O congestionamento na rede blockchain ocorre quando o número de transações enviadas para a rede excede a capacidade de processamento da mesma. Esse fenômeno pode ser causado por diversos fatores, como um aumento na atividade de transações, tamanhos de bloco pequenos e tempo de bloco lento.
Antes de nos aprofundarmos nos detalhes, é crucial entender o processo pelo qual os blocos são adicionados à blockchain.
Como Funciona a Tecnologia Blockchain?
Uma blockchain consiste em uma cadeia de blocos, em que cada bloco contém dados de transações criados pelos usuários. Cada novo bloco adicionado à cadeia é permanente e imutável.
Esses blocos são propagados por uma rede descentralizada de nós, cada um armazenando uma cópia da blockchain. Protegida por criptografia e teoria dos jogos, a blockchain é a base de criptomoedas como o Bitcoin e o Ethereum.
Para entender completamente por que as redes blockchain podem ficar congestionadas, precisamos explorar os principais conceitos que influenciam a capacidade de uma rede processar transações: mempools, blocos candidatos, finalidade e o princípio da cadeia mais longa.
O que é um “mempool”?
Um mempool se refere à coleção de transações não confirmadas aguardando para serem incluídas no próximo bloco.
Por exemplo, quando uma transação é transmitida na rede Bitcoin, ela não é adicionada à blockchain imediatamente. Em vez disso, ela primeiro entra no mempool (abreviação de memory pool), que é essencialmente uma área de espera para todas as transações pendentes. Uma transação é removida do mempool assim que é confirmada.
Blocos candidatos, também conhecidos como “blocos propostos”, são aqueles que mineradores ou validadores propõem para serem adicionados à blockchain. Esses blocos contêm transações não confirmadas que foram transmitidas para a rede, mas ainda não foram incluídas na blockchain.
Para que um bloco candidato se torne um bloco confirmado, ele precisa ser minerado ou validado de acordo com o mecanismo de consenso da blockchain. Por exemplo, o mecanismo de consenso Proof of Work (PoW) do Bitcoin permite que os mineradores compitam para resolver um quebra-cabeça matemático complexo. O primeiro minerador a resolver o quebra-cabeça pode adicionar seu bloco candidato à blockchain e ganhar uma recompensa.
No mecanismo de consenso Proof of Stake (PoS) do Ethereum, os validadores são selecionados aleatoriamente para propor blocos candidatos. Outros validadores atestam a validade do bloco. Quando um bloco recebe um número suficiente de atestações, ele passa de bloco candidato para bloco confirmado.
O que é “finalidade” na blockchain?
Finalidade é quando uma transação ou operação não pode mais ser alterada, ou revertida. Uma vez que uma transação alcança a finalidade, ela é permanentemente registrada na blockchain e não pode ser alterada ou removida.
Na blockchain do Bitcoin, as transações são transmitidas para a rede e adicionadas ao mempool. Os mineradores selecionam e verificam as transações desse pool e as incluem em novos blocos que serão adicionados à blockchain. As transações incluídas nesse bloco são consideradas confirmadas, mas teoricamente ainda é possível que outros mineradores minerem um bloco concorrente.
A finalidade das transações aumenta com o número de blocos confirmados. As transações de Bitcoin geralmente são consideradas “finais” quando mais seis blocos são adicionados ao bloco que contém essas transações. Devido ao menor tempo de bloco do Ethereum, é recomendado um número maior de confirmações para alcançar um nível semelhante de confiança na “finalidade”.
O que é o princípio da “cadeia mais longa”?
Como ilustrado acima, vários mineradores podem produzir novos blocos válidos ao mesmo tempo. Isso pode resultar em bifurcações temporárias na blockchain.
O princípio da “cadeia mais longa” se refere à regra de que a versão válida da blockchain é aquela que possui o maior trabalho computacional investido, geralmente a que possui a cadeia mais longa de blocos. Como resultado, os blocos “válidos” nas cadeias mais curtas – frequentemente chamados de blocos órfãos ou obsoletos – são descartados, e suas transações retornam ao mempool.
O Ethereum usava o princípio da cadeia mais longa quando a rede usava o Proof of Work (PoW). Após a transição do Ethereum para o Proof of Stake (PoS) em 2022, a rede adotou um algoritmo de escolha de fork atualizado que mede o “peso” da cadeia, que é a soma acumulada dos votos dos validadores ponderados pelos saldos de Ether apostados pelos validadores.
O Que Causa o Congestionamento na Rede Blockchain?
O congestionamento na rede blockchain ocorre quando o número de transações enviadas para a rede excede a capacidade da rede de processá-las.
Existem várias razões pelas quais as redes blockchain podem ficar congestionadas:
Aumento da demanda
À medida que mais pessoas enviam transações para a blockchain, o número de transações não confirmadas no mempool pode exceder o que pode ser incluído em um único bloco. Isso é especialmente relevante para blockchains com limitações inerentes no tamanho do bloco e no tempo do bloco.
O aumento das transações pode ser impulsionado por volatilidades repentinas de preço, levando a um aumento na atividade de transações ou ondas de ciclos de adoção em massa.
Tamanho do bloco pequeno
Cada blockchain possui um tamanho de bloco que define o tamanho máximo que um bloco pode ter. Esse tamanho de bloco limita quantas transações podem ser incluídas em um bloco.
Por exemplo, o Bitcoin foi inicialmente projetado para ter um limite de tamanho de bloco de 1 megabyte. Em 2017, o Bitcoin implementou uma atualização chamada Segregated Witness, ou SegWit, para melhorar a taxa de transação. Ela aumenta o limite teórico do tamanho do bloco para aproximadamente 4 MB.
Se o número de transações exceder esse limite, resultará em congestionamento na rede.
