Entendendo as camadas de blockchain
A tecnologia blockchain criou métodos de armazenamento de dados que fizeram com que esse avanço fosse considerado uma das descobertas mais importantes do nosso século. O uso crescente do blockchain em diferentes sistemas da Internet continua sendo um desafio para muitas pessoas entenderem suas operações técnicas subjacentes. Este artigo oferece uma apresentação organizada que explica como a funcionalidade do blockchain opera em seus vários níveis em termos simples.
Em sua essência primária, o blockchain existe como um banco de dados de transações distribuídas que mantém registros seguros. O Bitcoin funciona como um sistema de blockchain principal que opera em sua rede independente. Todas as atividades do Bitcoin, sejam sucessões ou recepções, resultam em uma entrada permanente no blockchain. As transações tornam-se mais transparentes e eficientes com o uso do blockchain porque seu livro-razão público permite que todos os usuários vejam os detalhes registrados.
O blockchain existe como uma rede distribuída em que diferentes participantes são responsáveis pela autenticação de cada transação. Uma estrutura operacional descentralizada torna os sistemas invulneráveis a tentativas de invasão, pois não há pontos fracos em seu núcleo. A plataforma acelera a visibilidade, elimina terceiros e diminui as despesas comerciais.
É fundamental ir além dos fundamentos, pois nosso próximo foco será compreender as diferentes seções da tecnologia blockchain e suas funções operacionais dentro da estrutura do sistema.
A tecnologia de blockchain apresenta sua arquitetura fundamental por meio de cinco camadas essenciais de um blockchain, começando pela infraestrutura de hardware, seguida pelo armazenamento de dados, antes de passar para a camada de rede, depois para a automação de consenso e, por fim, para os aplicativos. Os vários níveis se combinam para operar como um sistema unificado que mantém as informações de backend e fornece suporte para aplicativos operacionais e interfaces de usuário.
Principais elementos da tecnologia blockchain
Um sistema de blockchain de criptografia funciona por meio de um conjunto de componentes básicos que trabalham juntos para garantir seus recursos operacionais e a proteção dos dados, bem como a qualidade do desempenho. Os principais componentes de um sistema blockchain consistem nos seguintes componentes:
Aplicativo de nó
Por meio de sua funcionalidade de aplicativo de nó , o blockchain oferece suporte à comunicação entre computadores na rede quando esse recurso é autorizado. Os exemplos de aplicativos de nó consistem em carteiras baseadas em blockchain e aplicativos Bitcoin. A participação em determinados sistemas de blockchain ocorre entre entidades específicas pré-aprovadas. A rede de blockchain bancária permite a entrada apenas de bancos específicos que tenham autorização. Os aplicativos de nó permitem a participação do usuário, mas restrições específicas podem ser aplicadas a eles.
Ledger distribuído (banco de dados compartilhado)
Os blockchains estabelecem a funcionalidade de banco de dados compartilhado, conhecida como ledgers distribuídos, que permite que os usuários permitidos do sistema visualizem o conteúdo do banco de dados. O sistema abriga registros de transações e define protocolos que os usuários precisam implementar ao utilizar o banco de dados. O software aplicativo do nó Bitcoin exige que os usuários respeitem as especificações do protocolo de todo o sistema presentes no código do programa. A transparência e a uniformidade existem em toda a rede devido a esse sistema.
Algoritmo de consenso
Uma rede blockchain opera sua proteção de dados essencial por meio do algoritmo de consenso que impõe protocolos de acordo de nós. O algoritmo decide quais transações podem ser verificadas e protege os sistemas contra alterações ilegais. Os dados do blockchain permanecem seguros porque a modificação de qualquer bloco anterior leva ao processo regenerativo de todos os blocos seguintes. Os mecanismos de consenso entre as cadeias de blocos diferem, pois o Bitcoin requer minutos para finalizar os acordos de registro, enquanto o Ripple conclui o acordo em segundos.
Máquina virtual
Uma máquina virtual opera como uma solução de software que espelha um hardware real ou hipotético para executar comandos por meio de uma linguagem de programação definida. O processo de abstração torna-se possível por meio desse conceito, que traduz aspectos físicos em componentes digitais. A interface gráfica do usuário de um aplicativo demonstra esse conceito porque um clique na tela pelo usuário aparece como uma atualização do sistema de seu estado interno. O governo federal possui bancos de dados que mantêm digitalmente as carteiras de motorista, representando a documentação virtual de documentos físicos.
