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14. Outras redes de primeira camada e o surgimento das redes de segunda camada

As plataformas de contratos inteligentes são o terreno para que diversos tipos de aplicações descentralizadas (dApps) possam ser desenvolvidas, como aplicações do mercado de DeFi e blockchain games.
Além da Ethereum, existem diversas plataformas que não necessariamente são suas concorrentes diretas. Diferentemente do Bitcoin, que se encontra no setor de “meios de pagamento”, o setor de “plataformas de contratos inteligentes” não segue a máxima do “winner takes all”, ou seja, não deve existir apenas uma solução ganhadora no final. Isso ocorre porque várias soluções complementares tendem a conviver em harmonia. Cada uma das outras redes possui características de primeira e, até mesmo, de segunda camada, as quais suprem melhor ou pior as demandas dos usuários que buscam interagir com elas. As principais divergências entre as redes concentram-se em pontos como sua descentralização, segurança e escalabilidade.
Ultimamente o setor vem se diversificando bastante. Se antes havia quase um monopólio da rede Ethereum, hoje sua margem diminuiu em razão do crescimento de outros protocolos, sejam eles de soluções de primeira camada ou de segunda.

Figura 94 - Uso das outras redes de primeira e segunda camada

Fonte: DefiLlama

14.1 O que é o trilema das blockchains?

O trilema das blockchains é um conceito utilizado para a compreensão de quais são os pontos fundamentais que um projeto ideal de blockchain deve possuir. Seus três pilares básicos são: escalabilidade, segurança e descentralização.
É fundamental entender que, apesar de existir um modelo ideal, uma blockchain não consegue desenvolver essas três atribuições com excelência de forma simultânea, de modo que o melhor caminho é achar um equilíbrio entre elas. Os ecossistemas existentes nos dias atuais sempre focam seus esforços em dois de seus três pilares, acabando por pecar no terceiro.

Figura 95 - Trilema das blockchains

Fonte: viden.vc
Mas o que cada uma das funcionalidades faz pelas blockchains? Veja:
  • Escalabilidade: Remete à rapidez e ao custo de suas transações na blockchain. A consequência de não priorizá-la é sofrer com taxas muito elevadas na hora de realizar transações. Atualmente, isso ocorre com o Bitcoin e Ethereum.
  • Segurança: Remete à confiança de que os dados e operações da blockchain não serão corrompidos, atacados por hackers ou agentes mal intencionados. A consequência de não priorizá-la é a alta vulnerabilidade da rede à ataques hackers, como ocorre com frequência em protocolos de bridges (que fazem a transferência de ativos entre redes).
  • Descentralização: Remete a quantos agentes são necessários para tomar o controle de uma determinada blockchain. A consequência de não priorizá-la é a alta concentração do poder de validação em poucos agentes e uma maior facilidade de manipulação por parte deles. Exemplos de blockchains descentralizadas: a Binance Smart Chain (BSC), comandada pela maior exchange cripto do planeta, e a Cronos.
Conhecer o trilema é importante para compreender de forma simples o principal problema de aplicação das blockchains, o qual vem sendo abordado por diferentes redes. Em teoria, o conjunto de atualizações por qual a Ethereum deve passar em breve resolverá esse problema, aumentando sua escalabilidade por meio dos rollups, além de soluções de “Camada 0”, como a Polkadot. Mas, ainda assim, a ideia do trilema deixa de fora da equação vários pontos fundamentais.

Figura 96 - Blockchains são muito mais complexas que um trilema

Fonte: viden.vc
Para entender como cada blockchain busca abordar esses problemas, faremos agora uma breve introdução às principais blockchains alternativas à Ethereum, evidenciando suas principais diferenças e como elas se complementam como um todo, seguindo em direção a um futuro que acreditamos que será multi-chain.

14.1.1 Rede Cardano

Figura 97 - Rede Cardano

Fonte: https://cardano.org
A Cardano foi fundada em 2015 por um dos cofundadores da Ethereum, Charles Hoskinson. Sua rede foi lançada em 2017, propondo inaugurar “a terceira geração das criptomoedas”, sem cometer os mesmos erros que o Bitcoin e o Ethereum cometeram. Isso parte da ideia de possuir escalabilidade (alto TPS), interoperabilidade (possuir nativamente a função das bridges) e sustentabilidade (baixo consumo energético).
Uma de suas características é que, diferentemente das blockchains existentes na sua criação, em 2017, seu mecanismo de consenso de novos blocos era feito por meio do staking de ADA, sua criptomoeda nativa. Esse mecanismo de consenso é conhecido como Proof-of-Stake, permitindo menor poder computacional e gasto energético para mantê-la ativa.
Seu roadmap foi dividido em cinco etapas, cada uma focada em uma característica em específico. As duas últimas já estão sendo desenvolvidas, sendo que a Goguen foi lançada ainda em 2021. Esta etapa introduziu o conceito de smart contracts no ecossistema da Cardano, que até então funcionava apenas para realizar transações, como na rede bitcoin.

