O que é o congestionamento da rede Blockchain?

O congestionamento da rede de blockchain ocorre quando o número de transações submetidas a uma rede blockchain excede a sua capacidade de processamento. Este congestionamento leva a confirmações de transações atrasadas e taxas de transações mais altas. Afeta a experiência do utilizador e pode dificultar a usabilidade e a adoção das redes blockchain. Criptomoedas populares como a Bitcoin e a Ethereum sofreram eventos de congestionamento no passado, resultando em atrasos significativos e aumento das taxas.

Como acontece o congestionamento da rede Blockchain?

O congestionamento da rede blockchain ocorre quando o número de transações excede a capacidade de uma rede. As transações entram num mempool, uma área de espera, antes da confirmação. Fatores como o aumento da procura, blocos pequenos e tempos de bloqueio lentos contribuem para o congestionamento. Isso leva a confirmações atrasadas, taxas mais altas e escalabilidade reduzida. As soluções incluem aumentar os tamanhos dos blocos, reduzir o tempo de blocos, implementar soluções de camada 2 e explorar o sharding. Os esforços estão contínuos para resolver o congestionamento e melhorar a eficiência da rede blockchain.

Mempool

O mempool, abreviatura de “pool de memória”, é um componente crucial de uma rede blockchain onde as transações pendentes são temporariamente armazenadas antes de serem confirmadas e adicionadas a um bloco. Serve como uma sala de espera onde as transações esperam para ser incluídas no próximo bloco disponível para processamento e eventual inclusão na blockchain.

Quando um utilizador inicia uma transação numa blockchain, é transmitido primeiro para a rede e entra no mempool. Os mineiros (em cadeias de blocos de prova de trabalho) ou validadores (em cadeias de bloqueio de prova de participação) selecionam transações do mempool para incluir no bloco seguinte que tentam adicionar à blockchain. O processo de seleção geralmente envolve priorizar transações com taxas mais altas para incentivar mineiros ou validadores. As transações permanecem no mempool até serem incluídas num bloco ou removidas se expirarem ou forem consideradas inválidas.

O tamanho e o nível de congestionamento do mempool podem variar dependendo do volume de transação, da capacidade da rede e da disponibilidade de espaço dos blocos. Durante períodos de alta demanda ou recursos de rede limitados, o mempool pode ficar lotado, levando a tempos de confirmação mais longos e taxas de transação potencialmente mais altas. Os mineiros e validadores dão prioridade às transações com base em vários fatores, incluindo taxas de transação, para otimizar as suas receitas e maximizar a eficiência da rede.

Blocos de candidatos

Os blocos candidatos, também conhecidos como blocos propostos, são blocos que os mineiros (nas cadeias de blocos de prova de trabalho) ou validadores (nas cadeias de blocos de prova de participação) se propõem adicionar à blockchain. Estes blocos contêm uma coleção de transações não confirmadas que foram transmitidas para a rede mas que ainda não foram incluídas na blockchain.

Quando é proposto um bloco candidato, ele passa por um processo de validação de acordo com o mecanismo de consenso da blockchain. Em sistemas de prova de trabalho, como a Bitcoin, os mineiros competem para resolver um puzzle matemático complexo e o primeiro mineiro a resolvê-lo com sucesso consegue adicionar o bloqueio do seu candidato à blockchain. Em sistemas de prova de participação como o Ethereum 2.0, os validadores são selecionados aleatoriamente para propor blocos candidatos, que são atestados por outros validadores.

Os blocos de candidatos mantêm transações não confirmadas e servem como um estado temporário antes de serem bloqueios confirmados. Assim que um bloco candidato receber validação suficiente e é adicionado à blockchain, as transações incluídas nesse bloco são consideradas confirmadas. No entanto, é importante notar que nas redes blockchain com um tempo de confirmação mais longo, os blocos concorrentes ainda podem ser explorados durante este período, potencialmente levando a garfos temporários ou blocos órfãos.

