Desbloquear o poder do mercado de trilhões: Análise profunda do ecossistema Bitcoin

A discussão sobre o ecossistema Bitcoin está gradualmente aumentando em todo o mercado de criptomoedas. Construir contratos inteligentes utilizando esquemas de validação de cliente no script Bitcoin, enquanto é compatível com a rede Lightning que tem escalabilidade infinita para transações de canal, pode se tornar uma solução de aplicação em larga escala para blockchain que garante simultaneamente o triângulo de "segurança, descentralização e escalabilidade".

Este artigo irá abordar alguns conceitos básicos do ecossistema Bitcoin. Desde o "triângulo impossível da blockchain" que impede a aplicação em larga escala, até a superação do "triângulo impossível com a rede Lightning do Bitcoin", e as atuais soluções para o script do Bitcoin e o princípio do modelo UTXO.

Barreiras à aplicação em larga escala da blockchain

"A rede de blockchain não pode alcançar simultaneamente segurança, descentralização e escalabilidade", ou seja, "o triângulo impossível do blockchain". Este dilema tem impedido a aplicação em larga escala da blockchain por muito tempo.

Com a garantia da segurança, o Ethereum nos últimos dez anos concentrou-se no desenvolvimento da descentralização e inovou continuamente na camada de infraestrutura da blockchain subjacente para expandir a escalabilidade da blockchain Ethereum. Para alcançar esse objetivo, o Ethereum também iterou várias tecnologias como algoritmos de prova de participação, sharding, Rollup, entre outros ao longo de dez anos.

Mas em relação ao problema da escalabilidade, a partir das tentativas do Ethereum e suas Layer2, parece que enquanto as soluções forem limitadas à blockchain, o desempenho terá um teto. Mesmo a blockchain com o desempenho mais forte atualmente visível ainda tem dificuldade em ultrapassar o limite de TPS ( de volume de transações por segundo ), e ainda há um grande abismo em relação às exigências de aplicações comerciais em larga escala de nível de milhões de TPS e aos objetivos globais de implementação industrial de bilhões de TPS. Para as principais blockchains públicas, seja Ethereum ou Bitcoin, todas enfrentam um gargalo - "Como resolver a escalabilidade?"

Mecanismo de operação da Lightning Network

A Lightning Network utiliza uma abordagem de cálculo fora da cadeia, ou seja, "canal de pagamento (Payment Channel)", que resolve completamente o problema de escalabilidade do "triângulo impossível" — desde que sejam construídos canais suficientes, é possível realizar um número arbitrário de transações simultâneas.

Princípios da Rede Lightning

A Lightning Network imita a forma de liquidação dos bancos: o usuário A e o usuário B abrem um canal Lightning entre si através da Lightning Network. Quando o canal é aberto, A e B utilizam o canal para fazer a liquidação diretamente na Lightning Network, sem a necessidade de liquidação na blockchain do Bitcoin. Apenas quando o canal é fechado, A e B precisam cruzar a Lightning Network e liquidar na blockchain do Bitcoin.

Processo de operação do canal relâmpago

1. Pagamento de reserva: Para abrir um canal de Lightning Network, é necessário pagar uma reserva de Bitcoin.
2. Contabilidade de transações off-chain: através da Lightning Network, cada transação é contabilizada uma a uma, e cada contabilização deve assinar um acordo de penalização.
3. Registros de liquidação na cadeia: Após fechar o canal relâmpago, os dados das transações históricas são empacotados e liquidadas de uma só vez, e finalmente enviados para a blockchain do Bitcoin.

como a Lightning Network evita fraudes on-chain

Se durante o processo de negociação no canal, A realizar uma ação fraudulenta - fechando o canal antes do acerto do Bitcoin. Assim que o canal for fechado, uma transação fraudulenta será imediatamente gerada na cadeia do Bitcoin. Devido à abertura da cadeia do Bitcoin, B poderá observar isso a tempo e aplicar uma penalização a A usando o acordo de penalização pré-assinado. O conteúdo da penalização é a apreensão de todas as reservas de A.

O gargalo na aplicação em larga escala da rede Lightning

Teoricamente, a Lightning Network alcançou escalabilidade infinita, superando o triângulo impossível da blockchain. No entanto, o problema mais crítico que impede a Lightning Network de ser aplicada em grande escala é: a Lightning Network utiliza os mesmos scripts que o Bitcoin, e na cadeia do Bitcoin não há contratos inteligentes, apenas scripts simples, que não conseguem suportar aplicações complexas. Não há contratos inteligentes na blockchain do Bitcoin, quanto mais aplicações construídas sobre contratos inteligentes. Portanto, o maior problema que a Lightning Network precisa superar é "como implementar contratos inteligentes no Bitcoin".

Proposta para melhorar a "função" da blockchain do Bitcoin

1. Cadeia Lateral (Side Chain)

Uma sidechain refere-se a uma cadeia que possui funcionalidade de contrato inteligente, replicando-a e vinculando-a bidirecionalmente à cadeia principal do Bitcoin, permitindo assim a migração sem costura de ativos Bitcoin entre a cadeia principal e a sidechain, viabilizando contratos inteligentes. No entanto, atualmente não existem tecnologias suficientemente descentralizadas para a ligação bidirecional. A replicação da cadeia principal e a migração de ativos em sidechains requerem prestadores de serviços centralizados de terceiros, existindo atualmente apenas soluções semi-centralizadas. As soluções de sidechain, devido a problemas de centralização gerados por emissões de terceiros, nunca foram apoiadas pela comunidade de desenvolvedores centrais do Bitcoin.

