Assim como as estradas precisam de semáforos e os estados modernos não funcionariam sem o estado de direito, todo blockchain que visa atingir seu potencial máximo (sem congestionar, colapsar ou ser super caro em transações e interações de contratos inteligentes) deve ser dimensionado. O componente essencial do escalonamento de blockchain, e o tópico principal desta série, é usar as camadas de blockchain disponíveis e adicionais acima da camada base de forma eficiente.

Introdução às camadas de blockchain e escalabilidade por - Mickey Maler

O uso inteligente das opções de escalabilidade do blockchain (disponíveis em camadas específicas) pode fornecer uma chave que desbloqueie o trilema da escalabilidade do blockchain, que causa a incapacidade do blockchain de alcançar uma coexistência harmoniosa de três recursos essenciais - segurança, escalabilidade e descentralização? Ou, na falta disso, pode pelo menos ajudar a aliviar as dores tecnológicas decorrentes de problemas de escalabilidade?

Se esta é a primeira vez que você está lendo sobre o trilema blockchain e questões de escalabilidade, esta é a série de artigos certa para você. O primeiro capítulo desta série, o que você está lendo agora, fornecerá as informações básicas sobre as camadas - os blocos de construção do blockchain. O segundo capítulo explicará o que é o trilema da blockchain, quais dificuldades ele cria para os projetos de blockchain de hoje e como uma arquitetura inteligente que usa camadas adequadamente pode desempenhar um papel importante em resolvê-lo para sempre. Depois de obter um histórico necessário, os capítulos seguintes darão uma olhada mais aprofundada em camadas específicas e atualizações de escalabilidade de blockchain e recursos que eles podem fornecer para um blockchain.

Então, vamos começar com o básico.

Camadas. Como entusiastas de blockchain e criptografia, você lida muito com eles.

Esses “invólucros” tecnológicos encapsulam protocolos que atuam como blocos de construção básicos na tecnologia de TI atual. E o mesmo vale para blockchain.

Este artigo pretende fornecer a você uma compreensão básica dos fundamentos da escalabilidade do blockchain e, em seguida, fornecer uma visão geral tecnológica mais ampla dos blocos de construção do blockchain. Para fazer isso, usaremos a analogia de um modelo simplificado de uma cidade.

Pense nos protocolos blockchain como a infraestrutura e as leis de uma cidade. Os protocolos Blockchain mantêm a 'cidade' em movimento ordenada, regulada e simplificada. As cidades do mundo real usam seus elementos de várias maneiras:

• Eles dedicam ruas, zonas e distritos a funções ou propósitos específicos.
• Eles otimizam a carga em suas partes individuais, distribuindo seu pessoal por vários tipos de transporte da cidade, como carros, ônibus, trens e outros.

Da mesma forma, a arquitetura de um projeto blockchain atribui certas tecnologias a diferentes camadas.

Essa semelhança também funciona com a expansão. As cidades modernas se expandem horizontal e verticalmente para acomodar o maior número possível de cidadãos e para adicionar variedade funcional - elas estão ficando mais largas e altas. Então, o ápice da urbanização eficiente consiste em arranha-céus e blocos de apartamentos, que utilizam menos espaço para abrigar o maior número de pessoas e instalações.

Ao se alargar, a cidade pode ganhar novas funcionalidades e também aliviar a carga populacional. Isso pode ser demonstrado, por exemplo, adicionando uma nova parte da cidade dedicada a Universidades e acomodações estudantis, cujo objetivo é criar uma área para pessoas inteligentes operarem e viverem sem sobrecarregar o tráfego principal da cidade e as capacidades de acomodação.

Na mesma nota, os blockchains também tendem a colocar algo próximo à sua arquitetura básica na forma de uma adição à camada básica, ou adicionando uma camada adicional a ela, para satisfazer o crescimento exponencial das transações do usuário ou adicionar novos recursos, como como compatibilidade EVM para o mundo do Bitcoin que permite que redes baseadas em Bitcoin utilizem contratos inteligentes Solidity.

E é aí que, de forma semelhante à nossa cidade, nossas blockchains "ficam mais amplas", o que significa a aplicação de uma cadeia lateral que fortalece a capacidade de uma cadeia principal e retira parte de sua carga de transferência de dados, enquanto compartilha a mesma camada ontológica, Camada 1.

