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Quais são as Soluções de Camada-2 do Bitcoin

À medida que o Bitcoin continua a crescer em popularidade, seu design original, que suporta apenas sete transações por segundo, muitas vezes enfrenta dificuldades com escalabilidade. Isso leva a taxas mais altas e tempos de transação mais lentos. Para combater esses desafios, foram desenvolvidas soluções de Camada Dois (L2) para o Bitcoin. Essas soluções melhoram a rede Bitcoin ao processar transações fora da blockchain principal, aumentando assim o rendimento das transações enquanto mantêm a segurança e possibilitam novas funcionalidades como contratos inteligentes.

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O que são soluções de camada dois do Bitcoin?

As soluções de camada dois do Bitcoin (Bitcoin L2s) são protocolos secundários construídos sobre a blockchain principal do Bitcoin. Seu objetivo é resolver problemas de escalabilidade, melhorar a velocidade das transações e reduzir taxas. Algumas L2s também introduzem capacidades de contrato inteligente, expandindo os casos de uso potenciais do Bitcoin. Ao criar uma camada de execução separada, essas soluções lidam com transações off-chain e usam a blockchain principal apenas para a liquidação final.

Principais diferenças entre soluções de camada dois do Bitcoin e Ethereum

Bitcoin e Ethereum, embora ambos empreguem soluções de camada dois, diferem fundamentalmente devido às suas arquiteturas subjacentes:

Herança de segurança: As soluções de camada dois do Ethereum herdam segurança diretamente da rede principal do Ethereum através de validadores ativos. Em contraste, as L2s do Bitcoin confiam em seus próprios protocolos de segurança, pois não têm envolvimento direto dos validadores da rede principal do Bitcoin.

Verificação de transações: As L2s do Ethereum utilizam métodos avançados de verificação, como provas de fraude e provas de conhecimento zero, o que atualmente falta ao Bitcoin. Isso limita a complexidade das soluções de L2 que podem ser construídas no Bitcoin em comparação com o Ethereum.

Funcionalidade de contrato inteligente: O Ethereum foi projetado para suportar contratos inteligentes nativamente, enquanto o Bitcoin não. Assim, as L2s do Bitcoin muitas vezes visam adicionar essa capacidade, melhorando sua funcionalidade além de simples transferências de valor.

Camadas de liquidação: As L2s do Bitcoin liquidam transações na blockchain do Bitcoin, aproveitando seu consenso de prova de trabalho para segurança. As L2s do Ethereum, por outro lado, liquidam na rede principal do Ethereum, que usa um modelo de consenso de prova de participação.

Por que são necessárias soluções de camada dois do Bitcoin?

A necessidade de soluções de camada dois do Bitcoin surge das limitações da camada base do Bitcoin:

Escalabilidade e throughput: A camada base do Bitcoin pode lidar com apenas cerca de sete transações por segundo, levando a congestionamentos e altas taxas durante os períodos de pico. As soluções de L2 oferecem uma maneira de escalar sem comprometer a segurança do Bitcoin.

Altas taxas: As altas taxas de transação, que já ultrapassaram $120 durante alguns períodos de congestionamento máximo, tornam transações pequenas impraticáveis. As soluções de L2 ajudam a reduzir essas taxas.

Capacidades de contrato inteligente: A camada base do Bitcoin carece de funcionalidades avançadas de contrato inteligente, que são essenciais para aplicações descentralizadas (dApps) e plataformas de finanças descentralizadas (DeFi).

Desbloqueio de capital: Uma quantidade significativa de capital do Bitcoin permanece subutilizada, pois é principalmente uma reserva de valor. As soluções de L2 visam desbloquear esse capital, permitindo transações mais rápidas e aplicações inovadoras.

Como funcionam as soluções de camada dois do Bitcoin

Uma rede blockchain é composta por duas camadas: a camada de execução, que processa transações, e a camada de consenso, que valida e aprova essas transações. As L2s do Bitcoin desenvolvem uma camada de execução separada para lidar com transações off-chain, que são então submetidas à camada de consenso do Bitcoin para liquidação final.

