho do bloco aumenta enquanto a velocidade da transferência de dados entre nós e a capacidade de processamento de dados dos nós dificilmente melhora, o que ameaçará a segurança e a estabilidade do sistema Bitcoin. Portanto, a solução de expansão do tamanho do bloco realmente vem ao custo da descentralização e da segurança.
Testemunha segregada (SegWit): Separar as mensagens de transação para comprimir o tamanho dos dados
Quando a Bitcoin foi projetada pela primeira vez, o Satoshi Nakamoto limitou o tamanho do bloco que contém transações a 1Mb, onde os dados da transação contêm tanto as informações básicas sobre a transação como as informações sobre a assinatura dos comerciantes. A tecnologia SegWit, por outro lado, aumenta o número de transações que podem estar contidas num bloco em cerca de 40% separando as assinaturas com script das informações da transação e armazenando-as no cabeçalho do bloco, sem violar as regras de auditoria em bloco.
Refletido nos endereços Bitcoin, os que começam com caracteres como 3 ou bc são endereços de carteira ativados para SegWits, enquanto os endereços que começam com o número 1 são endereços mais antigos.
Uma verificação no BlockChain.com para os blocos recentes cunhados mostra que a maioria dos blocos novos vêm com a tecnologia Segwit. Obrigado a Segwit, o tamanho real destes blocos excede os 1Mb. E mais, em 14 de novembro de 2021, a rede Bitcoin também impulsionou novas atualizações do Taproot sobre o SegWit, melhorando ainda mais a estabilidade, a segurança e a privacidade da rede.
Escala Camada2: Rede de Relâmpagos
Scaling de Camada2 também é conhecido como scaling off-chain, que é uma solução de desempenho escalável fora da rede principal para melhorar a velocidade de processamento da transação e a eficiência da rede Bitcoin criando outra camada da rede.
As soluções da Camada Common 2 incluem Side Chain, Plasma, Canais de Estados, Rollup, etc. Para a Bitcoin, a solução de camada 2 mais proeminente é a Lightning Network, que foi criada em 2015.
Rede de relâmpagos
A Bitcoin Lightning Network é um sistema de pagamentos descentralizado que tem como objetivo tornar as transações com bitcoin mais rápidas, seguras e mais económicas. As transações na Rede Bitcoin podem ser lentas porque devem ser confirmadas por vários nós antes de serem gravadas na blockchain.
A Lightning Network foi criada para resolver esses problemas.
Integrar canais de pagamento entre vários utilizadores e agregar mensagens de transações a publicar na rede principal
A Lightning Network basicamente estabelece canais de pagamento entre dois utilizadores, permitindo transações fora da cadeia (normalmente pagamentos pequenos), o que alivia a rede principal da procura de transações e permite que as transações sejam processadas mais rapidamente. Os nós Lightning Network podem conectar canais de pagamento entre vários usuários antes de consolidar toda a informação do canal numa única transação e enviá-la para a rede principal Bitcoin para gravação permanente.
Como resultado, apenas a primeira e última transação num canal de pagamento é válida na blockchain Bitcoin; todas as outras transações entre as duas partes são off-chain.
Para construir o canal de pagamentos, ambas as partes devem submeter uma certa quantidade de bitcoins, que também serão armazenadas na blockchain bitcoin até que o canal seja desativado ou fechado. A quantidade total de bitcoins que ambas as partes podem negociar neste canal de pagamento não pode exceder o número de bitcoins enviadas, mas pode ser feito um número ilimitado de transações sem taxas.
Preocupações com a Rede Relâmpagos: a velocidade ainda limitada pela rede principal, segurança dos nós e um limite de utilização elevado
A Rede Lightning parece ser uma boa solução para o problema de escalabilidade da Bitcoin à primeira vista. Ainda não foi amplamente adotado e tem as seguintes limitações:
A velocidade ainda é limitada pelo desempenho da rede principal: a velocidade de transação da Lightning Network ainda é limitada pelo desempenho da rede principal, com uma velocidade máxima de transação de apenas algumas dezenas de transações por segundo.
Preocupações com segurança: Visto que a Rede de Relâmpagos é descentralizada, a sua segurança depende da segurança de cada nó. Se houver uma falha de segurança num nó, toda a Rede de Raios pode ser afetada.
Dificuldade de usar: A Rede de Relâmpagos ainda é difícil de usar.
DESTAQUES
- A bitcoin é relativamente descentralizada e segura devido ao mecanismo de consenso PoW; no entanto, a sua principal fraqueza é a falta de escalabilidade, com uma taxa média de transação de 7 transações por segundo. Para resolver esse problema, existem algumas ideias, como alterar diretamente o código principal da Bitcoin e melhorar a rede relâmpago confiando na rede principal.
- Os dois garfos de Bitcoin, BCH e BCHSV, aumentaram o tamanho do bloco e a velocidade da transação, mas com o tamanho maior do bloco, os requisitos de hardware em nós vão aumentar, afetando o grau de descentralização e a complexidade dos dados afetará a segurança. Então o garfo continua a sacrificar a descentralização e a segurança.