Uma cadeia principal e uma cadeia lateral conectadas por uma ponte cruzada enquanto compartilham a mesma camada tecnológica é uma abordagem de escalabilidade que deve aumentar a capacidade do blockchain. Essa abordagem não é a única coisa que pode ser feita para ajudar um blockchain a operar melhor. Adicionar mais nós de blockchain para aumentar a eficácia do blockchain, como escalabilidade ou taxa de transferência, é outra maneira. Quando adicionamos mais unidades com o mesmo significado a um sistema com a intenção de aumentar suas capacidades, estamos falando sobre o conceito de escalonamento horizontal.

• Um significado importante de "tornar-se mais amplo" pode pressagiar uma modificação das regras da cidade. Mais cidadãos significam mais usuários de blockchain peer-to-peer; mais usuários criam maior demanda para o tráfego da cidade que pode ser analogizado como possibilidades de transações blockchain. A maior demanda por dados transmitidos do ponto A ao ponto B pode resultar na necessidade de blocos de blockchain maiores. Embora blocos maiores, que podem ser comparados como rodovias mais largas com pistas de direção adicionais, possam ajudar a processar mais carga de tráfego, em um blockchain, isso seria uma questão do número de blocos minerados que anda de mãos dadas com a capacidade geral de throughput da transação blockchain. .
  

Ficar mais alto, ou expandir verticalmente, significa simplesmente melhor uso dos recursos espaciais que a cidade possui. Algo como o uso de uma “atualização da estrutura” que transforma grandes edifícios da cidade em dimensões do Empire State, cujas propriedades elevam as capacidades da função de acomodação da mesma área da cidade usando a dimensão vertical.

Em seguida, o hardware, os nós e os contêineres da blockchain que permitem a execução da blockchain podem ser atualizados de maneira semelhante. Aqui, não estamos adicionando computadores adicionais para fazer a mesma coisa que o dimensionamento horizontal, mas atualizando a camada de hardware atual para aumentar os recursos do sistema. Quando estamos atualizando os requisitos de hardware para aumentar a capacidade, estamos falando sobre o conceito de dimensionamento vertical.

Ambos os conceitos, que vieram da área de desenvolvimento de banco de dados, têm seus prós e contras, mas sua aplicação no contexto de redes descentralizadas traz compensações adicionais.

• As compensações de escalabilidade e a explicação geral serão apresentadas na sequência deste artigo.

Para ilustrar o conceito acima mencionado da maneira mais simples possível, deixe-me citar o Sr. Jonathan R. Brandt , de uma entrevista para um Cointelegraph artigo Dimensionamento Vertical e Horizontal de Blockchain, Explicado :

“No combate ao crime, o Hulk escala verticalmente e a Liga da Justiça escala horizontalmente. No Bitcoin, um servidor de mineração pode ser escalado verticalmente aumentando a memória ou atualizando sua GPU, e pode ser escalado horizontalmente juntando os servidores.”

Mesmo que a analogia dos elementos da cidade com camadas de blockchain não seja perfeita, ainda é surpreendentemente aplicável porque o blockchain e a estrutura de uma cidade realmente têm muito em comum:

• Ambos são sistemas que crescem e evoluem organicamente.
• Ruas, distritos e tráfego da cidade podem ter suas próprias camadas, que fazem parte da mesma camada; da mesma forma que carros, ônibus e trens fazem parte do trânsito da cidade.
• Ambos seguem um conjunto de regras básicas simples que determinam a forma como são projetados, construídos e como operam.
• Ambos exigem que a infraestrutura seja construída em cima.

Eles têm outras semelhanças a partir das quais podemos construir nossas analogias:

• Tráfego da cidade como um projeto blockchain
  • Main-chain (L1) como a principal rede terrestre com uma side-chain como um circuito rodoviário da cidade ao redor da cidade (L1)
  • Quantidade de tráfego da cidade com o número de blocos minerados e o número de pessoas transportadas com o número de transações de blockchain.

Planejamento, arquitetura e além

Os layouts da cidade base foram originalmente planejados e projetados apenas para seus primeiros anos de existência, com algumas possibilidades ocultas para expansão ou desenvolvimento adicional se a população crescer exponencialmente durante um curto período. Depois disso, a forma como uma cidade evolui é amplamente baseada em condições emergentes, como migrações populacionais ou oportunidades de trabalho. Qualquer planejamento estrito ocorre principalmente em reação a essas condições.