Abordagens comuns para soluções de camada dois do Bitcoin incluem:

Canais de estado: Usados pela Lightning Network, os canais de estado permitem que duas partes realizem inúmeras transações off-chain. Apenas o estado final é registrado na blockchain, aumentando a velocidade e reduzindo custos.

Sidechains: Operando como blockchains separados vinculados ao Bitcoin, sidechains como a Liquid Network permitem transações mais rápidas e recursos adicionais, liquidando periodicamente na cadeia principal do Bitcoin.

Rollups: Estes agregam várias transações off-chain em uma única transação, criando uma prova criptográfica de validade enviada à blockchain do Bitcoin para liquidação.

Canais de Estado

Canais de estado, como os usados na Lightning Network, permitem que duas partes façam um número ilimitado de transações de Bitcoin off-chain, sem registrar cada transação na blockchain principal do Bitcoin. Esta abordagem melhora significativamente a velocidade das transações e reduz os custos.

Para abrir um canal, as duas partes bloqueiam uma certa quantidade de Bitcoin em um endereço de multiassinatura (multisig) na blockchain do Bitcoin. Um endereço de multisig no Bitcoin é um tipo de endereço que requer múltiplas pessoas para autorizar e assinar uma transação, em vez de apenas uma. Elas concordam com a distribuição inicial de Bitcoin entre elas para este canal. Uma vez aberto o canal, as partes podem fazer um número ilimitado de transações off-chain, trocando dados de transação assinados para atualizar seus respectivos saldos de Bitcoin no estado atual do canal. Essas transações não são transmitidas à rede Bitcoin durante este processo.

Quando terminam de transacionar, as duas partes assinam e transmitem o estado final do canal para a blockchain do Bitcoin. Este estado final reflete a última distribuição de Bitcoin acordada entre as duas partes. As condições de multiassinatura são atendidas, permitindo que os fundos sejam redistribuídos de acordo com os saldos finais.

Sidechains

Sidechains do Bitcoin, como a Liquid Network, operam em blockchains separados que são vinculados ao Bitcoin. Essas sidechains utilizam seus próprios mecanismos de consenso, permitindo transações mais rápidas e recursos adicionais, enquanto retransmitem e finalizam periodicamente transações na cadeia principal do Bitcoin. Aqui está como as sidechains do Bitcoin funcionam:

Vinculação bidirecional: A tecnologia fundamental que permite a transferência de ativos entre a cadeia principal do Bitcoin e uma sidechain é chamada de "vinculação bidirecional". Para mover ativos da cadeia principal do Bitcoin para uma sidechain, um usuário primeiro bloqueia seus bitcoins em um endereço de saída especial na blockchain do Bitcoin ao enviar uma transação. Esta ação efetivamente imobiliza os bitcoins na cadeia principal. A sidechain então detecta este evento de bloqueio e responde cunhando e liberando uma quantidade equivalente de tokens na sidechain, frequentemente referidos como sBTC (BTC da sidechain), representando os bitcoins bloqueados da cadeia principal. Uma vez na sidechain, os usuários podem transferir e utilizar esses tokens livremente para vários propósitos, como transações e contratos inteligentes, beneficiando-se do mecanismo de consenso mais rápido e eficiente da sidechain. Para retornar os ativos à cadeia principal do Bitcoin, o usuário queima ou destrói os tokens da sidechain. Este evento de queima é detectado pela cadeia principal, que então libera os bitcoins originalmente bloqueados de volta para o endereço do usuário na cadeia principal.

