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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Índice

O que são soluções de segunda camada do Bitcoin?

As soluções de segunda camada do Bitcoin (Bitcoin L2s) são protocolos secundários construídos no topo da blockchain principal do Bitcoin. Seu propósito é resolver problemas de escalabilidade, melhorar a velocidade das transações e reduzir as taxas. Algumas L2s também introduzem capacidades de contratos inteligentes, expandindo os casos de uso potenciais do Bitcoin. Ao criar uma camada de execução separada, essas soluções lidam com transações fora da blockchain e utilizam a blockchain principal apenas para a liquidação final.

Principais diferenças entre soluções de segunda camada do Bitcoin e do Ethereum

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

Herança de Segurança: As soluções L2 do Ethereum herdam a segurança diretamente da mainnet do Ethereum através de validadores ativos. Em contraste, as L2s do Bitcoin dependem de seus próprios protocolos de segurança, pois não têm envolvimento direto dos validadores da rede principal do Bitcoin.

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

Funcionalidade de Contratos Inteligentes: O Ethereum foi projetado para suportar contratos inteligentes de forma nativa, enquanto o Bitcoin não foi. Assim, as L2s do Bitcoin muitas vezes têm como objetivo adicionar essa capacidade, aprimorando 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 mainnet do Ethereum, que usa um modelo de consenso de prova de participação.

Por que são necessárias soluções de segunda camada do Bitcoin?

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

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

Altas Taxas: Altas taxas de transação, que chegaram a mais de $120 durante alguns períodos de pico de congestão, tornam transações pequenas impraticáveis. As soluções L2 ajudam a reduzir essas taxas.

Capacidades de Contratos Inteligentes: A camada base do Bitcoin carece de funcionalidades avançadas de contratos inteligentes, que são essenciais para aplicativos descentralizados (dApps) e plataformas de finanças descentralizadas (DeFi).

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

Como funcionam as soluções de segunda camada do Bitcoin

Uma rede blockchain é composta por duas camadas: a camada de execução, que processa as 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 fora da cadeia, que são então submetidas à camada de consenso do Bitcoin para liquidação final.

Abordagens comuns para soluções de segunda camada do Bitcoin incluem:

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

Sidechains: Operando como blockchains separadas vinculadas ao Bitcoin, sidechains como a Liquid Network permitem transações mais rápidas e recursos adicionais, liquidando periodicamente na mainchain do Bitcoin.

Rollups: Esses agrupam várias transações fora da cadeia em uma única transação, criando uma prova criptográfica de validade submetida à blockchain do Bitcoin para liquidação.

Canais de Estado

Os canais de estado, como aqueles usados na Lightning Network, permitem que duas partes façam um número ilimitado de transações de Bitcoin fora da cadeia, sem registrar cada transação na blockchain principal do Bitcoin. Essa 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 multiassinatura (multisig) na blockchain do Bitcoin. Um endereço 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 que o canal está aberto, as partes podem fazer um número ilimitado de transações fora da cadeia, trocando dados de transações assinadas para atualizar seus respectivos saldos de Bitcoin no estado atual do canal. Essas transações não são transmitidas à rede Bitcoin durante esse processo.

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

Sidechains

As sidechains do Bitcoin, como a Liquid Network, operam em blockchains separadas que estão vinculadas ao Bitcoin. Essas sidechains utilizam seus próprios mecanismos de consenso, permitindo transações mais rápidas e recursos adicionais enquanto retransmitem e finalizam periodicamente as transações na mainchain do Bitcoin. Veja como as sidechains do Bitcoin funcionam:

Two-Way Peg: A tecnologia fundamental que permite a transferência de ativos entre a mainchain do Bitcoin e uma sidechain é chamada de "two-way peg". Para mover ativos da mainchain do Bitcoin para uma sidechain, um usuário primeiro bloqueia seus bitcoins em um endereço de saída especial na blockchain do Bitcoin enviando uma transação. Essa ação efetivamente imobiliza os bitcoins na mainchain. A sidechain então detecta esse evento de bloqueio e responde cunhando e liberando uma quantidade equivalente de tokens na sidechain, frequentemente chamados de sBTC (BTC da sidechain), representando os bitcoins bloqueados da mainchain. Uma vez na sidechain, os usuários podem transferir e utilizar livremente esses tokens para diversos fins, como transações e contratos inteligentes, beneficiando-se do mecanismo de consenso mais rápido e eficiente da sidechain. Para retornar ativos à mainchain do Bitcoin, o usuário queima ou destrói os tokens da sidechain. Esse evento de queima é detectado pela mainchain, que então libera os bitcoins originalmente bloqueados de volta para o endereço do usuário na mainchain.

Federação/Validadores: Para gerenciar e validar o processo de two-way peg com segurança, as sidechains empregam uma federação ou um grupo de validadores. Essa federação desempenha várias funções críticas. A federação ou grupo de validadores desempenha um papel crucial na gestão e segurança do processo de two-way peg entre a mainchain 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 corresponda em ambos os lados, evitando problemas como gastos duplos. Essa 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 mainchain do Bitcoin. Essa independência permite que as sidechains implementem parâmetros de bloco personalizados, incluindo tempos de bloco diferentes, tamanhos de bloco e capacidade 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, aprimoramentos de privacidade e outras soluções de escalabilidade que não estão disponíveis nativamente na mainchain do Bitcoin.

Rollups

Os rollups de segunda camada do Bitcoin funcionam movendo a execução e os dados das transações fora da blockchain principal do Bitcoin para uma cadeia ou camada de rollup separada, enquanto ainda ancoram no Bitcoin para disponibilidade de dados e consenso.

Os principais mecanismos envolvidos na tecnologia de rollup incluem 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 os saldos das contas de acordo. Após o processamento de muitas transações fora da cadeia, o rollup comprime ou "acumula" os dados das transações em uma prova criptográfica compacta ou compromisso, que representa o efeito líquido de todas essas transações no estado. Essa prova comprimida 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 não possui a capacidade de verificar nativamente as provas criptográficas ou compromissos produzidos pelos sistemas de rollup. Existem algumas abordagens sendo exploradas para permitir 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 fora da cadeia e publicando apenas dados de transações comprimidos no Bitcoin. Eles gerenciam seus próprios mecanismos de consenso e ambientes de execução de transações fora da cadeia, usando o Bitcoin para ancorar e armazenar os dados de rollup comprimidos. Para mover ativos como BTC dentro e fora do rollup, é usado um sistema de peg descentralizado, como sBTC, dependendo de um grupo descentralizado de signatários em vez da camada base do Bitcoin.

A extensão da linguagem de script do Bitcoin e dos opcodes para permitir 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 segunda camada do Bitcoin

A camada um do Bitcoin, embora renomada por sua segurança e descentralização, sofre de várias limitações de desempenho. As transações na mainchain do Bitcoin levam cerca de 10 minutos para confirmar, carecem de funcionalidade de contratos inteligentes e muitas vezes incorrem em altas taxas de transação devido à congestão da rede. Para enfrentar esses desafios, soluções de segunda camada 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 segunda camada do Bitcoin é a capacidade de aumentar dramaticamente a capacidade de transação da rede. Ao processar transações fora da blockchain principal, projetos de segunda camada podem lidar com um volume muito maior de transações por segundo em comparação com a camada base do Bitcoin. Essa descarga reduz a congestão 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 diárias e negociações de alta frequência.

Taxas de Transação Mais Baixas: Como as transações de segunda camada não exigem que todos os dados de transação sejam registrados na blockchain do Bitcoin, elas reduzem significativamente a quantidade de dados que precisam ser armazenados. 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 aplicativos como remessas e micropagamentos, onde altas taxas podem ser proibitivas.