2. Colored Coins

Em 2012, o presidente da Bitcoin Association, Meni Rosenfeld, publicou o artigo "Visão Geral das Moedas Coloridas", no qual apresentou um mecanismo que utiliza a "substituibilidade" do Bitcoin, colorindo certas moedas para separar tokens específicos de outros tokens, criando assim aplicações adequadas para essas moedas. O método específico é utilizar o comando OP_RETURN no script do Bitcoin, adicionando 80 bytes de caracteres arbitrários, onde uma string é projetada em um formato específico, marcando o significado da string como "moeda colorida" e implementando contratos inteligentes mais complexos. No entanto, o espaço de 80 bytes é muito pequeno para realizar funções complexas.

A proposta de "moeda colorida" também lançou novas tecnologias. Por exemplo, a tecnologia de gravação "Ordinals", que utiliza o espaço de 3 M de "segregated witness" dentro do bloco do Bitcoin para inserir pequenas imagens e emitir NFTs. Por exemplo, BRC-20, que expressa um conteúdo mais rico do que 80 bytes com uma sequência de código. Mas essas moedas coloridas geram problemas sérios adicionais - ocupam o espaço de "segregated witness", que originalmente era usado para armazenar assinaturas de transações de transferência de Bitcoin, e a ocupação desse espaço de "segregated witness" resulta na redução do número de transações executáveis no Bitcoin, diminuindo o desempenho do Bitcoin. A proposta de moeda colorida também enfrentou forte resistência dos desenvolvedores centrais do Bitcoin, pois a moeda colorida contamina o Bitcoin nativo, além de que a forma designada artificialmente ainda requer um terceiro centralizado para a interpretação do servidor.

3. Validação do Cliente (Client-Validation)

Em 2016, o desenvolvedor principal do Bitcoin, Peter Todd, publicou um artigo propondo o paradigma de validação de cliente, garantindo a privacidade do conteúdo do contrato que só as duas partes conhecem, simulando o método tradicional de assinatura de contratos, sem a necessidade de qualquer participação de terceiros, alcançando uma descentralização total. Ao mesmo tempo, na execução da transação, foi adotado um método em que a parte que inicia a transação fornece os dados completos do histórico de transações necessários, permitindo que a outra parte valide por conta própria, para prevenir a ocorrência de fraudes. Não há problemas de centralização e é uma característica da validação off-chain que não é limitada por desempenho, o que faz com que atualmente seja considerado por muitos como a solução "ótima" para resolver a insuficiência de completude de Turing da blockchain do Bitcoin.

Análise do modelo UTXO

Diferente do modelo de conta do Ethereum, a saída de transação não gasta (UTXO) é a soma de criptomoedas enviadas de um endereço para outro, mas que ainda não foram resgatadas pelo destinatário, a fim de enviar fundos para outras pessoas em transações subsequentes.

Por exemplo, se Alice enviar 1 Bitcoin a Bob, desde que Bob não gaste o BTC que recebeu de Alice, ele possui UTXO. Uma vez que Bob gaste 1 BTC, o ciclo de vida do UTXO termina.

Suponha que a carteira de Bob tenha participado apenas de uma transação, na qual Bob recebeu 1 BTC de Alice; o validor da transação sabe que o saldo UTXO de Bob é de 1 BTC. Se Bob enviar 1 BTC para Carol, seu UTXO imediatamente se tornará 0 BTC. Se Bob então tentar gastar suas moedas novamente em uma segunda transação, o validador descobrirá que seu saldo UTXO é insuficiente para ser usado como entrada para a segunda transação, e os validadores honestos não irão propagar ou confirmar sua transação de gasto duplo.

Bitcoin ecossistema de futuro

Na evolução do Bitcoin, o design da validação do cliente contornou habilmente os problemas de centralização dos sidechains e das moedas coloridas, introduzindo um mecanismo de selo único que aumentou ainda mais a segurança. Neste momento, o ecossistema do Bitcoin está testemunhando o surgimento de uma série de novos protocolos, entre os quais o protocolo RGB não só manteve os conceitos mencionados, mas também propôs compatibilidade com a rede Lightning, lançando as bases para uma escalabilidade infinita. Embora a compatibilidade do protocolo RGB com a rede Lightning ainda não seja perfeita, temos plena confiança no futuro e acreditamos que a infraestrutura que ajuda a otimizar o protocolo superará as limitações do "triângulo impossível da blockchain" que perdurou por tanto tempo.

Temos ainda mais razões para esperar que o próximo ciclo de crescimento exponencial da blockchain venha da adoção em massa da blockchain impulsionada pela explosão do ecossistema Bitcoin. Acreditamos que o Bitcoin irá ultrapassar o seu papel original como um único armazenamento de valor, destacando suas propriedades monetárias, enquanto, através de soluções diversificadas, irá integrar mais aplicações ao ecossistema Bitcoin, promovendo a escalabilidade e a sustentabilidade do ecossistema, continuando a trazer possibilidades infinitas para o mundo da blockchain.