Federação/Validadores: Para gerenciar e validar o processo de vinculação bidirecional de forma segura, as sidechains empregam uma federação ou um grupo de validadores. Esta federação desempenha várias funções críticas. A federação ou grupo de validadores desempenha um papel crucial na gestão e segurança do processo de vinculação bidirecional entre a cadeia principal e a sidechain. Eles monitoram o bloqueio e desbloqueio de ativos em ambas as cadeias, garantindo que as transações sejam registradas com precisão. Eles também validam que a quantidade de ativos movidos corresponde em ambos os lados, prevenindo problemas como gastos duplos. Esta federação pode ser operada por partes confiáveis, scripts de multiassinatura ou contratos inteligentes, todos trabalhando para manter a integridade e segurança do processo de transferência de ativos.

Consenso independente: Uma característica definidora das sidechains é seu mecanismo de consenso independente, que opera separadamente da cadeia principal do Bitcoin. Esta independência permite que as sidechains implementem parâmetros de bloco personalizados, incluindo diferentes tempos de bloco, tamanhos de bloco e throughput de transação otimizados para seus casos de uso específicos. Elas utilizam algoritmos de consenso únicos como Prova de Autoridade (PoA) ou Prova de Participação Delegada (DpoS), que podem ser mais eficientes ou adequados para os propósitos da sidechain. Além disso, as sidechains introduzem recursos avançados como contratos inteligentes, melhorias de privacidade e outras soluções de escalabilidade que não estão disponíveis nativamente na cadeia principal do Bitcoin.

Rollups

Os rollups de camada dois do Bitcoin funcionam movendo a execução e os dados de transações da blockchain principal do Bitcoin para uma cadeia ou camada de rollup separada, enquanto ainda se ancoram ao Bitcoin para disponibilidade de dados e consenso.

Os mecanismos-chave envolvidos na tecnologia de rollup incluem a execução de transações na cadeia de rollup, compressão de dados e ancoragem ao Bitcoin camada um. Os usuários submetem transações para serem executadas na cadeia de rollup em vez de diretamente na blockchain do Bitcoin. A cadeia de rollup processa essas transações, atualizando saldos de contas conforme necessário. Após processar muitas transações off-chain, o rollup comprime ou "agrega" os dados das transações em uma prova criptográfica ou compromisso compacto, que representa o efeito líquido de todas essas transações no estado. Esta prova compactada é então periodicamente submetida à blockchain do Bitcoin como uma única transação. Um contrato inteligente ou mecanismo de verificação na camada um do Bitcoin pode validar e aplicar eficientemente a transição de estado representada pela prova de rollup.

No entanto, os rollups no Bitcoin enfrentam um desafio-chave, já que a camada base do Bitcoin carece da capacidade de verificar nativamente as provas ou compromissos criptográficos produzidos pelos sistemas de rollup. Existem algumas abordagens sendo exploradas para habilitar rollups no Bitcoin, incluindo rollups soberanos e a extensão do script do Bitcoin.

Rollups soberanos usam o Bitcoin como uma camada de disponibilidade de dados sem depender dele para provas de validade. Esses rollups operam de forma independente, processando transações off-chain e publicando apenas dados de transações compactados no Bitcoin. Eles gerenciam seus próprios mecanismos de consenso e ambientes de execução de transações off-chain, usando o Bitcoin para ancorar e armazenar os dados compactados de rollup. Para mover ativos como BTC dentro e fora do rollup, um sistema de vinculação descentralizado, como sBTC, é usado, confiando em um grupo descentralizado de assinantes em vez da camada base do Bitcoin.

A extensão da linguagem de script do Bitcoin e dos opcodes para possibilitar rollups de validade permite que a camada base do Bitcoin verifique e aplique as transições de estado do rollup. Isso provavelmente exigiria uma atualização de soft-fork no Bitcoin para adicionar novos opcodes como OP_CAT ou WTC para melhor programabilidade.

Vantagens das soluções de camada dois do Bitcoin

A camada um do Bitcoin, embora renomada por sua segurança e descentralização, sofre de várias limitações de desempenho. Transações na cadeia principal do Bitcoin levam cerca de 10 minutos para serem confirmadas, não possuem funcionalidade de contrato inteligente e muitas vezes incorrem em altas taxas de transação devido ao congestionamento da rede. Para enfrentar esses desafios, soluções de camada dois do Bitcoin foram desenvolvidas, proporcionando uma gama de melhorias que melhoram significativamente a usabilidade e funcionalidade da rede Bitcoin.

