O que é congestionamento da rede Blockchain?

O congestionamento da rede Blockchain ocorre quando o número de transações submetidas a uma rede Blockchain excede sua capacidade de processamento. Esse congestionamento leva a confirmações de transações atrasadas e taxas de transação mais altas. Afeta a experiência do usuário e pode prejudicar a usabilidade e adoção de redes blockchain. Criptomoedas populares como Bitcoin e Ethereum sofreram eventos de congestionamento no passado, resultando em atrasos significativos e aumento de taxas.

Como acontece o congestionamento da rede Blockchain?

O congestionamento da rede Blockchain ocorre quando o número de transações excede a capacidade da rede. As transações entram em um mempool, uma área de espera, antes da confirmação. Fatores como aumento da demanda, blocos pequenos e tempos de bloqueio lentos contribuem para o congestionamento. Isso leva a confirmações atrasadas, taxas mais altas e escalabilidade reduzida. As soluções incluem aumentar o tamanho dos blocos, reduzir os tempos de bloqueio, implementar soluções de camada 2 e explorar a fragmentação. Esforços estão em andamento para resolver o congestionamento e melhorar a eficiência da rede blockchain.

Mempool

O mempool, abreviação de “pool de memória”, é um componente crucial de uma rede blockchain onde as transações pendentes são armazenadas temporariamente antes de serem confirmadas e adicionadas a um bloco. Serve como uma área de espera onde as transações aguardam para serem incluídas no próximo bloco disponível para processamento e eventual inclusão no blockchain.

Quando um usuário inicia uma transação em um blockchain, ela é primeiro transmitida para a rede e entra no mempool. Mineiros (em blockchains de prova de trabalho) ou validadores (em blockchains de prova de participação) selecionam transações do mempool para incluir no próximo bloco que tentarem adicionar ao blockchain. O processo de seleção geralmente envolve a priorização de transações com taxas mais altas para incentivar mineradores ou validadores. As transações permanecem no mempool até serem incluídas em um bloco ou removidas se expirarem ou forem consideradas inválidas.

O tamanho e o nível de congestionamento do mempool podem variar dependendo do volume de transações, da capacidade da rede e da disponibilidade de espaço em bloco. Durante períodos de alta demanda ou recursos de rede limitados, o mempool pode ficar lotado, levando a tempos de confirmação mais longos e taxas de transação potencialmente mais altas. Mineradores e validadores priorizam as transações com base em vários fatores, incluindo taxas de transação, para otimizar suas receitas e maximizar a eficiência da rede.

Blocos de candidatos

Os blocos candidatos, também conhecidos como blocos propostos, são blocos que os mineradores (em blockchains de prova de trabalho) ou validadores (em blockchains de prova de participação) propõem adicionar ao blockchain. Esses blocos contêm uma coleção de transações não confirmadas que foram transmitidas para a rede, mas ainda não foram incluídas na blockchain.

Quando um bloco candidato é proposto, ele passa por um processo de validação de acordo com o mecanismo de consenso do blockchain. Em sistemas de prova de trabalho como o Bitcoin, os mineradores competem para resolver um quebra-cabeça matemático complexo, e o primeiro minerador a resolvê-lo com sucesso adiciona seu bloco candidato ao blockchain. Em sistemas de prova de participação como o Ethereum 2.0, os validadores são selecionados aleatoriamente para propor blocos candidatos, que são então atestados por outros validadores.

Os blocos candidatos contêm transações não confirmadas e servem como um estado temporário antes de se tornarem blocos confirmados. Depois que um bloco candidato recebe validação suficiente e é adicionado ao blockchain, as transações incluídas nesse bloco são consideradas confirmadas. No entanto, é importante observar que em redes blockchain com um tempo de confirmação mais longo, blocos concorrentes ainda podem ser minerados durante esse período, levando potencialmente a forks temporários ou blocos órfãos.

