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

As blockchains da camada 1 são redes blockchain que podem lidar com todos os aspectos da operacionalidade da 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 base ou base de construção, as blockchains de camada 1 definem e estabelecem as regras que regem o funcionamento de uma rede blockchain.

Essas regras orientam como as transações são validadas no blockchain e também ajudam a manter o livro-razão distribuído do blockchain. As blockchains da Camada 1 também têm suas próprias tokens nativas, que são usadas para facilitar transações blockchain e incentivar os mineradores. Bitcoin, Ethereum, Cardano e Polkadot são blockchains da Camada 1 populares com BTC, ETH, ADA e DOT como suas respectivas 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 whitepaper de nove páginas do Bitcoin intitulado 'Bitcoin: Um sistema de caixa eletrônico peer-to-peer.' O white paper 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 na qual o Bitcoin é construído, destacando seu papel na descentralização do Bitcoin. Embora o Bitcoin tenha sido inicialmente compreendido apenas por entusiastas da tecnologia, a forma imutável, transparente e segura das transações de Bitcoin fez com que ganhasse popularidade entre novatos em tecnologia. Tudo graças à blockchain subjacente na qual foi construída.

A criação e lançamento do Bitcoin pavimentaram o caminho para a exploração da tecnologia blockchain. Em 2011, Charles 'Charlie' Lee, um ex-engenheiro do Google e formado no MIT, lançou a primeira criptomoeda alternativa (altcoin) conhecida como Litecoin. Enquanto o litecoin tinha características semelhantes ao Bitcoin, tinha uma velocidade de transação mais alta 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.

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

A vantagem do algoritmo de mineração Scrypt era que ele oferecia melhor segurança. Também permitia que usuários com dispositivos de hardware menos especializados (não ASIC) participassem de seu processo de mineração. Assim como acontece com todas as criptomoedas, o Litecoin testemunhou melhorias significativas. Uma melhoria notável pode ser vista em 2017, quando o Testemunho Segregado (SegWit) foi implementado na blockchain do Litecoin. Essa implementação resultou em um aumento na escalabilidade da blockchain do Litecoin.

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

XRP foi criado principalmente para facilitar pagamentos transfronteiriços rápidos e baratos. Ele tinha um blockchain diferente, conhecido como o livro-razão XRP. Ao contrário do Bitcoin, que usa o algoritmo de consenso proof-of-work, o livro-razão XRP usa o Algoritmo de Consenso do Protocolo Ripple (RPCA), onde nós conhecidos como listas de nós únicos 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 computador, lançou um white paper intitulado “Ethereum: Uma Plataforma de Aplicativos Descentralizados e Contratos Inteligentes 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 aplicativos descentralizados.

Após Vitalik Buterin publicar o white paper do Ethereum, vários outros cientistas da computação se juntaram ao desenvolvimento do projeto Ethereum, incluindo Gavin Wood, Charles Hoskinson, Amir Chetrit, Anthony Di Iorio, Jeffrey Wilcke, Joseph Lubin, entre outros. Os fundadores embarcaram em uma Oferta Inicial de Moedas (ICO) para financiar o projeto Ethereum em 2014. Entre 22 de julho e 2 de setembro de 2014, foram arrecadados incríveis $18 milhões por meio desta ICO. Aqueles que investiram na ICO do Ethereum negociaram seu Bitcoin (BTC) pelo token nativo do Ethereum, Ether (ETH), com a esperança de que o valor do Ether um dia disparasse.

Embora Ether fosse comprável, o projeto não foi lançado até 30 de julho de 2015, quando a primeira versão do Ethereum, Frontier, foi lançada. Esse lançamento finalmente permitiu que usuários e desenvolvedores usassem a blockchain do Ethereum para realizar várias tarefas, que vão desde a realização de transações de criptomoedas até a criação de 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 de prova de participação. Essa mudança ocorreu devido à segurança, escalabilidade e eficiência energética do mecanismo de consenso de prova de participação, que não é tão intensivo em energia e exigente quanto o mecanismo de consenso de prova de trabalho que originalmente era utilizado.

