Bitcoin ecossistema desenvolvimento e desafios: desbloquear o potencial de mercado de trilhões

Com a crescente discussão sobre o ecossistema Bitcoin no mercado de criptomoedas, os profissionais da indústria esperam que o próximo ciclo de crescimento exponencial do blockchain venha da aplicação em larga escala do Bitcoin. Construir contratos inteligentes utilizando soluções de validação do cliente no script do Bitcoin, ao mesmo tempo que é compatível com a Lightning Network, que possui escalabilidade infinita, pode se tornar uma solução de aplicação em larga escala de blockchain que garanta simultaneamente o triângulo "segurança, descentralização e escalabilidade".

Este artigo irá explicar conceitos básicos sobre o ecossistema Bitcoin. Desde o "triângulo impossível do blockchain" que impede a aplicação em larga escala, até a "rede relâmpago do Bitcoin" que supera o "triângulo impossível", e até as soluções atuais para o script do Bitcoin e o princípio do modelo UTXO.

Barreiras à Aplicação em Larga Escala da Blockchain

Profissionais da área afirmaram que "as redes de blockchain não podem simultaneamente alcançar segurança, descentralização e escalabilidade", ou seja, "o triângulo impossível do blockchain". Este dilema tem impedido a aplicação em larga escala do blockchain por um longo tempo.

Com a segurança garantida, algumas blockchains públicas nos últimos dez anos focaram no desenvolvimento da descentralização e na inovação contínua na camada de infraestrutura da blockchain pública, a fim de expandir a escalabilidade da blockchain pública. Para alcançar esse objetivo, também foram iterados vários algoritmos, fragmentação, Rollup e outras tecnologias.

Mas quanto ao problema de escalabilidade, a partir de algumas tentativas de cadeias públicas e suas Layer2, parece que enquanto a solução estiver limitada à blockchain, haverá um limite de desempenho. 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 uma enorme distância do requisito de aplicações comerciais em larga escala de milhões de TPS e do objetivo de realizar bilhões de TPS em nível industrial global. Para as principais cadeias públicas, independentemente de qual seja, todas enfrentam um gargalo - "como resolver a escalabilidade?"

Mecanismo de funcionamento da Lightning Network

A Lightning Network utiliza o cálculo off-chain, ou seja, "Payment Channel (Payment Channel)", para resolver completamente o problema de escalabilidade do "trilema impossível" — desde que sejam criados canais suficientes, é possível realizar um número arbitrário de transações concorrentes.

Princípios da Rede Lightning

• Usando o sistema bancário como metáfora, se A e B abrirem contas e transferirem dinheiro. Quando as duas pessoas estão no mesmo banco, a liquidação é feita internamente no mesmo banco. E quando A e B não estão no mesmo banco, é necessário realizar operações de liquidação interbancária através do banco central.

• A Lightning Network imita o método de liquidação bancária: os usuários A e B abrem um canal Lightning entre si através da Lightning Network. Quando o canal é aberto, A e B utilizam o canal para liquidar diretamente na Lightning Network, sem precisar liquidar na blockchain do Bitcoin. Apenas quando o canal é fechado, A e B precisam cruzar a Lightning Network para liquidar na blockchain do Bitcoin.

processo de operação do canal relâmpago

1. Pagamento de depósito: semelhante ao cenário tradicional em que a abertura de conta bancária requer o pagamento antecipado de um depósito, a abertura de um canal de rede relâmpago também requer o pagamento de um depósito em Bitcoin.
2. Contabilização de transações off-chain: através da Lightning Network, cada transação é contabilizada individualmente, e cada contabilização deve ser assinada por um acordo de penalização.
3. Registros de liquidação on-chain: após fechar o canal relâmpago, os dados de transações históricas são encapsulados e liquidadas de uma só vez, sendo finalmente enviados para a blockchain do Bitcoin.