- O Segwit reduz o tamanho dos dados separando assinaturas e a maioria dos nós Bitcoin adotou esta tecnologia.
- Para acelerar as transações, a Lightning Network cria canais de pagamento entre contas que consolidam várias mensagens de transações antes de postá-las na cadeia principal. Mas o desenvolvimento e a segurança da rede principal, dos nós participantes e o limite alto de utilização continuam a limitar a velocidade.
Problema de Escalabilidade da Bitcoin
A Bitcoin só pode processar 7-10 transações por segundo. Para melhorar a escalabilidade, existem forks, Testemunha Separada (SegWit) e Lightning Network, etc. Este artigo vai guiá-lo pelas vantagens e desvantagens dessas soluções de escala.
Por causa do “Triângulo Impossível”, descentralização, segurança e escalabilidade só podem ser conseguidos dois em cada três na indústria do blockchain. A bitcoin, a criptomoeda original, estabelece a fasquia extremamente alta para descentralização e segurança, mas fica aquém em termos de escalabilidade. Para a rede Bitcoin:
Transações por segundo (TPS) = Número de transações por bloco/tempo do bloco
Transações por bloco = Tamanho do bloco/tamanho médio da transação
Atualmente, a rede Bitcoin tem um tamanho de bloco de 1 Mb e o tempo dos blocos é de cerca de 10 minutos, e se o tamanho médio da transação for 0,25 kb, então um bloco contém cerca de 4000 transações. Então o TPS calculado é cerca de 7ou seja, apenas 7 transações podem ser processadas por segundo, o que obviamente não atende à demanda de crescimento rápido.
Para resolver o problema de escalabilidade da Bitcoin, foram propostas várias soluções, as básicas podem ser divididas em dois tipos de esquemas de escala de Camada 1 e Camada 2
Solução de Escala de Camada 1: Forqueta e SegWit
A Camada 1 refere-se à própria blockchain Bitcoin, enquanto a solução de escala de camada 1 se refere a modificar a natureza da própria blockchain para aumentar o seu TPS. De acordo com a fórmula, TPS = tamanho do bloco/(tempo do bloco * tamanho médio da transação), aumentar o tamanho do bloco, reduzir o tempo do bloco e comprimir o tamanho da transação pode melhorar o TPS da Bitcoin. No entanto, devido às limitações da velocidade da transferência de dados no mundo físico, a redução do tempo do bloco vai reduzir a segurança do sistema. É por isso que aumentar o tamanho do bloco e comprimir o tamanho da transação são os dois métodos principalmente considerados.
Garfo Bitcoin: Aumentar o tamanho do bloco
“Scaling up” é indiscutivelmente a maneira mais óbvia de aumentar o TPS da Bitcoin.
Historicamente, a procura por blocos resultou em dois grandes garfos em Bitcoin, o que resultou em duas novas cadeias de blocos e fichas, BCH e BCHSV. Bifurcação está essencialmente duplicar uma cópia do código principal da Bitcoin e mudar partes dele para otimizar o desempenho conforme necessário, mas ainda existem prós e contras para essa abordagem que deve ser ponderada.
Garfo da bitcoin devido a desacordo da comunidade sobre direção futura
Porque a Bitcoin é uma blockchain de código aberto, é desenvolvida por uma comunidade de pessoas que pensam do mesmo modo. Quando os membros da comunidade Bitcoin discordam sobre a direção futura da Bitcoin, pode ocorrer um garfo.
Alguns membros da comunidade, por exemplo, podem querer aumentar o tamanho do bloco da Bitcoin a fim de melhorar a escalabilidade e reduzir os tempos de espera e custos das transações. Outros membros podem acreditar que o tamanho original do bloco deve ser mantido para garantir a segurança da rede, ou podem ter opiniões diferentes sobre o acordo de consenso Bitcoin por motivos técnicos... Tais diferenças de opinião podem resultar num garfo.
BCH estava bifurcado em 2017 e BCHSV estava bifurcado em 2018 com base no BCH
Em agosto de 2017, alguns mineiros a favor de blocos maiores concentraram o seu poder computacional e bifurcaram a blockchain Bitcoin, criando BCH (Bitcoin Cash) e aumentando o tamanho do bloco para 8Mb. Em novembro de 2018, sob a influência de membros radicais na comunidade BCH, o BCHSV foi bifurcado para apoiar o chamado “mega-bloco” ou mesmo o “bloco ilimitado”.
O tamanho do bloco aumenta o limite do nó, a segurança não pode ser garantida após bifurcação
No entanto, existem muitos problemas em simplesmente aumentar o tamanho do bloco. À medida que o tamanho de um único bloco aumenta, a carga de hardware num único nó cresce significativamente e os nós que não podem pagar o hardware associado vão gradualmente desaparecer da rede. Além disso, o tamanho do bloco aumenta enquanto a velocidade da transferência de dados entre nós e a capacidade de processamento de dados dos nós dificilmente melhora, o que ameaçará a segurança e a estabilidade do sistema Bitcoin. Portanto, a solução de expansão do tamanho do bloco realmente vem ao custo da descentralização e da segurança.
