TL;DR: A tensão entre descentralização e desempenho é um dos principais desafios da blockchain, frequentemente descrito como o «trilema da blockchain». Uma maior descentralização requer que mais nós alcancem consenso, o que aumenta a sobrecarga de comunicação, eleva a latência e reduz a taxa de transferência. Um desempenho mais elevado requer menos validadores, rondas de consenso mais rápidas ou requisitos de hardware mais exigentes, fatores que, em conjunto, conduzem à centralização. O trilema defende que as blockchains podem otimizar plenamente, no máximo, duas das três propriedades: descentralização, segurança e escalabilidade. Diferentes cadeias fazem diferentes compromissos ao longo deste espectro, e estratégias como rollups de Camada 2, sharding e execução paralela estão a expandir os limites do que é possível.
A Explicação Simples
Imagine tentar tomar uma decisão num grupo. Se forem necessárias três pessoas para chegar a um acordo, a conversa é rápida. Se forem necessárias 10 000 pessoas para chegar a um acordo, a conversa demora muito mais tempo, mesmo que todos ajam de boa-fé. O consenso na blockchain funciona da mesma forma. Cada validador precisa de receber, verificar e atestar cada novo bloco. Quanto mais validadores participarem, mais mensagens terão de ser trocadas e mais tempo demora a alcançar o consenso.
Isto cria um compromisso fundamental. É possível ter uma rede rápida com poucos validadores (alto desempenho, baixa descentralização), ou uma rede lenta com muitos validadores (baixo desempenho, alta descentralização), ou algo intermédio. Com a tecnologia atual, não é possível ter o máximo desempenho e a máxima descentralização em simultâneo.
O Trilema da Blockchain
O trilema da blockchain, popularizado pelo cofundador da Ethereum, Vitalik Buterin, afirma que uma blockchain pode otimizar, no máximo, duas das três propriedades simultaneamente: descentralização, segurança e escalabilidade.
A descentralização significa que muitos participantes independentes podem operar nós e participar no consenso sem requisitos de hardware exorbitantes. A segurança significa que a rede consegue resistir a ataques de adversários com recursos financeiros consideráveis que tentam reescrever o histórico, censurar transações ou interromper a cadeia. A escalabilidade significa que a rede consegue processar um elevado volume de transações de forma rápida e económica.
O Bitcoin maximiza a descentralização e a segurança, mas sacrifica a escalabilidade. Qualquer pessoa com equipamento modesto pode executar um nó completo, e a rede nunca foi alvo de um ataque bem-sucedido, mas a capacidade de processamento está limitada a cerca de 7 transações por segundo. O Ethereum equilibra estes três aspetos, mas inclina-se para a descentralização e a segurança, processando aproximadamente 30 TPS na L1, com planos para escalar através de rollups, em vez de aumentar a taxa de transferência da camada base. O Solana dá prioridade ao desempenho e à segurança, atingindo aproximadamente 4 000 TPS na prática, mas requer hardware de gama alta para executar um validador, o que limita o número de participantes e concentra o conjunto de validadores.
Por que é que existem compromissos?
As compensações têm origem na física e na ciência da computação, não se limitando apenas a escolhas de engenharia.
O tempo de propagação na rede estabelece um limite mínimo para a latência do consenso. Os validadores distribuídos globalmente têm de trocar mensagens, e a velocidade da luz impõe tempos mínimos de ida e volta de 100 a 300 ms entre regiões distantes. Mais validadores significam mais mensagens, e mais mensagens significam mais tempo.
Os requisitos de hardware constituem uma barreira à entrada. Se a cadeia produzir blocos mais rapidamente ou incluir mais dados por bloco, os nós necessitam de CPUs mais rápidas, mais RAM, SSDs de maior capacidade e maior largura de banda para acompanhar o ritmo. O aumento destes requisitos significa que menos pessoas têm meios para operar nós, o que reduz o conjunto de validadores e concentra a rede.
O crescimento do estado acumula-se ao longo do tempo. Cada transação contribui para o estado da blockchain. Um débito mais rápido implica um crescimento mais rápido do estado, o que, por sua vez, implica maiores requisitos de armazenamento. As cadeias que processam milhares de TPS acumulam rapidamente terabytes de dados de estado, tornando cada vez mais dispendioso operar um nó completo.
Estratégias que ultrapassam os limites
Os rollups de Camada 2 são a estratégia mais bem-sucedida para resolver o trilema. Ao processarem as transações numa cadeia separada e enviarem os resultados comprimidos para a Camada 1, os rollups herdam a segurança e a descentralização da camada base, ao mesmo tempo que aumentam drasticamente a capacidade de processamento. O ecossistema de Camada 2 da Ethereum (Arbitrum, Base, Optimism, zkSync) processa ordens de magnitude mais transações do que a Camada 1 por si só.