O mesmo também vale para projetos de blockchain. Cada um deles é projetado para atender a um determinado propósito, resolver um problema e satisfazer o maior número possível de usuários. No entanto, tudo tem seus limites, e os limites que você está planejando podem ser superados repentinamente de forma significativa, por exemplo, devido ao sucesso da adoção em massa. Quando tais limites são atingidos ou excedidos, uma atualização ou extensão da estrutura atual deve ser aplicada para evitar o congestionamento de transações ou travamento do sistema.

E é para isso que servem as soluções de escalabilidade blockchain disponíveis nas camadas 0 - 3.

Duas abordagens para camadas de blockchain

Há duas perspectivas das quais precisamos estar cientes ao pensar sobre as camadas do blockchain.

A primeira perspectiva, mais estrutural, consiste nas camadas da arquitetura do blockchain, enquanto a segunda perspectiva descreve as possíveis soluções de escalabilidade para um blockchain criado, tomadas do ponto de vista da hierarquia ontológica.

Perspectiva 1: A arquitetura blockchain

A primeira dessas duas perspectivas visualiza todos os blocos de construção da blockchain que criam a arquitetura em camadas da blockchain, categorizada em cinco camadas. Uma breve descrição que resume essas camadas - de cima para baixo:

Camada de aplicativo e apresentação - Camada na qual contratos inteligentes e aplicativos são executados - Permite a comunicação entre o front-end dos dispositivos do usuário e o back-end do blockchain

Camada de Consenso - Esta camada executa o protocolo que requer um certo número de nós para verificar uma transação. Portanto, toda transação é processada por vários nós que devem chegar ao mesmo resultado e concordar com sua validade ( Determinismo - parte 1 )Esta estrutura:- Mantém a natureza descentralizada do blockchain, pois nenhum nó tem controle exclusivo sobre quaisquer dados transacionais, e a função é distribuída- Alcança a unanimidade de aceitação da verdade entre os nós participantes- Estabelece um conjunto claro de acordos entre os nós na rede P2P- Garante que nenhuma parte tenha controle total sobre a rede blockchain graças à descentralização, e onde apenas a cadeia mais pesada ou mais longa é seguida

Camada de Rede - Também chamada de camada de Propagação, é a plataforma para a comunicação entre nós onde cada nó deve ser capaz de descobrir outros nós - É uma estrutura P2P projetada para: - permitir testar a validade dos dados da transação no consenso do sistema criação, adição e descoberta de blocos

Camada de Dados - As informações das transações são agrupadas e armazenadas na forma de blocos assinados e verificados - Cada bloco subseqüente está vinculado aos blocos anteriores, que estão conectados com o primeiro bloco já minerado, o bloco Genesis. Este processo é repetido toda vez que um novo bloco é adicionado ( Determinismo - parte 1 )- Cada transação é assinada digitalmente com a chave privada da carteira do remetente. Somente o remetente tem acesso a essa chave, garantindo assim que os dados não possam ser acessados nem adulterados por terceiros.

Camada de Hardware - Equipamentos e sistemas que o mantêm funcionando - Backbone tecnológico que permite a conexão peer-to-peer de milhares de computadores que solicitam os dados uns dos outros - O computador no blockchain é chamado de nó, que é uma peça de hardware que executa o software cliente e verifica aleatoriamente os dados da transação

Visualização

A arquitetura Blockchain começa a partir de sua camada de hardware/infraestrutura, sobre a qual constrói camadas adicionais. Estes, quando combinados, criam um backbone blockchain.

• Cada uma dessas camadas tem seu significado e uma razão de ser separada das demais.

As três camadas inferiores da arquitetura em camadas criam uma camada separada da perspectiva da hierarquia ontológica. Essa camada combinada é chamada de Camada 0 (L0).

L0 é uma estrutura de rede executada sob o blockchain e é composta de protocolos, conexões, hardware, mineradores, nós e muito mais que formam a base do ecossistema blockchain. Esses componentes ajudam a tornar o blockchain uma realidade, e sua tecnologia permite que Bitcoin, Ethereum e outras redes blockchain funcionem.

L1 abrange os conceitos da rede base e sua infraestrutura subjacente. Aqui podemos encontrar um consenso, protocolos L1 e a própria cadeia principal e cadeia lateral (se usada).