Testemunha segregada (SegWit): Separar as mensagens de transação para comprimir o tamanho dos dados
Quando a Bitcoin foi projetada pela primeira vez, o Satoshi Nakamoto limitou o tamanho do bloco que contém transações a 1Mb, onde os dados da transação contêm tanto as informações básicas sobre a transação como as informações sobre a assinatura dos comerciantes. A tecnologia SegWit, por outro lado, aumenta o número de transações que podem estar contidas num bloco em cerca de 40% separando as assinaturas com script das informações da transação e armazenando-as no cabeçalho do bloco, sem violar as regras de auditoria em bloco.
Refletido nos endereços Bitcoin, os que começam com caracteres como 3 ou bc são endereços de carteira ativados para SegWits, enquanto os endereços que começam com o número 1 são endereços mais antigos.
Uma verificação no BlockChain.com para os blocos recentes cunhados mostra que a maioria dos blocos novos vêm com a tecnologia Segwit. Obrigado a Segwit, o tamanho real destes blocos excede os 1Mb. E mais, em 14 de novembro de 2021, a rede Bitcoin também impulsionou novas atualizações do Taproot sobre o SegWit, melhorando ainda mais a estabilidade, a segurança e a privacidade da rede.
Escala Camada2: Rede de Relâmpagos
Scaling de Camada2 também é conhecido como scaling off-chain, que é uma solução de desempenho escalável fora da rede principal para melhorar a velocidade de processamento da transação e a eficiência da rede Bitcoin criando outra camada da rede.
As soluções da Camada Common 2 incluem Side Chain, Plasma, Canais de Estados, Rollup, etc. Para a Bitcoin, a solução de camada 2 mais proeminente é a Lightning Network, que foi criada em 2015.
Rede de relâmpagos
A Bitcoin Lightning Network é um sistema de pagamentos descentralizado que tem como objetivo tornar as transações com bitcoin mais rápidas, seguras e mais económicas. As transações na Rede Bitcoin podem ser lentas porque devem ser confirmadas por vários nós antes de serem gravadas na blockchain.
A Lightning Network foi criada para resolver esses problemas.
Integrar canais de pagamento entre vários utilizadores e agregar mensagens de transações a publicar na rede principal
A Lightning Network basicamente estabelece canais de pagamento entre dois utilizadores, permitindo transações fora da cadeia (normalmente pagamentos pequenos), o que alivia a rede principal da procura de transações e permite que as transações sejam processadas mais rapidamente. Os nós Lightning Network podem conectar canais de pagamento entre vários usuários antes de consolidar toda a informação do canal numa única transação e enviá-la para a rede principal Bitcoin para gravação permanente.
Como resultado, apenas a primeira e última transação num canal de pagamento é válida na blockchain Bitcoin; todas as outras transações entre as duas partes são off-chain.
Para construir o canal de pagamentos, ambas as partes devem submeter uma certa quantidade de bitcoins, que também serão armazenadas na blockchain bitcoin até que o canal seja desativado ou fechado. A quantidade total de bitcoins que ambas as partes podem negociar neste canal de pagamento não pode exceder o número de bitcoins enviadas, mas pode ser feito um número ilimitado de transações sem taxas.
Preocupações com a Rede Relâmpagos: a velocidade ainda limitada pela rede principal, segurança dos nós e um limite de utilização elevado
A Rede Lightning parece ser uma boa solução para o problema de escalabilidade da Bitcoin à primeira vista. Ainda não foi amplamente adotado e tem as seguintes limitações:
A velocidade ainda é limitada pelo desempenho da rede principal: a velocidade de transação da Lightning Network ainda é limitada pelo desempenho da rede principal, com uma velocidade máxima de transação de apenas algumas dezenas de transações por segundo.
Preocupações com segurança: Visto que a Rede de Relâmpagos é descentralizada, a sua segurança depende da segurança de cada nó. Se houver uma falha de segurança num nó, toda a Rede de Raios pode ser afetada.
Dificuldade de usar: A Rede de Relâmpagos ainda é difícil de usar.
DESTAQUES
- A bitcoin é relativamente descentralizada e segura devido ao mecanismo de consenso PoW; no entanto, a sua principal fraqueza é a falta de escalabilidade, com uma taxa média de transação de 7 transações por segundo. Para resolver esse problema, existem algumas ideias, como alterar diretamente o código principal da Bitcoin e melhorar a rede relâmpago confiando na rede principal.
- Os dois garfos de Bitcoin, BCH e BCHSV, aumentaram o tamanho do bloco e a velocidade da transação, mas com o tamanho maior do bloco, os requisitos de hardware em nós vão aumentar, afetando o grau de descentralização e a complexidade dos dados afetará a segurança. Então o garfo continua a sacrificar a descentralização e a segurança.
- O Segwit reduz o tamanho dos dados separando assinaturas e a maioria dos nós Bitcoin adotou esta tecnologia.
- Para acelerar as transações, a Lightning Network cria canais de pagamento entre contas que consolidam várias mensagens de transações antes de postá-las na cadeia principal. Mas o desenvolvimento e a segurança da rede principal, dos nós participantes e o limite alto de utilização continuam a limitar a velocidade.