A execução paralela, utilizada pela Solana, Sui, Monad e MegaETH, processa transações não conflitantes em simultâneo, em vez de sequencialmente, aumentando a capacidade de processamento sem aumentar o tempo de bloqueio nem exigir menos validadores.
O sharding divide a rede em segmentos paralelos que processam transações de forma independente, multiplicando a capacidade de processamento pelo número de shards. O plano inicial de implementação do sharding da Ethereum evoluiu para uma abordagem centrada nos rollups, mas outras cadeias continuam a explorar o sharding nativo.
A amostragem da disponibilidade de dados permite que os nós verifiquem se os dados do bloco estão disponíveis sem terem de descarregar o bloco na íntegra, reduzindo os requisitos de largura de banda e permitindo uma verificação mais descentralizada de blocos de grande dimensão.
Como é que o Quicknode se enquadra nisto
A Quicknode suporta todo o espectro de compromissos do trilema, fornecendo infraestrutura em mais de 80 cadeias, desde L1 altamente descentralizadas, como a Ethereum e a Bitcoin, até cadeias de alto desempenho, como a Solana, e os rollups de L2 que fazem a ponte entre ambos os mundos. Quer esteja a desenvolver numa cadeia que prioriza a descentralização ou numa que prioriza a capacidade de processamento, a API Core da Quicknode oferece acesso fiável e de baixa latência. Para casos de utilização específicos da camada 2, a Quicknode oferece suporte RPC nativo para Arbitrum, Base, Optimism, zkSync e outros rollups líderes de mercado.
Como se comparam as principais cadeias no que diz respeito ao trilema?
A tabela abaixo resume a posição das principais redes no espectro da descentralização, segurança e escalabilidade. Para uma análise mais aprofundada sobre como o número de validadores influencia este aspeto, consulte a secção sobre concentração de validadores.
Corrente | Tende a | Capacidade de processamento aproximada | Acessibilidade dos nós |
|---|---|---|---|
Bitcoin | Descentralização e segurança | Sobre o 7 TPS | Funciona em hardware de especificações modestas |
Ethereum L1 | Descentralização e segurança | Cerca de 30 TPS | Hardware de consumo, escalabilidade através de rollups |
É possível conciliar descentralização e desempenho?
Não ao nível da camada base com a tecnologia atual, o que constitui o cerne do trilema. A resposta prática consiste em separar as camadas: manter uma Camada 1 altamente descentralizada e segura para a liquidação e transferir a execução para rollups e outros sistemas de Camada 2 que herdam a segurança da Camada 1, ao mesmo tempo que proporcionam um elevado débito. É por isso que a Ethereum optou por um roteiro centrado nos rollups, em vez de se limitar a aumentar o débito da Camada 1.
Perguntas frequentes
O que é o trilema da blockchain?
O trilema da blockchain é a ideia de que uma blockchain pode otimizar plenamente, no máximo, duas das três propriedades ao mesmo tempo: descentralização, segurança e escalabilidade. Melhorar uma destas propriedades implica, normalmente, sacrificar outra.
Por que razão uma maior descentralização reduz o desempenho?
Um maior número de validadores implica que é necessário trocar mais mensagens para se chegar a um consenso, e a distribuição global aumenta a latência da rede. Ambos os fatores aumentam o tempo e a sobrecarga por bloco, o que reduz a capacidade de processamento em comparação com um conjunto pequeno e fortemente interligado de validadores.
O que é mais importante: a descentralização ou o desempenho?
Depende do caso de utilização. A liquidação de ativos de elevado valor favorece a descentralização e a segurança, enquanto as aplicações para consumidores e a negociação de alta frequência favorecem o desempenho. Muitas equipas conseguem ambos os objetivos ao efetuar a liquidação numa L1 descentralizada e a execução numa L2 rápida.
De que forma as redes de Camada 2 ajudam a resolver o trilema?
Os rollups da Camada 2 executam transações fora da cadeia e enviam dados comprimidos de volta para uma Camada 1 descentralizada. Os utilizadores beneficiam de um elevado débito e de taxas reduzidas, ao mesmo tempo que continuam a usufruir da segurança e da descentralização da cadeia base, o que permite contornar o compromisso inerente à camada base.
O trilema é uma lei inalterável?
Trata-se de uma limitação prática, e não de um teorema comprovado. Técnicas como a execução paralela, o sharding, a amostragem de disponibilidade de dados e os rollups continuam a expandir os limites, melhorando o débito e a latência sem comprometer a descentralização.
Leitura complementar
Introdução aos Rollups do Ethereum - Guia da Quicknode
Que estrutura de Rollup deve utilizar? - Guia da Quicknode
Noções fundamentais sobre Rollups - Guia da Quicknode
API principal da Quicknode