Finalidade

A finalidade na blockchain refere-se ao estado em que uma transação ou operação se torna irrevogável e não pode ser alterada ou revertida. Quando uma transação atinge a finalidade, é gravada permanentemente na blockchain e torna-se uma parte imutável do histórico de transações.

O conceito de finalidade varia ligeiramente entre diferentes redes blockchain. Na blockchain Bitcoin, por exemplo, as transações são transmitidas para a rede e adicionadas ao mempool. Os mineiros selecionam transações do mempool e incluem-nas em blocos adicionados à blockchain. Enquanto essas transações são confirmadas, podem ser extraídas blocos concorrentes, causando garfos temporários. Para atingir um nível mais elevado de confiança na finalidade, recomenda-se esperar que sejam adicionados blocos adicionais em cima do bloco que contém a transação. Normalmente, seis blocos adicionais são suficientes para considerar uma transação de Bitcoin como “final”.

Em Ethereum e algumas outras blockchains com tempos de bloco mais curtos, pode ser recomendado um número maior de confirmações para atingir um nível de confiança semelhante na finalidade. O Ethereum transitou para um mecanismo de consenso de prova de participação, onde os validadores atestam a validade dos blocos. Assim que um bloco receber atestados suficientes, ele transita de um bloco candidato para um bloco confirmado, proporcionando um nível de finalidade mais alto.

A finalidade é um aspeto crítico da tecnologia blockchain, garantindo a integridade e imutabilidade das transações e dos dados registados na blockchain. Dá aos utilizadores confiança de que, assim que uma transação é confirmada e atinge a finalidade, não pode ser revertida nem adulterada.

Princípio da cadeia mais longa

O princípio da cadeia mais longa é um conceito fundamental na tecnologia blockchain. Refere-se à regra de que a versão válida da blockchain é a que tem a cadeia de blocos mais longa, representando o trabalho computacional mais acumulado.

Numa rede descentralizada de blockchain, vários mineiros ou validadores podem criar novos blocos válidos simultaneamente. Isso pode levar a garfos temporários, onde existem diferentes ramos da blockchain. No entanto, a rede eventualmente converge numa única blockchain válida seguindo o princípio da cadeia mais longa.

De acordo com esse princípio, os nós na rede escolhem sempre a cadeia com o trabalho computacional mais acumulado como a cadeia válida. Os mineiros ou validadores dedicam o poder computacional à extensão da cadeia, tornando-a mais longa. Como resultado, as filiais mais curtas, muitas vezes chamadas de blocos órfãos ou obsoletos, são descartadas e as suas transações são devolvidas ao mempool para inclusão na cadeia válida.

O princípio da cadeia mais longa garante o consenso e a segurança na rede blockchain. Ajuda a manter a integridade da blockchain selecionando a versão mais validada computacionalmente como a cadeia autoritativa, fornecendo um histórico claro e acordado de transações e evitando potenciais ataques ou manipulações.

O que causa os congestionamentos da rede Blockchain?

O congestionamento da rede blockchain ocorre quando o número de transações submetidas à rede ultrapassa a sua capacidade de processamento. Vários fatores contribuem para o congestionamento, alguns dos quais estão listados abaixo. Estes fatores influenciam coletivamente as redes de blockchain, levando a confirmações atrasadas e eficiência reduzida. Abordar o congestionamento exige implementar soluções que melhoram a escalabilidade da rede, otimizem o tamanho do block e melhore o rendimento da transação.

Aumento da procura

Os crescentes envios de transações sobrecarregam a rede, causando um atraso de transações não confirmadas no mempool. Volatilidades de preços e ciclos de adoção em massa podem desencadear picos nas atividades de transações.

Tamanho do bloco pequeno

Cada blockchain tem um tamanho máximo de bloco, limitando o número de transações que podem ser incluídas. Por exemplo, o tamanho do bloco original da Bitcoin era de 1 megabyte, mas os upgrades como a Testemunha SegWit (SegWit) aumentaram para cerca de 4 MB. Se as transações excederem esse limite, ocorrera congestionamento.