Tempo de bloco lento
O tempo de bloco se refere com que frequência um novo bloco é adicionado à blockchain. O Bitcoin adiciona um novo bloco a cada cerca de 10 minutos. Se as transações estiverem sendo criadas em uma taxa e volume muito mais rápidos, haverá um acúmulo de transações.
Quais São as Consequências do Congestionamento na Rede?
O congestionamento na rede blockchain pode resultar em várias consequências negativas que prejudicam a capacidade de uma rede funcionar sem problemas.
Aumento das taxas de transação
Os mineradores são incentivados a priorizar transações que pagam taxas mais altas. Portanto, quando uma rede blockchain fica congestionada, os usuários geralmente precisam pagar taxas de transação mais altas para incentivar os mineradores a priorizarem suas transações. Isso pode tornar o uso da blockchain mais caro do que o usual, especialmente para transações menores.
Tempos de confirmação de transação atrasados
O congestionamento da rede pode levar a tempos de espera mais longos para a confirmação e finalidade das transações. Em casos extremos, as transações podem não ser confirmadas por várias horas, dias ou até mais tempo. Isso pode causar frustração para os usuários.
Experiência do usuário ruim
Altas taxas e tempos de confirmação lentos podem resultar em uma experiência do usuário ruim, o que pode reduzir a adoção e a usabilidade da blockchain.
Volatilidade de mercado
O congestionamento pode amplificar a incerteza e contribuir para a volatilidade do mercado. Se houver muitos usuários tentando vender uma criptomoeda, mas a rede estiver muito congestionada para processar essas transações, os usuários podem entrar em pânico e tentar se desfazer de suas participações rapidamente.
Existem outras consequências, incluindo riscos de segurança e riscos de centralização da rede. Especificamente, tempos de confirmação mais longos podem aumentar o risco de ataques de gasto duplo, e taxas altas podem levar à centralização do poder de mineração.
Exemplos de Congestionamento na Rede
Tanto a rede Bitcoin quanto a rede Ethereum já experimentaram congestionamento significativo.
Congestionamento na rede Bitcoin
O aumento significativo no preço do Bitcoin entre o final de 2017 e o início de 2018 levou a um dos eventos de congestionamento de redes mais proeminentes até o momento. O aumento na popularidade do Bitcoin resultou em um aumento maciço na demanda e nas transações, resultando em atrasos significativos e aumento exorbitante das taxas de transação. Em um determinado momento, as taxas médias de transação eram superiores a $50.
Na primavera de 2023, a rede Bitcoin ficou congestionada devido ao aumento na atividade de transações relacionadas aos tokens BRC-20, o que causou um aumento nas transações pendentes e nas taxas. Em um determinado momento, quase 400.000 transações não confirmadas foram registradas, causando um gargalo no mempool. As taxas de transação aumentaram mais de 300% em questão de semanas.
Congestionamento na rede Ethereum
Um exemplo notável de congestionamento na rede Ethereum ocorreu em 2017, quando o projeto “CryptoKitties” se tornou viral e desacelerou significativamente a rede. Também houve congestionamento de rede devido ao boom do DeFi, resultando em aumentos nos preços do gás.
Qualquer rede blockchain pode ficar congestionada. No entanto, os casos de congestionamento nas redes Bitcoin e Ethereum têm atraído mais atenção do que outros blockchains, pois tiveram um impacto mais amplo devido à sua popularidade e importância.
Soluções para Aliviar o Congestionamento na Rede
Resolver o congestionamento na rede blockchain é uma questão complexa. Existem várias abordagens, cada uma com suas vantagens e desvantagens.
Aumentar o tamanho do bloco
Aumentar o tamanho do bloco permite que mais transações sejam processadas por bloco, aumentando efetivamente a capacidade da rede. No entanto, blocos maiores levam mais tempo para se propagar pela rede, aumentando o risco de bifurcações temporárias. Além disso, eles requerem mais espaço de armazenamento, o que pode levar a uma maior centralização.
Reduzir o tempo do bloco
Diminuir o tempo do bloco pode permitir que a rede processe transações mais rapidamente. No entanto, tempos de bloco mais curtos podem aumentar o número de blocos órfãos e comprometer a segurança.
Soluções de camada 2
Essas soluções fora da cadeia processam transações fora da blockchain principal e registram o estado final na cadeia. O Lightning Network do Bitcoin e o Plasma do Ethereum são exemplos dessas soluções. Elas podem aumentar a escalabilidade, mas são complexas de implementar e podem introduzir problemas adicionais de segurança.
Sharding
Sharding é uma técnica em que a blockchain é dividida em vários shards menores, cada um capaz de processar transações e contratos inteligentes. Isso pode aumentar significativamente a capacidade de uma rede. No entanto, assim como as soluções de camada 2, o sharding aumenta a complexidade e também pode introduzir riscos adicionais de segurança.
Outras soluções potenciais para o congestionamento na rede incluem ajustes nas taxas e soluções de dimensionamento, incluindo rollups otimistas e de conhecimento zero. O mecanismo de consenso Proof of Stake (PoS) geralmente é mais rápido do que o Proof of Work (PoW).
Pensamentos Finais
Com a expectativa de que a tecnologia blockchain seja adotada por mais usuários nos próximos anos, as questões de congestionamento na rede estão ganhando destaque. A capacidade de uma rede processar eficientemente um grande volume de transações é fundamental para uma adoção generalizada e usabilidade.
Isso é especialmente relevante para sistemas blockchain que pretendem facilitar transações em tempo real do dia a dia.
Embora o congestionamento na rede blockchain apresente desafios significativos, a comunidade continua a desenvolver soluções para ajudar a mitigar esses problemas. É por isso que pesquisas sobre o aprimoramento da escalabilidade blockchain estão na vanguarda do setor.
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