O nascimento das blockchains Bitcoin e Ethereum preparou o terreno para o desenvolvimento de várias outras blockchains de camada 1 que ofereciam funcionalidades muito aprimoradas. Por exemplo, a GateChain, desenvolvida pela exchange de criptomoedas Gate.io, permite que os usuários superem o roubo de ativos e a perda de chaves privadas. A blockchain Solana, desenvolvida por Anatoly Yakovenko em 2020, oferece melhor escalabilidade e velocidade de transação de cerca de 65.000 TPS, e várias outras blockchains de camada 1 foram desenvolvidas.

Compreender o Trilema do Blockchain

O trilema do blockchain é um conceito que foi introduzido pela primeira vez por Vitalik Buterin, um dos cofundadores da Ethereum, em março de 2017. O trilema da blockchainé desafiador e um tanto difícil para a blockchain alcançar simultaneamente a descentralização, segurança e escalabilidade. Isso sugere que as redes blockchain só podem alcançar duas dessas três propriedades ou recursos, sacrificando a terceira propriedade.

Descentralização

A descentralização é uma característica fundamental de cada blockchain público. É uma característica que permite aos usuários de um blockchain público realizar transações peer-to-peer sem precisar 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 um blockchain público. Todas as blockchains públicas devem ser seguras, o que significa que devem resistir à manipulação e ao ataque de agentes mal-intencionados. Para serem seguras, as blockchains fazem uso de 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. Aqueles que desejam manipular uma rede blockchain usando esse algoritmo de consenso teriam que obter o controle de mais de 51% dos nós na rede, o que é muito difícil.

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

Escalabilidade

A escalabilidade refere-se à capacidade das redes blockchain de processar grandes volumes 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, pesquisas e melhorias estão constantemente sendo feitas para escalonar as blockchains de camada 1.

Resolvendo o Problema de Escalabilidade das Blockchains de Camada 1

Diferentes soluções de escalonamento foram desenvolvidas para tornar as blockchains de camada 1 mais escaláveis e melhorar sua capacidade de processamento ou velocidade. Isso inclui aumento do tamanho do bloco, mudança no mecanismo de consenso, fragmentação e utilização do SegWit.

Aumentando o Tamanho do Bloco

Um blockchain escalável é aquele cujo bloco pode conter e processar um alto 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 de blockchain para aumentar o tamanho de um bloco é uma ótima maneira de escalar e aumentar a capacidade ou velocidade de processamento de transações das blockchains. Foi exatamente isso que levou à criação do Bitcoin Cash (BCH) em 1º de agosto de 2017.

Devido à escalabilidade limitada da blockchain do Bitcoin, alguns membros da comunidade do Bitcoin acharam necessário aumentar o tamanho do bloco do Bitcoin de 1 MB para 8 MB. Embora nem todos na comunidade do Bitcoin concordassem 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, ou seja, 100 transações por segundo, em vez das sete transações por segundo do Bitcoin. Embora o Bitcoin Cash possa ser mais escalável que o Bitcoin, surgiram outras questões relacionadas à falta de descentralização.

Testemunha Segregada (SegWit)

A testemunha segregada ajuda na escalabilidade ao reduzir a quantidade de informações de transação em um bloco. Isso é feito removendo a assinatura digital e outros dados de testemunhas do bloco principal e colocando-os no bloco SegWit. Com parte da carga retirada do bloco principal, ele será capaz de conter e processar mais transações. O SegWit foi implementado na blockchain do Bitcoin para possibilitar transações mais rápidas.

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

• Entrada: 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 que está sendo enviada.
• Assinatura digital: Uma assinatura digital é a prova que mostra que a criptomoeda sendo gasta está vinculada 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 o 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, limita a escalabilidade. Alterar o mecanismo de consenso é uma ótima maneira de levar uma rede blockchain à escala. No entanto, desenvolver um novo mecanismo de consenso muitas vezes leva anos de pesquisa e planejamento preciso.