Finalidade

Finalidade em blockchain refere-se ao estado em que uma transação ou operação se torna irrevogável e não pode ser alterada ou revertida. Uma vez que uma transação atinge o caráter definitivo, ela é permanentemente registrada no blockchain e se torna uma parte imutável do histórico da transação.

O conceito de finalidade varia ligeiramente entre as diferentes redes blockchain. No blockchain Bitcoin, por exemplo, as transações são transmitidas para a rede e adicionadas ao mempool. Os mineradores selecionam transações do mempool e as incluem em blocos adicionados ao blockchain. Enquanto essas transações são confirmadas, blocos concorrentes podem ser minerados, causando bifurcações temporárias. Para atingir um nível mais alto de confiança na finalidade, é recomendável aguardar que blocos adicionais sejam adicionados ao bloco que contém a transação. Normalmente, seis blocos adicionais são suficientes para considerar uma transação Bitcoin como “final”.

No Ethereum e em alguns outros blockchains com tempos de bloqueio mais curtos, um número maior de confirmações pode ser recomendado para atingir um nível semelhante de confiança na finalidade. Ethereum fez a transição para um mecanismo de consenso de prova de participação, onde validadores atestam a validade dos blocos. Depois que um bloco recebe atestados suficientes, ele passa de um bloco candidato para um bloco confirmado, proporcionando um nível mais alto de finalidade.

A finalidade é um aspecto crítico da tecnologia blockchain, garantindo a integridade e imutabilidade das transações e dados registrados na blockchain. Dá aos usuários a confiança de que, uma vez confirmada e definitiva, uma transação não poderá ser revertida ou adulterada.

Princípio da cadeia mais longa

O princípio da cadeia mais longa é um conceito fundamental na tecnologia blockchain. Refere-se à regra de que a versão válida do blockchain é aquela com a maior cadeia de blocos, representando o maior trabalho computacional acumulado.

Numa rede blockchain descentralizada, vários mineradores ou validadores podem criar novos blocos válidos simultaneamente. Isto pode levar a forks temporários, onde existem diferentes ramos da blockchain. No entanto, a rede eventualmente converge para uma única blockchain válida seguindo o princípio da cadeia mais longa.

De acordo com este princípio, os nós da rede sempre escolhem a cadeia com mais trabalho computacional acumulado como a cadeia válida. Mineiros ou validadores dedicam poder computacional para estender a cadeia, tornando-a mais longa. Como resultado, ramificações mais curtas, muitas vezes chamadas de blocos órfãos ou obsoletos, são descartadas e suas transações são devolvidas ao mempool para inclusão na cadeia válida.

O princípio da cadeia mais longa garante consenso e segurança na rede blockchain. Ajuda a manter a integridade do blockchain, selecionando a versão mais validada computacionalmente como a cadeia oficial, fornecendo um histórico de transações claro e acordado e evitando possíveis ataques ou manipulação.

O que causa congestionamentos na rede Blockchain?

O congestionamento da rede Blockchain ocorre quando o número de transações submetidas à rede ultrapassa a sua capacidade de processamento. Vários fatores contribuem para o congestionamento, alguns dos quais estão listados abaixo. Esses fatores sobrecarregam coletivamente as redes blockchain, levando a confirmações atrasadas e eficiência reduzida. Lidar com o congestionamento requer a implementação de soluções que melhorem a escalabilidade da rede, otimizem o tamanho do bloco e melhorem o rendimento das transações.

Aumento da demanda

O aumento de envios de transações sobrecarrega a rede, causando um acúmulo de transações não confirmadas no mempool. As volatilidades dos preços e os ciclos de adoção em massa podem desencadear picos nas atividades de transação.

Tamanho de bloco pequeno

Cada blockchain possui um tamanho máximo de bloco, limitando o número de transações que podem ser incluídas. Por exemplo, o tamanho original do bloco do Bitcoin era de 1 megabyte, mas atualizações como o Segregated Witness (SegWit) aumentaram-no para cerca de 4 MB. Se as transações excederem esse limite, ocorrerá congestionamento.