Confirmações Mais Rápidas: As soluções de segunda camada oferecem confirmações de transações quase instantâneas, um contraste marcante com o tempo médio de bloco de 10 minutos na mainchain do Bitcoin. Esse tempo de confirmação rápido é essencial para casos de uso que exigem liquidação rápida, como transações no ponto de venda e comércio online. A capacidade de alcançar confirmações mais rápidas melhora a experiência do usuário e amplia a gama de aplicações práticas para o Bitcoin.

Privacidade Aprimorada: Algumas implementações de segunda camada fornecem recursos de privacidade aprimorados. Técnicas como roteamento em cebola e anonimato de canais de pagamento tornam mais difícil rastrear transações, oferecendo aos usuários um nível mais alto de privacidade.

Capacidades de Contratos Inteligentes: Certos projetos de segunda camada do Bitcoin habilitam a funcionalidade de contratos inteligentes em cima do Bitcoin. Essa adição desbloqueia novos casos de uso, incluindo dApps e protocolos DeFi.

Segurança Herdada: As soluções de segunda camada derivam uma certa quantidade de segurança da blockchain subjacente do Bitcoin. Ao ancorar transações no consenso robusto e descentralizado de prova de trabalho do Bitcoin, as redes de segunda camada podem se beneficiar do massivo poder computacional que protege a rede Bitcoin.

Desafios das Soluções de Segunda Camada do Bitcoin

Apesar de suas vantagens, as redes L2 do Bitcoin enfrentam desafios, particularmente na conexão segura entre o Bitcoin e as redes L2 e na velocidade e capacidade de liquidar provas na rede do Bitcoin. As 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 pelas soluções L2 do Bitcoin incluem:

Conexão Segura entre Bitcoin e Redes L2: Redes L2 do Bitcoin, como sidechains, usam pontes para se conectar à mainchain 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 entre cadeias.

Velocidade e Custo de Liquidação na Rede Bitcoin: Embora as soluções L2 processem transações fora da cadeia, elas precisam, em última análise, liquidar o estado final na mainchain 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 os validadores verificam transações L2, as L2s do Bitcoin não herdam inteiramente 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 Aumentados de Centralização: Algumas soluções L2 exigem o estabelecimento de canais de pagamento e nós de retransmissão, ou a execução de seu próprio mecanismo de consenso. Isso pode 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 as atualizações propostas.

Principais Projetos de Segunda Camada do Bitcoin

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

1. Lightning Network A Lightning Network é, sem dúvida, a solução de segunda camada do Bitcoin mais conhecida. Utiliza canais de estado para facilitar transações fora da cadeia entre duas partes. Isso permite transações quase instantâneas e de baixo custo, melhorando significativamente a usabilidade do Bitcoin para pagamentos do dia a dia.

Principais Características:

Transações fora da cadeia
Baixas taxas
Liquidações de pagamento instantâneas
Privacidade aprimorada através do roteamento em cebola

Leia "O que é a 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. 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.

Principais Características:

Two-way peg para transferência de Bitcoin
Transações confidenciais
Emissão e gestão de ativos
Tempos de liquidação rápidos

3. Rootstock A Rootstock é uma sidechain compatível com a Máquina Virtual Ethereum (EVM) que utiliza consenso de Prova de Trabalho e mineração combinada. Permite que os usuários de Bitcoin bloqueiem BTC e cunhem RBTC, aprimorando a funcionalidade do Bitcoin com capacidades avançadas de contratos inteligentes.

Principais Características:

Funcionalidade de contratos inteligentes
Two-way peg 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 segunda camada única que se integra à blockchain do Bitcoin para habilitar contratos inteligentes, aplicativos descentralizados e ativos digitais. Utiliza um mecanismo de consenso inovador chamado Prova de Transferência (PoX) que ancorase no Bitcoin para segurança. A Stacks Network também integra um token nativo, Stacks (STX).

Principais Características:

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 segunda camada que conecta o Bitcoin

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