Rede ponto a ponto (P2P)
O design das redes ponto a ponto distribui a comunicação entre as tarefas dos nós entre os nós que se conectam sem precisar depender de servidores centrais para a operação. Todos os nós que fazem parte dos sistemas de blockchain servem simultaneamente como clientes de compartilhamento de dados e gerenciam servidores e protocolos de rede. O método descentralizado de operações de blockchain melhora a acessibilidade dos registros e, ao mesmo tempo, protege a perda de informações valiosas, mantendo a integridade dos registros de blockchain.
Os blocos fundamentais das operações do sistema blockchain
A estrutura estruturada da tecnologia blockchain organiza os dados em sete camadas exclusivas que permitem a segurança da rede e a eficiência operacional, além da funcionalidade. A seção a seguir fornece descrições detalhadas de todas as camadas do blockchain.
1. Camada de infraestrutura (camada de hardware)
A rede blockchain depende da camada de infraestrutura como seu componente básico. O armazenamento do blockchain depende de recursos de hardware que mantêm suas instalações em data centers para manter e controlar as informações do blockchain. A navegação na Web, juntamente com os serviços de aplicativos, funciona por meio da arquitetura cliente-servidor, mas o blockchain opera por meio de um sistema de rede ponto a ponto (P2P) descentralizado.
Vários computadores, chamados de nós nessa rede, verificam e processam as transações antes de adicioná-las ao registro. Os nós assumem a responsabilidade de verificar as transações e, em seguida, converter essas transações em novos blocos antes de transmitir os novos blocos pela rede. Os nós da rede implementam um processo de consenso antes de atualizar os dados de seu registro de blockchain. Qualquer gateway digital que se vincule ao sistema blockchain por meio desse processo é definido como um nó.
2. Camada de dados
A estrutura de dados do blockchain recebe suas definições da camada de dados. A organização do blockchain tem blocos conectados como uma lista vinculada em que cada bloco mantém as transações ao lado de um ponteiro que aponta para o bloco anterior. O processo de vinculação entre blocos no blockchain cria uma estrutura inalterável que mantém a integridade do blockchain.
Nessa camada, a árvore de Merkle opera como o principal mecanismo de segurança para organizar os dados da transação por meio de procedimentos de hashing criptográfico. Um bloco contém a raiz Merkle e os componentes de dados necessários que incluem o hash do bloco anterior, juntamente com o registro de data e hora, o número da versão, o alvo da dificuldade e o valor do nonce.
As transações operam no blockchain por meio de assinaturas digitais para aumentar as medidas de segurança. O processo de assinatura da transação requer o uso da chave privada, mas o processo de verificação da autenticação depende da chave pública. O uso da criptografia garante a evidência de adulteração dos dados e a proteção das identidades dos remetentes.
3. Camada de rede (camada ponto a ponto)
A camada de propagação da camada de rede serve como estrutura de conectividade entre os nós do sistema blockchain. A camada de rede garante as principais operações, como verificação de autenticação de transações e distribuição de blocos, juntamente com a descoberta de endereços de rede.
As redes de blockchain alcançam sua funcionalidade por meio da conectividade ponto a ponto (P2P), que permite que os nós equilibrem sua carga de trabalho para manter a sincronização do blockchain junto com as atualizações de estado. Os nós são categorizados em:
A validação da transação e a regulação do consenso funcionam com nós completos que preservam todo o banco de dados do blockchain. O serviço de armazenamento de cabeçalho de blockchain operado por Light Nodes requer full nodes para executar funções de verificação de transações.
A camada de consenso fornece um sistema para transferências de dados sem falhas que preserva a descentralização do blockchain.
4. Camada de consenso
A tecnologia blockchain depende da camada de consenso para chegar a um acordo entre os nós da rede sobre a validação de transações válidas. Todos os sistemas de blockchain, independentemente da Ethereum ou da Hyperledger, usam a camada de consenso porque esse componente serve como seu alicerce operacional básico.