Figura 98 - Fases da rede Cardano

Fonte: https://cardano.org
O que torna a Cardano única é que ela foi toda desenvolvida seguindo a metodologia científica de revisão de pares. As sugestões propostas passam pela análise de institutos de pesquisa e de acadêmicos. Em teoria, isso torna a rede sólida e segura. A desvantagem é que seus processos de decisões acabam demorando demais em comparação às outras blockchains, motivo pelo qual até o momento ela ainda não entregou muita usabilidade ao usuário final.

Figura 99 - Ecossistema da Cardano

Fonte: @Cardians_

14.1.2 Rede Solana

Figura 100 - Rede Solana

Fonte: https://solana.com
A Solana foi fundada em 2017 e lançou sua rede principal em março de 2020. Ela é um ecossistema desenvolvido com foco em rapidez e escalabilidade, justamente um dos maiores problemas da rede Ethereum. Sua arquitetura foi elaborada pensando em aguentar um grande número de transações por segundo (TPS) sem que houvesse a necessidade de tecnologias de segunda camada. A Solana vem apresentando soluções para sanar alguns desafios enfrentados pelas blockchains alternativas, como atender as altas demandas de transações do setor de blockchain games.
Enquanto um novo bloco da Ethereum ocorria a cada 13 segundos, um novo bloco na Solana ocorria a cada 0,4 segundos. Além disso, seu TPS é muito maior. Hoje, esse número varia na casa dos 3 mil TPS, porém seu whitepaper informa que sua infraestrutura visa suportar até 710 mil TPS.

Figura 101 - TPS suportadas pela rede Solana atualmente

Fonte: https://solana.com
Outro ponto positivo da rede são os valores das taxas de transações. Isso dialoga com sua alta frequência, pois os espaços nos blocos não ficam muito disputados e seus usuários não sofrem com altas taxas cobradas.
Um dos motivos que torna isso possível é que, assim como a Cardano, para a rede gerar um consenso sobre a validação de novos blocos não é necessário um grande poder computacional nem um alto gasto energético no processo de "mineração". Isso ocorre por meio do staking de SOL, a criptomoeda da rede. Essa é a garantia de que os validadores estarão agindo corretamente com o seu processo, sob a punição de perderem seus ativos caso façam o contrário.
Além do mecanismo de consenso Proof-of-Stake, há um mecanismo chamado Proof-of-History (PoH), utilizado pela rede como ferramenta auxiliar do processo de validação das informações. Por causa do PoH, o validador não precisa esperar a confirmação dos outros validadores, já que a escolha é feita de maneira determinística e antecipada. Na prática, todos já sabem quem são os responsáveis pela validação dos novos blocos pelos próximos dois dias. Com isso, o processo de validação ganha mais agilidade.
Um ponto interessante a se destacar é que o ecossistema da Solana foi construído por meio de uma linguagem de programação chamada “Rust” (o que a difere de outras redes). Por um lado, essa linguagem apresenta uma vantagem de processamento computacional, fazendo com que o mesmo seja potencializado. Mas, por outro lado, é uma linguagem de programação mais difícil de aprender, desenvolver e de customizar aplicações. Portanto, programadores de outras linguagens (como a Solidity, por exemplo, usada na rede Ethereum), teriam que estar dispostos a aderirem a uma linguagem alternativa.
Recentemente a rede vem passando por alguns problemas de travamento e instabilidades em momentos de alta demanda de transações.