Perspectiva 2: A hierarquia ontológica do blockchain

Essa abordagem se concentra nas possíveis soluções de escalabilidade para um blockchain já criado.

• A hierarquia ontológica do blockchain será abordada na parte posterior desta série.

Até agora, descrevemos cinco camadas arquitetônicas de blockchain que compõem os fundamentos para executar um blockchain. Isso nos permite dar um passo adiante para observar sua funcionalidade. As duas imagens a seguir resumem uma abordagem de funcionalidade geral e fornecem elementos adicionais de cada um dos blocos abaixo:

A etapa final que precisamos dar em nossa exploração de blockchain é perceber que blockchain, com todas as suas camadas que acabamos de descrever, está sobre os ombros da internet. De acordo com o tema deste artigo, o blockchain é basicamente uma camada adicional da Internet.

Como vimos acima, a Web funcional não existiria sem a Internet. Os aplicativos Blockchain também precisam da Internet, mas podem ignorar a Web e nos fornecer, além de muitas outras coisas, outra versão da Web que é mais descentralizada e única. Essa versão da Web é chamada de Web3 e é um dos maiores avanços da tecnologia blockchain. Você pode ler sobre Web3 no capítulo anterior da academia .

Para simplificar, um blockchain está nos pilares da Internet e é por causa das camadas da Internet que um blockchain tem tudo o que precisa para se conectar a nós e se comunicar com mineradores, nós e pares de blockchain.

Outro

Mas afinal, o que são essas camadas? A rigor, uma "camada" em uma linguagem de computador é algo que é construído e executado com base nos serviços fornecidos por outro protocolo mais básico. Afinal, foi assim que o protocolo IP – um dos pilares da internet – foi originalmente projetado.

Por exemplo, a interface de rede que é a base da comunicação física da internet é a camada que suporta serviços para a camada IP. A camada IP é a base da camada TCP e a camada TCP é a base da camada HTTP. Assim, duas máquinas podem se comunicar pelo protocolo HTTP graças a todas as outras camadas abaixo delas.

• Referência: Redes de Comunicação, García/Widjaja, Capítulo 2

Como nota final, um dos elementos essenciais do blockchain é o conjunto de protocolos da Internet, comumente conhecido como TCP/IP. Graças ao TCP/IP, o blockchain pode operar na Internet, e tudo o que o blockchain faz é baseado no TCP/IP. Essa funcionalidade é identificada como uma das partes da camada 0 da blockchain.

A interação do blockchain com o TCP/IP é como respirar – o serviço que o TCP/IP fornece a um blockchain é como o oxigênio que nosso planeta oferece. Graças a este dom da natureza, fornecido para uso com abundância atual, podemos alcançar nossas capacidades.

Muitos blockchains podem funcionar fora do TCP/IP. Ainda assim, semelhante a uma pequena população de humanos que viveria em Marte em um futuro próximo, seria extremamente caro em recursos e atualmente ineficaz. Da mesma forma, os humanos que tentarem viver em Marte com escasso oxigênio terão um estilo de vida mais difícil do que na Terra com abundância de oxigênio, uma blockchain rodando sem TCP/IP será muito menos eficiente.

Pensamento final

Se imaginarmos a interconexão global como a roda que impulsiona a civilização moderna, o TCP/IP é como o pneu adicionado à roda, levando-nos da era do telégrafo elétrico para a era da Internet.

Agora, o blockchain promete adicionar mais uma camada em cima do pneu, o que aumentaria ainda mais a funcionalidade da roda. Talvez, se as coisas correrem bem, possa ser como um arnês antigravitacional, dando ao pesado veículo da humanidade a chance de subir aos céus.

O fim

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Sobre Sovryn

• O protocolo nativo de Bitcoin da Sovryn , já suportado por usuários em 17 países em todo o mundo, avança a soberania financeira de uma forma que se alinha com a visão de Satoshi Nakamoto de um sistema de dinheiro sem confiança, resistente à censura e peer-to-peer. A equipe fundadora criou a plataforma expandindo os avanços tecnológicos comprovados dos aplicativos DeFi baseados em Ethereum, melhorando os elementos de risco conhecidos. O resultado final é uma plataforma autossustentável para negociação, alavancagem e empréstimos que roda na cadeia lateral RSK nativa do Bitcoin (RootStock).