A adição de novos blocos de blockchain é controlada por sistemas de consenso, incluindo Proof-of-Work (PoW), Proof-of-Stake (PoS) e Delegated Proof-of-Stake (DPoS). A descentralização da rede ocorre por meio da camada de consenso porque ela força a autoridade de decisão a se espalhar por todos os participantes da rede.
5. Camada de incentivo
A camada de incentivo serve para oferecer benefícios de pagamento a todos os usuários da rede que contribuem para suas operações. Toda blockchain precisa da camada de incentivo como uma força motivacional para levar os participantes do nó a usar seus recursos para obter consenso, embora a implementação obrigatória varie de rede para rede.
6. Camada de contrato
Os caches gerenciam acordos baseados em blockchain por meio de contratos que especificam operações de serviço e privilégios de dados. O sistema opera como acordos escritos convencionalmente enquanto executa processos lógicos automaticamente.
Quatro contratos principais funcionam nesse nível de operação:
Contratos de serviço: Os contratos de serviço estabelecem as especificações operacionais do serviço e os padrões de comunicação correspondentes.
Contratos de dados: A definição das estruturas de troca de dados entre as partes ocorre por meio de contratos de dados.
Contratos de mensagens: Os contratos de mensagens servem para estabelecer padrões que determinam a forma das mensagens para garantir a compatibilidade entre os programas de blockchain e os sistemas externos.
Política e contratos vinculativos: A rede blockchain exige acordos juridicamente vinculativos para interação, que devem incluir termos de política e contratos vinculativos em seu estabelecimento.
Por meio dessa camada, os contratos inteligentes tornam-se entidades implementáveis que executam programas autônomos para automatizar as operações, aplicando acordos independentemente de agentes humanos.
7. Camada de aplicativos
A tecnologia Blockchain se comunica com os usuários finais por meio da camada de aplicativos. Essa camada tem dois subcomponentes separados.
A camada de execução verifica e valida as transações para finalizá-las no blockchain antes da execução. A camada de execução contém três componentes essenciais que são o chaincode, juntamente com contratos inteligentes e regras de consenso.
A camada de aplicativos hospeda ferramentas voltadas para o usuário, como aplicativos descentralizados (dApps), APIs, scripts e estruturas que facilitam o acesso à rede blockchain.
A camada de aplicativos implementa a tecnologia blockchain por meio de sistemas de backend que permitem que os usuários executem a funcionalidade de transações financeiras juntamente com o rastreamento da cadeia de suprimentos e o gerenciamento de identidade digital. A tecnologia blockchain se organiza em camadas distintas que trabalham juntas para oferecer seus recursos descentralizados juntamente com a proteção de segurança, além das características de transparência. Os recursos das redes blockchain dependem de todos os componentes, desde a base da infraestrutura até a interface do aplicativo que permite a interação dos usuários.
A análise de diferentes camadas de blockchain permite que os usuários compreendam seus princípios operacionais e aplicações no setor de negócios.
Explicação das camadas de blockchain
Camada 0: A infraestrutura fundamental
O estágio básico da implementação da tecnologia blockchain ocorre na Camada 0. Vários elementos-chave que incluem a Internet formam a base das operações da rede blockchain, além do hardware e dos sistemas de conectividade necessários. A base dos sistemas de blockchain, juntamente com as estruturas do Bitcoin e do Ethereum, depende dessa camada fundamental que cria a estrutura operacional para diferentes ecossistemas de blockchain.
A tecnologia da Camada 0 estabelece uma estrutura que permite que os sistemas de blockchain de diferentes redes troquem dados entre si. Esse nível mais baixo fornece a infraestrutura necessária para que os sistemas de blockchain sejam executados com eficiência e, ao mesmo tempo, facilita a integração da rede.
Camada 1: o protocolo central do blockchain
O principal projeto operacional das redes de blockchain se baseia na Camada 1, que opera acima da Camada 0. Essa camada sustenta as principais operações de rede, que incluem recursos de manipulação de transações e procedimentos de consenso. O principal desafio da escalabilidade aparece nesse nível. As alterações feitas na Camada 0 básica afetam automaticamente a funcionalidade da Camada 1.
Como a camada fundamental de implementação da blockchain, ela recebe o nome de camada de implementação. O Bitcoin, o Ethereum, o Cardano e o Ripple representam alguns blockchains renomados situados no nível 1 do sistema.