Figura 102 - Ecossistema da rede Solana

Fonte: @Solanians_

14.1.3 Binance Smart Chain (BSC)

Figura 103 - Rede BSC
Fonte: https://www.bnbchain.org/en
A Binance Smart Chain (BSC) é uma blockchain criada em 2019 pela Binance, a maior exchange do planeta. Em termos de Valor Total Travado (TVL), ela é atualmente a segunda maior rede no número de contratos inteligentes, perdendo apenas para a rede Ethereum. A BSC funciona como uma Ethereum Virtual Machine (EVM) e sua arquitetura é quase idêntica à da rede Ethereum. Ou seja, ela é capaz de rodar os mesmos contratos inteligentes e aplicações existentes, porém há alguns pontos-chave divergentes.
O maior deles é sua quantidade de validadores. São apenas 21 e funcionam por meio do mecanismo de consenso intitulado Proof-of-Stake Authority (PoSA). Esse também é um motivo da rede ser muito barata, pois a quantidade restrita de validadores permite maior velocidade nas transações, tornando-a, no entanto, mais centralizada. Sua criptomoeda é o BNB, utilizado como pagamento das taxas de transação, de maneira similar ao ETH na rede Ethereum.

Figura 104 - Ecossistema da rede BSC

Fonte: @Coin98analitcys

14.2 O que são soluções de segunda camada?

Plataformas de segunda camada são soluções complementares às redes de primeira camada. Elas criam uma nova camada para a blockchain principal a fim de descongestioná-la, seja recebendo um conjunto de transações e enviando-os para a camada principal de forma compactada, seja validando essas informações paralelamente e possuindo uma conexão à rede principal através de bridges. As duas formas contribuem para a diminuição da demanda por espaço dos blocos da primeira camada (que é onde são armazenadas as informações das transações).

Figura 105 - Como funcionam as redes de segunda camada

Fonte: Crypto.com
Atualmente, as soluções existentes podem ser divididas, principalmente, em rollups e sidechains. A maior diferença entre elas é que a primeira compartilha a mesma segurança da rede principal, enquanto a segunda possui sua própria segurança, mas também se comunica diretamente com a rede principal. Os projetos basilares serão mencionados a seguir.

14.2.1 Sidechain Polygon

Figura 106 - Sidechain Polygon

Fonte: https://polygon.technology
A Polygon é um hub de soluções de escalabilidade da rede Ethereum e vem propondo diversas soluções inovadoras nos últimos tempos. O seu produto mais conhecido é a rede Polygon PoS, uma sidechain. Sidechains podem ter seu próprio mecanismo de consenso e garantias de segurança, visto que não compartilham a segurança da rede principal. Porém, é possível uma interoperabilidade da Polygon PoS com a Ethereum por conta de ela também ser uma EVM, o que permite que os mesmos contratos inteligentes da Ethereum possam ser executados. Diversas aplicações são compartilhadas entre eles, como a Uniswap, Aave, OpenSea e a carteira Metamask. Por conta disso, é considerada uma das formas mais acessíveis de utilizar essas soluções sem precisar arcar com as altas taxas da rede Ethereum.

14.3 Os serviços rollups

As soluções de rollups escalam a Ethereum de forma mais barata e mais segura que as sidechains. As transações são processadas e apenas as provas são fornecidas para a primeira camada. A maneira como essas provas são enviadas determina o tipo de Rollup feito, sendo que existem dois principais tipos: os Optimistics Rollups e os zk Rollups.

14.3.1 Optimistics Rollups: Arbitrum e Optimism

Figura 107 - Arbitrum
Fonte: https://arbitrum.io

Figura 108 - Optimism

Fonte: https://www.optimism.io
Essas duas soluções concorrentes estão no setor de optimistic rollups. Elas compactam transações e as enviam de uma única vez para a rede Ethereum, com o objetivo de descongestioná-la. Dessa forma, diferentemente das sidechains, é mantida a segurança da rede principal. Elas rodam uma máquina compatível com EVM que permite a execução dos mesmos contratos inteligentes executados na Ethereum. Por conta disso, não fazem a computação e o armazenamento completo das transações dentro da rede Ethereum, apenas enviam uma prova de que foram feitas corretamente para que esses dados sejam armazenados na rede principal.
Seu mecanismo de consenso é o Proof-of-Stake (PoS), que incentiva os validadores a verificarem e executarem corretamente as transações, sob punição de perderem seus ativos apostados caso não o façam. A maneira utilizada pelos Optimistcs Rollups para autenticar as transações antes de enviá-las à Ethereum é por meio da confiança e da contestação. Eles, a princípio, assumem que as transações são válidas e, caso haja uma contestação, uma conferência delas é realizada. Um lado negativo desse modelo é que as transações levam até sete dias para serem concluídas, visto que esse é o tempo limite para haver uma contestação das informações e a reversão das transações, caso necessário. Somente após esse tempo elas são enviadas para a rede principal.