Tempos de bloqueio lentos

O tempo de bloqueio refere-se ao intervalo entre a adição de novos blocos ao blockchain. Por exemplo, o Bitcoin adiciona um bloco a cada 10 minutos. Quando a criação de transações ultrapassa a adição de blocos, forma-se um acúmulo de transações, contribuindo para o congestionamento.

História dos congestionamentos da rede Blockchain: alguns exemplos

Congestionamento da rede Bitcoin (2017)

Durante o pico de popularidade do Bitcoin no final de 2017 e início de 2018, a rede sofreu um congestionamento significativo. O aumento nas atividades de transação resultou em um grande número de transações não confirmadas e taxas de transação disparadas. A certa altura, as taxas médias de transação atingiram mais de US$ 50, destacando os desafios de escalabilidade e capacidade de rede.

Congestionamento da rede Ethereum (2017)

Em 2017, a rede Ethereum enfrentou congestionamento devido ao sucesso viral do projeto “CryptoKitties”. A popularidade da criação e comercialização de gatos digitais na blockchain Ethereum causou um aumento significativo nas transações, resultando em tempos de confirmação mais lentos e taxas mais altas.

Congestionamento de tokens BRC-20 em Bitcoin (2023)

Na primavera de 2023, a rede Bitcoin sofreu congestionamento devido ao aumento das atividades de transações relacionadas aos tokens BRC-20. O aumento repentino de transações levou a um gargalo no mempool, fazendo com que as transações pendentes e as taxas disparassem. A certa altura, foram registadas quase 400.000 transações não confirmadas, o que levou a atrasos significativos e a um aumento substancial nas taxas de transação.

Soluções para congestionamentos de rede Blockchain

Para aliviar o congestionamento da rede blockchain, várias soluções podem ser consideradas, cada uma com seus prós e contras:

Aumentando o tamanho do bloco

Aumentar o tamanho do bloco permite que mais transações sejam incluídas, aumentando o rendimento da rede. No entanto, blocos maiores demoram mais para se propagar e exigem maior armazenamento, levando potencialmente a riscos de centralização.

Diminuindo o tempo de bloqueio

A redução do intervalo entre adições de blocos acelera o processamento das transações. No entanto, tempos de bloqueio mais curtos podem aumentar os bloqueios órfãos e comprometer a segurança.

Soluções da camada 2

Protocolos fora da cadeia, como Lightning Network do Bitcoin e Plasma da Ethereum, permitem transações mais rápidas, processando-as fora do blockchain principal. Essas soluções melhoram a escalabilidade, mas introduzem considerações de complexidade e segurança.

Fragmentação

Dividir o blockchain em fragmentos menores capazes de processar transações de forma independente pode aumentar significativamente a capacidade da rede. No entanto, a fragmentação acrescenta complexidade e desafios de segurança.

Conclusão

O congestionamento da rede Blockchain é um problema crítico que surge quando o número de transações ultrapassa a capacidade de processamento de uma rede blockchain. Esse congestionamento pode levar a atrasos nas confirmações de transações, taxas de transação mais altas e uma experiência de usuário degradada, prejudicando potencialmente a adoção e a usabilidade das redes blockchain.

Várias soluções estão sendo exploradas e implementadas para aliviar esse congestionamento. Isso inclui aumentar o tamanho do bloco, reduzir o tempo de bloqueio, implementar soluções de camada 2 e explorar a fragmentação. Cada uma destas soluções tem as suas vantagens e desafios, e a escolha da solução depende dos requisitos e restrições específicos da rede blockchain.

Embora o congestionamento da rede blockchain represente desafios significativos, ele também impulsiona a inovação no espaço blockchain. À medida que a tecnologia amadurece e soluções mais eficientes são desenvolvidas, esperamos que as redes blockchain se tornem mais escaláveis e eficientes, aumentando ainda mais o seu potencial para revolucionar vários setores da nossa economia.