Camada 2: aprimoramento da escalabilidade e da eficiência
A estrutura da Camada 2 existe para melhorar os problemas de escalabilidade enfrentados pelos sistemas de blockchain de primeiro nível. A estrutura opera como um componente suplementar que trabalha em conjunto com a Camada 1 para obter transações rápidas e eficiência operacional, além da redução do congestionamento. Devido às soluções de terceiros implementadas pela Camada 2, ela elimina as ineficiências encontradas na Camada 0. O Soluções como a Lightning Network e a Rootstock (RSK) são identificadas como ferramentas confiáveis que ajudam as redes PoW a lidar com problemas de escalabilidade. O nível de eficiência das soluções de camada 2 está impulsionando sua adoção em diferentes setores industriais em todo o mundo.
Entendendo as soluções de dimensionamento da camada 2
A estrutura da Camada 2 (L2) inclui redes extras e tecnologias adicionais que funcionam em cima dos sistemas atuais de blockchain. Essas soluções criam estruturas escalonáveis e de alta velocidade que resolvem problemas essenciais das principais redes de blockchain.
O processamento primário de transações de blockchain é dividido em dois segmentos por meio de soluções L2, usando uma rede auxiliar adicional. A rede secundária lida com o processamento de transações e, em seguida, retorna os resultados concluídos para o blockchain principal. Quando os dados são movidos para fora da camada principal, o desempenho do sistema é aprimorado juntamente com a escalabilidade.
Vantagens das soluções de camada 2
- Não é necessária uma alteração no blockchain principal para a implementação dessas soluções.
- O sistema realiza um alto volume de transações que, ao mesmo tempo, mantém os principais padrões de segurança do blockchain.
- As operações de blockchain tornam-se mais econômicas porque as taxas de transação são reduzidas.
A necessidade de soluções de camada 2
Uma blockchain ideal atinge o processamento de infinitas transações por segundo (TPS) se for desenvolvida corretamente. Esse procedimento permanece inviável porque as limitações de escalabilidade bloqueiam sua aplicação prática. As tecnologias de escalonamentoda camada 2 melhoram as taxas de transação do blockchain sem alterar as principais características do sistema, inclusive o tamanho do bloco e os níveis de descentralização.
As redes Ethereum e Bitcoin demonstram uma capacidade de processamento limitada de centenas de TPS, o que faz com que as taxas de transação aumentem devido ao aumento do uso da rede. Os aprimoramentos na velocidade do processo são essenciais porque impedirão que as restrições técnicas bloqueiem a aceitação do blockchain nos mercados de massa e no desenvolvimento futuro.
Entendendo as camadas do blockchain da Ethereum
O blockchain da Ethereum depende de vários componentes interconectados que garantem a segurança e a funcionalidade operacional em todas as camadas. Essas camadas incluem:
- O blockchain da Ethereum opera por meio de um grupo interconectado que supervisiona as verificações de segurança e os processos de verificação de transações.
- A plataforma permite que os operadores de produção de blocos gerem novos blocos para a rede.
- O próprio livro-razão do blockchain registra as transações anteriores.
- O sistema é usado pela rede para produzir acordos sobre a legitimidade das transações.
A Ethereum mantém sua estrutura básica semelhante à do Bitcoin, mas oferece maior adaptabilidade e várias opções de implementação. A primeira finalidade do blockchain envolvia transações de criptomoeda, mas a Ethereum desenvolveu sua plataforma além desse recurso principal. O blockchain da Ethereum serve como mais do que apenas moeda digital, pois permite contratos inteligentes e aplicativos descentralizados (DApps) por meio de sua plataforma versátil.
Moedas digitais da Ethereum: Ether e Gas
Na plataforma Ethereum, tanto o Ether (ETH) quanto o Gas funcionam como moedas digitais que fornecem suporte fundamental para manter as operações do sistema. Elas servem como uma alternativa ao Bitcoin para transações no ecossistema Ethereum. A principal diferença entre o Bitcoin e o Ethereum está em seus mecanismos de fornecimento, pois o Bitcoin tem um limite predeterminado de 21 milhões de moedas, mas o Ethereum não restringe o fornecimento total.