14.3.2 zk Rollups

A maneira utilizada pelos zk Rollups para autenticar as transações antes de enviá-las à Ethereum é fornecendo provas de que elas estão corretas, ao invés de assumir que as transações estão corretas até que uma contestação de fraude seja apresentada, assim como os optimistics rollups. Isso é feito por meio da tecnologia “Zero Knowledge Proofs”, um conceito matemático capaz de provar informações sem precisar revelar todos os dados envolvidos no processo. Além de maior economia de dados, isso acabou trazendo um maior nível de privacidade. Eles também permitem maior dinamicidade ao processo, que não necessita esperar dias para concluir as transações. Em contrapartida, uma maior complexidade é necessária e, por isso, também um poder computacional maior passa a ser desejado.
Porém, ela é mais complexa de ser executada. Até o momento, os zk Rollups foram aplicados apenas em alguns casos, como envios de tokens entre endereços ou negociação de NFTs. Isso ocorre porque existe um problema de compatibilidade. Há diversas funcionalidades que um zk Rollup não consegue executar da mesma forma que elas ocorrem na rede principal.

14.3.3 zkSync e Immutable X

Figura 109 - zkSync

Fonte: https://zksync.io

Figura 110 - ImmutableX

Fonte: https://www.immutable.com
As soluções zkSync e Immutable X possuem características diferentes, porém as duas estão no setor de zk Rollups.
A Immutable X é uma solução de segunda camada focada especialmente em blockchain games e NFTs. Ela supriu a necessidade de desenvolvimento de jogos na rede Ethereum, onde as taxas são extremamente caras, o que tornava os projetos de games inviáveis. Assim, todos os projetos tiveram que migrar para outras blockchains para se desenvolver de forma sustentável. A tecnologia dos zk Rollups permite o desenvolvimento de jogos utilizando a segurança da rede Ethereum.
A skSync possui uma proposta mais generalista para aplicações não focadas apenas no setor de games. Apesar de até o momento os zk Rollups terem sido aplicados em apenas alguns casos, a ideia é que futuramente esse conceito se expanda para soluções de zkEVMs. Os zkEVMs, por sua vez, propõem expandir a usabilidade das soluções de zk Rollups, dando suporte para qualquer contrato inteligente compatível com a Ethereum.
Isso pode ser alcançado através de sua máquina EVM. São os mesmos conjuntos de regras, padrões e pacotes de software da rede principal. Isso faz com que qualquer aplicação existente que roda na Ethereum também possa rodar nas soluções de segunda camada zkEVMs. A skSync foi uma das soluções que anunciou que vai lançar uma alternativa nesse sentido.

14.4 A questão da interoperabilidade entre redes

Os tokens nativos de blockchains, em teoria, não podem ser transferidos a outros ecossistemas. As blockchains existentes não possuem nativamente a possibilidade de se comunicarem com outras soluções. Apesar disso, existem os chamados tokens sintéticos, os quais possibilitam que esses tokens nativos sejam representados em outros ecossistemas.
Essa interoperabilidade é feita por meio de terceiros ou de soluções de bridges. A forma com que as bridges funcionam trava os ativos desejados em um contrato inteligente na rede nativa (por exemplo, o ETH na rede Ethereum) e emite um token sintético equivalente a ele na rede desejada (por exemplo, wETH, que é o Ethereum envelopado, na rede Solana), de forma que sempre possa ser resgatado pelo seu “lastro” na blockchain original.
Esse modelo de operação tem seus prós e contras.
Os pontos positivos são o aumento de liquidez e de valor travado nos ecossistemas alternativos, emergentes ou menores que a Ethereum e também a comodidade aos que querem ter todos os seus ativos em uma única blockchain. A possibilidade de trazer a ecossistemas alternativos tokens como ETH ou BTC contribui bastante para suas aplicações, principalmente as de Finanças Descentralizadas (DeFi).
Já um ponto negativo é a vulnerabilidade dessas soluções em relação a hacks e agentes mal intencionados. A Chainalysis publicou, em agosto de 2022, um relatório estimando que US$ 2 bilhões em criptomoedas teriam sido roubados de bridges em 13 hacks separados somente naquele ano, o que corresponde a 69% do total de fundos roubados em 2022 no mercado cripto. O maior desses hacks foi o da Ronin bridge, que fazia a ponte entre ativos do ecossistema Ethereum e Ronin (do jogo Axie Infinity). Foram US$ 625 milhões roubados, o maior hacking até então.
É importante ressaltar que essas vulnerabilidades não são relacionadas às blockchains envolvidas, mas sim ao protocolo de intermediação usado para transacionar esses ativos entre diferentes redes, no caso as bridges. Um dos cofundadores da Ethereum, Vitalik Buterin, publicou, em janeiro de 2022, um texto dizendo que acredita em um futuro multi-chain, mas não em soluções cross-chain. Sua opinião foi formada justamente por conta dos problemas das soluções de bridges e de tokens sintéticos, em que o garantidor desse “lastro” do token original depende exclusivamente de um protocolo intermediário e da administração correta desses recursos.
Uma dessas soluções é o conceito de “Layer 0”. Basicamente, é uma camada anterior à “Layer 1” que funciona como um consenso, uma segurança compartilhada de todas as camadas seguintes, em que são executados os novos blocos. Atualmente, esse é o modelo seguido por ecossistemas como Polkadot e Cosmos, que serão mencionados a seguir.