Camada 1 de Fragmentação

Sharding 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 shards. Cada shard é composto por uma coleção de nós ou computadores. Após a divisão, cada shard é designado para verificar transações diferentes.

Então, vamos dizer que uma rede blockchain é composta por 1.000 nós ou computadores. Os nós podem ser divididos em 10 shards, cada um com cerca de 100 nós. Supondo que 10 transações precisam ser verificadas. Cada shard, composto por 100 nós, verificará uma transação até que todas as 10 transações sejam verificadas. Dessa 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 1 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 Solana para resolver o problema de escalabilidade que afetava os protocolos de blockchain existentes naquela época. 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 e hora, o que melhora posteriormente a escalabilidade da Solana.

Fonte: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 uma blockchain de camada 1 lançada por Emin Gun Sirer, o CEO da Avalabs, em 2020. A blockchain avalanche utiliza o algoritmo de consenso Snow e também possui seu token de criptomoeda nativo conhecido como AVAX, que é usado para facilitar transações na rede blockchain avalanche.

Origem.avax.rede

Desde o seu lançamento em 2020, Avalanche cresceu para ter uma capitalização de mercado de cerca de $14 bilhões, com sua moeda, AVAX, classificando-se entre as 10 principais criptomoedas. A blockchain avalanche tem como objetivo melhorar a escalabilidade e a velocidade de processamento de transações da blockchain e de outros protocolos de blockchain.

Fluxo

A blockchain Flow foi criada pela Dapper Labs, criadora 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.

Fonte: Flow.com

A blockchain Flow utiliza o algoritmo de consenso de prova de participação e possui seu próprio token de criptomoeda nativo conhecido como FLOW, que facilita transações na blockchain Flow. O Flow cresceu para ter uma capitalização de mercado de $1,05 bilhão.

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 criado para abordar as deficiências dos protocolos de blockchain existentes, relacionadas a questões de escalabilidade e interoperabilidade.

Fonte: Cardanofeed.com

Cardano permitiu que desenvolvedores e usuários construíssem aplicativos descentralizados (DApps) e suportassem contratos inteligentes. O blockchain de Cardano tem seu token nativo conhecido como ADA. Com uma capitalização de mercado de cerca de $19 bilhões, Cardano ganhou muita popularidade na indústria de blockchain, com seu token nativo, ADA, classificando-se entre as 10 principais criptomoedas.

Cosmos

O blockchain Cosmos, que foi criado em 2014 e lançado em 2019. Cosmos é um blockchain de camada-0, o que significa que blockchains de camada-1 podem existir nele. Como um blockchain de camada-0, o Cosmos tem uma infraestrutura que os blockchains de camada-1 podem usar para criar seus ecossistemas. Atualmente, existem mais de 260 blockchains que existem no ecossistema Cosmos, razão pela qual as pessoas o chamam de “uma internet de blockchains.”

Fonte: cosmos.network

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

Camada 1 vs Blockchain de Camada 2

Além dos blockchains de camada 1 que servem como o bloco de construção de uma rede de criptomoedas, existem também os blockchains de camada 2. Um blockchain de camada 2 é construído em cima de 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 capacidade de processamento ou velocidade de transação mais alta 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 realizar volumes mais altos de transações em sua rede de 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 em uma 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 registradas na blockchain principal. Rollup é uma solução eficaz de escalonamento, 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 possuem 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 podem processar mais transações em um determinado momento.

Canais de Estado

Os canais estatais são muito semelhantes às cadeias laterais, suas transações são registradas fora da cadeia. No entanto, essas transações geralmente são registradas em massa. Quando a maior parte das transações é completamente processada, esse estado "completo" é transmitido para a cadeia principal, após o que as transações em massa são registradas na cadeia principal. Dessa forma, as blockchains de camada 2 podem processar mais transações em sua cadeia principal ou rede blockchain.

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

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Conclusão

Vimos que as blockchains de camada 1 são a base ou base de todas as redes blockchain. Eles definem as regras que regem o funcionamento de um blockchain. Embora eles possam ter um alto nível de segurança e descentralização, a escalabilidade geralmente é um de seus maiores desafios.

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

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