Aplicações do blockchain da Ethereum
O blockchain da Ethereum permite vários aplicativos modernos além de seus recursos básicos de transação de criptomoeda.
Os programas de autoaplicação denominados contratos inteligentes executam contratos automaticamente quando as condições preestabelecidas se tornam válidas. Esses contratos eliminam a necessidade de intermediários, fornecendo assim um serviço seguro e eficiente com características de confiança. O contrato ativa automaticamente o acordo predefinido quando uma condição predefinida se torna verdadeira, sem nenhuma intervenção humana do operador.
Os aplicativos de usuário desenvolvidos na Ethereum funcionam como aplicativos descentralizados (DApps) que existem em um sistema sem controlador. Os usuários de DApps aproveitam a plataforma de código aberto da Ethereum para obter tokens criptográficos como compensação de rede por sua participação.
Um passo importante na implantação de DApps ocorreu quando a Microsoft se uniu à ConsenSys para lançar o Ethereum Blockchain as a Service (EBaaS). Por meio desse sistema baseado em nuvem, os desenvolvedores podem iniciar ambientes de blockchain instantaneamente, resultando em desenvolvimento e gerenciamento simplificados de aplicativos descentralizados.
Camada 3: a camada de aplicativos e execução
Os aplicativos descentralizados (DApps) operam por meio dessa camada, que também hospeda protocolos baseados em blockchain sob sua categoria de camada de aplicativo. A camada 3 contém duas subcamadas principais que executam funções diferentes: a camada de aplicativos oferece recursos voltados para o usuário, enquanto a camada de execução mantém o desempenho dos aplicativos de blockchain. A comunicação entre cadeias atinge seu auge com a Camada 3 porque essa camada permite que as redes de blockchain estabeleçam uma interoperabilidade genuína.
Para entender as distinções entre as soluções de blockchain, é preciso reconhecer a separação entre os sistemas de Camada 1 e Camada 2.
Todas as criptomoedas enfrentam problemas importantes de dimensionamento que exigem a classificação adequada entre o sistema fundamental de blockchain, conhecido como Camada 1, e as camadas adicionais de blockchain, conhecidas como Camada 2. A estrutura principal de uma rede de blockchain é a Camada 1, como a que alimenta o Bitcoin. As redes de blockchain construídas sobre redes existentes se enquadram na classificação de redes de Camada 2, enquanto a Camada 1 define a estrutura central do blockchain.
A estrutura básica das cadeias de blocos recebe modificações diretas por meio das soluções da Camada 1 e as soluções da Camada 2 operam de forma independente como redes suplementares que permitem transações além das operações da cadeia principal. A rede da Camada 2, Polygon, é um exemplo que opera em conjunto com a Ethereum para aumentar a eficiência de suas transações.
As melhorias na escalabilidade do Ethereum ilustram como essas soluções otimizam as operações de blockchain para atrair mais usuários para o mercado de criptografia.
Parâmetros Camada 1 Camada 2
Definição As soluções de dimensionamento da camada 1 envolvem modificações no protocolo básico do blockchain para aumentar a escalabilidade. As soluções de escalonamento da camada 2 utilizam redes externas ou mecanismos fora da cadeia para melhorar a velocidade e a eficiência das transações.
Mecanismo de trabalho Os aprimoramentos, como o aumento do tamanho dos blocos e novos mecanismos de consenso, afetam diretamente a escalabilidade da cadeia de blocos. A ordenação e o processamento de transações são transferidos para redes secundárias, reduzindo o congestionamento no blockchain principal.
Tipos
Melhorias no protocolo de consenso
Fragmentação
Modificações no tamanho do bloco
Blockchains aninhados
Cadeias laterais
Canais de estado
Entendendo a escalabilidade e a segurança da blockchain
Escalabilidade da blockchain
Uma rede blockchain opera em seu pico de escalabilidade quando lida com grandes volumes de transações e adiciona novos nós com eficiência. A taxa de transferência da blockchain é determinada por sua capacidade de executar transações por segundo. O avanço da tecnologia blockchain produz transações mais rápidas, o que fortalece as características de escalabilidade.