16.4.1 Polkadot

Figura 111 - Polkadot

Fonte: https://polkadot.network
A Polkadot foi criada por Gavin Wood, cofundador da Ethereum, e seu lançamento ocorreu em 2020. Ela pode ser definida como uma blockchain cujo objetivo principal é conectar outras blockchains. Uma das maiores dores das principais blockchains atuais é a falta de comunicação com outros ecossistemas. O recurso que eles encontraram foi a utilização de soluções de bridges, porém essas são bastante vulneráveis a ataques hackers.
A ideia da Polkadot é ser uma “Camada 0”, servindo como camada de consenso e segurança para que as blockchains de primeira camada possam se interligar nativamente. Essas blockchains de primeira camada da Polkadot são chamadas de parachains e elas conseguem seu espaço no ecossistema DOT através de leilões.

Figura 112 - Como funciona a Polkadot

Fonte: viden.vc
Cada parachain pode se especializar em funções específicas para fazê-las bem feitas, como, por exemplo, a Acala (DeFi), a Moonbeam (plataforma de contratos inteligentes compatível com EVM) e a Unique (NFT). A vantagem é que elas podem se comunicar nativamente entre si e a segurança passa a ser compartilhada por meio da Polkadot Relay Chain, como podemos observar nas imagens a seguir.

Figura 113 - Arquiteturas alternativas da Polkadot

Fonte: viden.vc
Os projetos de parachains podem ser conferidos com mais detalhes, como seu processo de andamento, suas atribuições, entre outros pontos, neste site.

14.4.2 Cosmos

Figura 114 - Cosmos

Fonte: https://cosmos.network
A Cosmos se autointitulou como “a internet das blockchains”, sendo uma solução pensada a partir da ideia de interoperabilidade entre múltiplas redes. Ela funciona como um hub, no qual podem ser criadas zonas para desenvolver blockchains customizáveis, de forma muito mais simples do que começando do zero. Esses hubs possuem validadores próprios e não compartilham da mesma segurança. Mas, assim como a Polkadot, ela busca resolver uma das maiores dores das blockchains atuais, que é a falta de comunicação entre os ecossistemas.

Figura 115 - Hubs da Cosmos

Fonte: Cosmos Network
ATOM, por sua vez, é o token de governança do ecossistema, mas também pode ser utilizado para pagar taxas de transação apenas em um dos hubs, chamado Cosmos Hub. Dessa forma, ele não captura o valor do ecossistema em sua totalidade. Alguns exemplos de redes que se desenvolveram em cima do ecossistema Cosmos são a Binance Smart Chain (BSC) e a blockchain da Crypto.com.
A principal diferença entre a Polkadot e a Cosmos é que a primeira tem um foco maior em segurança compartilhada e possui maior exclusividade para as vagas de parachains. Já a segunda é mais focada em comunicação, possuindo uma abertura bem maior para novos projetos se desenvolverem em seu ecossistema.

Figura 116 - Ecossistema Cosmos

Fonte: Coin98analytics
O primeiro mergulho no mundo da Web3. Como as criptomoedas, NFTs e metaverso irão mudar
as nossas vidas.
Primeira edição, Novembro de 2022.
Autor: João Kamradt
Colaboração: André Castelo, Henrique Ayello, Matheus Bonifácio e Rafael Lima.
Editora: W3Books
Revisão: Diane Southier
Capa: Polvo.lab
Licença: Atribuição-NãoComercial-CompartilhaIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)
Assuntos: 1. Criptomoedas 2. Tokens e NFTs 3. Blockchain 4. Metaverso 5. Web3
Publicado em: https://viden.ventures/livro