Escalabilidade: Uma das vantagens mais significativas das soluções de camada dois do Bitcoin é sua capacidade de aumentar drasticamente a capacidade de transações da rede. Ao processar transações fora da blockchain principal, projetos de camada dois podem lidar com um volume muito maior de transações por segundo em comparação com a camada base do Bitcoin. Este descarregamento reduz o congestionamento na cadeia principal, resultando em operações de rede mais suaves e eficientes. A escalabilidade aumentada é crucial para a adoção generalizada do Bitcoin para transações cotidianas e negociação de alta frequência.

Taxas de transação mais baixas: Como as transações de camada dois não exigem que todos os dados das transações sejam registrados na blockchain do Bitcoin, elas reduzem significativamente a quantidade de dados que precisa ser armazenada. Isso leva a taxas de transação mais baixas, tornando microtransações e outras transferências de pequeno valor economicamente viáveis. Os usuários se beneficiam dos custos reduzidos, o que é particularmente importante para aplicações como remessas e micropagamentos, onde altas taxas podem ser proibitivas.

Confirmações mais rápidas: Soluções de camada dois oferecem confirmações de transação quase instantâneas, um contraste marcante com o tempo médio de bloco de 10 minutos na cadeia principal do Bitcoin. Esse tempo de confirmação rápido é essencial para casos de uso que exigem liquidação rápida, como transações em pontos de venda e comércio online. A capacidade de obter confirmações mais rápidas melhora a experiência do usuário e amplia a gama de aplicações práticas para o Bitcoin.

Privacidade aprimorada: Algumas implementações de camada dois proporcionam recursos de privacidade aprimorados. Técnicas como roteamento onion e anonimato de canais de pagamento tornam mais difícil rastrear transações, oferecendo aos usuários um nível mais alto de privacidade.

Capacidades de contrato inteligente: Certos projetos de camada dois do Bitcoin permitem funcionalidades de contrato inteligente no topo do Bitcoin. Esta adição desbloqueia novos casos de uso, incluindo dApps e protocolos defi.

Segurança herdada: Soluções de camada dois derivam uma parte de sua segurança da blockchain subjacente do Bitcoin. Ao ancorar transações no robusto e descentralizado consenso de prova de trabalho do Bitcoin, redes de camada dois podem se beneficiar do poder computacional maciço que protege a rede Bitcoin.

Desafios das soluções de camada dois do Bitcoin

Apesar de suas vantagens, redes L2 do Bitcoin enfrentam desafios, particularmente na conexão segura entre o Bitcoin e redes L2 e na velocidade e capacidade de liquidar provas na rede Bitcoin. Pontes podem ser propensas a riscos de segurança, e melhorias na velocidade e custo de liquidação são necessárias para a escalabilidade futura.

Alguns dos maiores desafios enfrentados por soluções L2 do Bitcoin incluem:

Conexão segura entre Bitcoin e redes L2: Redes L2 do Bitcoin, como sidechains, usam pontes para se conectar com a cadeia principal do Bitcoin. Essas pontes funcionam bloqueando ativos no Bitcoin e cunhando tokens equivalentes na cadeia L2. No entanto, esse design de ponte tem riscos de segurança e problemas de experiência do usuário. Muitos hacks e perdas de criptomoedas ocorreram devido a vulnerabilidades em pontes cross-chain.

Velocidade e custo de liquidação na rede Bitcoin: Embora soluções L2 processem transações off-chain, elas precisam, em última análise, liquidar o estado final na cadeia principal do Bitcoin. A velocidade e o custo desse processo de liquidação na camada base do Bitcoin são fatores significativos que afetam a eficiência das redes L2.