Os blocos de construção fundamentais da tecnologia blockchain consistem em escalabilidade, segurança e descentralização. Os protocolos de blockchain foram criados com medidas de segurança específicas para proteger os dados da rede, o que resulta na integridade das transações. A capacidade de escalonar as redes de blockchain favorece sua expansão porque permite uma melhor execução dos crescentes volumes de transações sem comprometer a eficiência operacional. Por meio de esforços constantes de desenvolvimento, os sistemas de blockchain começaram a se equiparar à funcionalidade das plataformas centralizadas clássicas, juntamente com os sistemas financeiros legados.
O trilema da escalabilidade apresenta a difícil tarefa de estabelecer um equilíbrio adequado entre a proteção dos dados e a realização de operações de rede extensas e a manutenção da funcionalidade de descentralização. A maioria das estruturas de blockchain escolhe dois aspectos de implementação que resultam na diminuição da funcionalidade do terceiro. Os desenvolvedores trabalham para criar uma rede de blockchain que proteja os valores de descentralização e alcance escalabilidade confiável em níveis elevados.
Segurança do blockchain
A segurança do blockchain funciona graças às redes peer-to-peer de computadores interconectados distribuídos que operam em toda a estrutura do sistema. A estrutura descentralizada representa um método seguro de blockchain, mas introduz o risco de que um ataque de 51% permita que uma única entidade controle a maior parte do poder de processamento da rede. O controle de vários invasores sobre uma rede de blockchain lhes daria o poder de alterar os registros de transações, ameaçando assim a integridade do blockchain.
Para melhorar a segurança do blockchain, as redes implantam vários recursos de proteção que protegem contra ataques cibernéticos e modificações não autorizadas de registros de dados. A confiabilidade e a fidedignidade da tecnologia blockchain em um mundo digital exigem o fortalecimento essencial dos protocolos de segurança.
Conclusão
A tecnologia blockchain, antes considerada complexa, agora está ganhando amplo reconhecimento à medida que seu potencial e suas aplicações se tornam mais evidentes. Com os rápidos avanços no campo, governos e organizações estão integrando cada vez mais o blockchain em vários setores. À medida que a adoção cresce, a tecnologia continua a demonstrar seu valor em todos os setores.
Perguntas frequentes
O que é o Blockchain e como ele funciona?
Um sistema de registro digital descentralizado denominado blockchain rastreia transações seguras que se espalham por várias redes de computadores. As transações realizadas no Bitcoin são registradas no blockchain do Bitcoin. O sistema opera abertamente, enquanto sua manutenção depende da contribuição coletiva de todos os participantes e evita possíveis falhas. Os dois níveis de confiança aumentam e os intermediários se tornam desnecessários, além dos custos operacionais que diminuem com o uso desse sistema.
Quais são as camadas fundamentais da tecnologia Blockchain?
A tecnologia blockchain organiza sua funcionalidade em cinco camadas sucessivas de blockchain, que incluem a infraestrutura de hardware e os sistemas de dados, a rede e os protocolos de consenso e a sequência de aplicativos. Diferentes camadas servem a várias operações, que incluem armazenamento de dados e aplicativos de interface de usuário.
Como a camada de consenso funciona em um blockchain?
A padronização de novos blocos no blockchain ocorre por meio da camada de consenso. As funções de consenso da rede normalmente usam dois mecanismos conhecidos como Proof-of-Work (PoW) e Proof-of-Stake (PoS). A Prova de Trabalho (PoW) opera por meio de uma competição de resolução de quebra-cabeças criptográficos e a Prova de Participação (PoS) seleciona os validadores contando a propriedade de seus tokens de rede.
O que é escalabilidade de blockchain e por que ela é importante?
A capacidade das redes de blockchain de lidar com um número crescente de transações e interações de nós de forma eficiente define a escalabilidade. A eficiência da rede, juntamente com a velocidade das transações, depende muito da escalabilidade. A escalabilidade do blockchain existe para gerenciar a troca entre segurança, descentralização e escalabilidade que mantém a concorrência do blockchain.
Todas as redes de blockchain utilizam várias camadas?
Nem todas as redes de blockchain incorporam várias camadas. Algumas operam em uma estrutura de camada única, enquanto outras integram várias camadas para melhorar o desempenho e a escalabilidade. Por exemplo, a Ethereum utiliza soluções de camada 2 para melhorar a eficiência das transações.