Tempos de bloqueio lento

O tempo do bloco refere-se ao intervalo entre adicionar novos blocos à blockchain. Por exemplo, a Bitcoin adiciona um bloco a cada 10 minutos. Quando os resultados da criação de transações bloqueiam a adição, um atraso dos formulários de transações, contribuindo para o congestionamento.

História dos congestionamentos da rede Blockchain: Alguns exemplos

Congestionamento da Rede Bitcoin (2017)

Durante o pico da popularidade da Bitcoin no final de 2017 e início de 2018, a rede registou um congestionamento significativo. O aumento das atividades de transações resultou num grande número de transações não confirmadas e taxas de transações a disparar. A certa altura, as taxas médias de transação chegaram mais de US$ 50, destacando os desafios de escalabilidade e capacidade de rede.

Congestionamento da Rede Ethereum (2017)

Em 2017, a rede Ethereum enfrentou congestionamento devido ao sucesso viral do projeto “CryptoKitties”. A popularidade da criação e comércio de gatos digitais na blockchain Ethereum provocou um aumento significativo nas transações, resultando em tempos de confirmação mais lentos e taxas mais altas.

BRC-20 Tokens Congestionamento de Bitcoin (2023)

Na primavera de 2023, a rede Bitcoin sentiu congestionamento devido ao aumento das atividades de transações relacionadas com fichas BRC-20. O surto da transação levou a um gargalo no mempool, fazendo com que as transações pendentes e as taxas disparassem. A certa altura, foram registadas quase 400 000 transações não confirmadas, levando a atrasos significativos e a um aumento substancial das taxas de transação.

Soluções para congestionamentos da rede Blockchain

Para aliviar o congestionamento da rede blockchain, podem ser consideradas várias soluções, cada uma com os seus prós e contras:

Aumentar o tamanho do bloco

Ampliar o tamanho do bloco permite que mais transações sejam incluídas, aumentando o rendimento da rede. No entanto, blocos maiores demoram mais a se propagarem e exigem maior armazenamento, potencialmente levando a riscos de centralização.

Diminuição do tempo dos blocos

Reduzir o intervalo entre adições de blocos acelera o processamento de transações. No entanto, os tempos de bloqueio mais curtos podem aumentar os blocos órfãos e comprometer a segurança.

Soluções de camada 2

Protocolos off-chain, como a Bitcoin Lightning Network e o Plasma da Ethereum permitem transações mais rápidas processando-as fora da blockchain principal. Estas soluções aumentam a escalabilidade mas introduzem considerações de complexidade e segurança.

Sharding

Dividir a blockchain em fragmentos mais pequenos capazes de processar transações de forma independente pode aumentar significativamente a capacidade da rede. No entanto, a partilha acrescenta complexidade e desafios de segurança.

Conclusão

O congestionamento da rede blockchain é um problema crítico que surge quando o número de transações ultrapassa a capacidade de processamento de uma rede blockchain. Este congestionamento pode levar a confirmações de transações atrasadas, taxas de transação mais altas e uma experiência de usuário degradada, potencialmente dificultando a adoção e a usabilidade das redes blockchain.

Várias soluções estão a ser exploradas e implementadas para aliviar esse congestionamento. Estes incluem aumentar o tamanho do bloco, reduzir o tempo dos blocos, implementar soluções de camada 2 e explorar o sharding. Cada uma destas soluções tem as suas vantagens e desafios, e a escolha da solução depende dos requisitos e restrições específicos da rede blockchain.

Embora o congestionamento da rede blockchain represente desafios significativos, também impulsiona a inovação no espaço da blockchain. À medida que a tecnologia amadurece e se desenvolvem soluções mais eficientes, esperamos que as redes blockchain se tornem mais escaláveis e eficientes, aumentando ainda mais o seu potencial para revolucionar vários setores da nossa economia.