Manutenção de segurança sem validação direta do Bitcoin: Ao contrário das L2s do Ethereum, onde validadores verificam transações L2, as L2s do Bitcoin não herdam totalmente a segurança dos nós do Bitcoin, que validam transações. As L2s do Bitcoin devem confiar em seus próprios protocolos de segurança independentes, tornando desafiador alcançar o mesmo nível de segurança que a camada base do Bitcoin.

Riscos de centralização aumentados: Algumas soluções L2 exigem o estabelecimento de canais de pagamento e nós de retransmissão, ou a execução de seu próprio mecanismo de consenso. Isso poderia levar à concentração de controle nas mãos de algumas entidades, potencialmente minando os princípios descentralizados do Bitcoin.

Complexidades técnicas e desafios de integração: Integrar soluções L2 com a infraestrutura existente do Bitcoin envolve complexidades técnicas significativas, como garantir compatibilidade, manter padrões de segurança e alcançar consenso dentro da comunidade sobre atualizações propostas.

Principais projetos de camada dois do Bitcoin

À medida que o Bitcoin continua a evoluir, vários projetos de camada dois surgiram para resolver seus problemas de escalabilidade, eficiência e funcionalidade. Aqui estão alguns dos projetos L2 do Bitcoin mais proeminentes que atualmente estão moldando o cenário:

1. Lightning Network
A Lightning Network é provavelmente a solução de camada dois do Bitcoin mais conhecida. Ela utiliza canais de estado para facilitar transações off-chain entre duas partes. Isso permite transações quase instantâneas e de baixo custo, melhorando significativamente a usabilidade do Bitcoin para pagamentos diários.

Características principais:

• Transações off-chain
• Taxas baixas
• Liquidações de pagamento instantâneas
• Privacidade aprimorada através do roteamento onion

Leia "O que é Lightning Network?" em nosso Centro de Aprendizado para um mergulho mais profundo na Lightning Network do Bitcoin.

2. Liquid Network
A Liquid Network, desenvolvida pela Blockstream, é uma sidechain do Bitcoin projetada para transações rápidas e confidenciais. Ela permite a emissão e transferência de ativos, incluindo Bitcoin e stablecoins, com taxas mais baixas e tempos de liquidação mais rápidos em comparação com a blockchain principal do Bitcoin.

Características principais:

• Vinculação bidirecional para transferência de Bitcoin
• Transações confidenciais
• Emissão e gestão de ativos
• Tempos de liquidação rápidos

3. Rootstock
Rootstock é uma sidechain compatível com a Máquina Virtual Ethereum (EVM) usando consenso de Prova de Trabalho e mineração mesclada. Permite aos usuários de Bitcoin bloquear BTC e cunhar RBTC, aumentando a funcionalidade do Bitcoin com capacidades avançadas de contrato inteligente.

Características principais:

• Funcionalidade de contrato inteligente
• Vinculação bidirecional com Bitcoin
• Compatível com a linguagem Solidity do Ethereum
• Segurança aprimorada através da taxa de hash do Bitcoin

4. Stacks
Stacks é uma solução de camada dois única que integra-se à blockchain do Bitcoin para permitir contratos inteligentes, aplicativos descentralizados e ativos digitais. Ela usa um mecanismo de consenso inovador chamado Prova de Transferência (PoX) que se ancora ao Bitcoin para segurança. A Stacks Network também integra um token nativo, Stacks (STX).

Características principais:

• Contratos inteligentes
• Consenso de Prova de Transferência (PoX)
• Aplicativos descentralizados
• Integração com o modelo de segurança do Bitcoin

5. Wrapped Bitcoin (WBTC) no Ethereum
Wrapped Bitcoin (WBTC) é uma solução de camada dois que conecta o Bitcoin com o Ethereum. Permite que os usuários envolvam seu BTC em um token ERC-20, permitindo que o Bitcoin seja usado no ecossistema DeFi do Ethereum.

Características principais:

• Conecta Bitcoin com Ethereum
• Permite Bitcoin em aplicações DeFi
• Compatibilidade com token ERC-20