Como a Lightning Network evita fraudes on-chain

Se, durante o processo de negociação em canal, A cometer uma fraude - fechando o canal antecipadamente para liquidar Bitcoin. Assim que o canal é fechado, uma transação fraudulenta será gerada imediatamente na cadeia de Bitcoin. Devido à abertura da cadeia de Bitcoin, B poderá observar isso a tempo e punir A com um acordo de penalização previamente assinado. O conteúdo da penalização é a apreensão de todas as reservas de A.

Gargalos na aplicação em larga escala da rede Lightning

Teoricamente, a Lightning Network alcançou escalabilidade infinita, superando o triângulo impossível da blockchain. Mas o principal obstáculo para a Lightning Network alcançar uma aplicação em grande escala é: a Lightning Network usa os mesmos scripts que o Bitcoin, e na cadeia do Bitcoin não há contratos inteligentes, apenas scripts simples, incapazes de suportar aplicações complexas. Ou seja, a cadeia do Bitcoin é Turing incompleta, enquanto a completude de Turing significa que, teoricamente, pode-se resolver qualquer problema computacional. Usando uma linguagem de script Turing completa, é logicamente possível ser compatível com outras linguagens de programação e, teoricamente, realizar qualquer lógica que outras linguagens possam realizar, além de replicar ao máximo a lógica comercial da realidade. Não há contratos inteligentes na blockchain do Bitcoin, quanto mais aplicações baseadas em contratos inteligentes. Portanto, o maior problema que a Lightning Network precisa superar é 'como implementar contratos inteligentes no Bitcoin'.

Propostas existentes para melhorar a "função" da blockchain do Bitcoin

1. Side Chain

Uma sidechain refere-se a uma cadeia com funcionalidades de contrato inteligente, que replica a ligação bidirecional com a cadeia principal do Bitcoin, permitindo a migração sem costura dos ativos Bitcoin entre a cadeia principal e a sidechain, e assim realizar contratos inteligentes. No entanto, atualmente não existem tecnologias de ligação bidirecional suficientemente descentralizadas. A replicação da cadeia principal e a migração de ativos para a sidechain requerem serviços de terceiros centralizados, e atualmente existe apenas uma solução de centralização parcial. As soluções de sidechain não têm o apoio da comunidade de desenvolvedores principais do Bitcoin devido ao problema de centralização dos terceiros emissores.

2. Moedas Coloridas (Colored Coins)

Em 2012, o presidente da associação Bitcoin publicou o artigo "Visão Geral das Moedas Coloridas", no qual apresentou um mecanismo que utiliza a "substituibilidade" do Bitcoin, separando tokens específicos de outros tokens ao "colorir" certas moedas, criando assim aplicações adequadas para essas moedas. O método específico utiliza a instrução OP_RETURN no script do Bitcoin, adicionando 80 bytes de caracteres arbitrários, onde a string é projetada de acordo com um formato específico, marcando artificialmente o significado da string como "moedas coloridas" e permitindo contratos inteligentes mais complexos. No entanto, o espaço de 80 bytes é muito pequeno para implementar funcionalidades 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, o BRC-20, que expressa conteúdos mais ricos do que 80 bytes com uma sequência de código. No entanto, 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. A ocupação do espaço de "segregated witness" resulta na diminuição do número de transações executáveis no Bitcoin, levando a uma redução no desempenho do Bitcoin. A proposta de moeda colorida também enfrenta forte resistência dos desenvolvedores principais do Bitcoin, pois as moedas coloridas poluem o Bitcoin nativo, além de que a forma designada artificialmente ainda requer um terceiro centralizado para a análise do servidor.

3. Validação do Cliente (Client-Validation)

Em 2016, os desenvolvedores principais do Bitcoin publicaram um artigo que propôs o paradigma de validação do cliente, garantindo que apenas as duas partes conhecessem o conteúdo do contrato, simulando a forma 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 o método em que a parte que inicia a transação fornece os dados completos do histórico de transações necessários, enquanto a outra parte verifica por conta própria, para evitar a ocorrência de fraudes. Não existem problemas de centralização, e a verificação off-chain não é limitada por questões de desempenho, o que faz com que atualmente seja considerado por muitos como a "melhor" solução para resolver a insuficiência da completude de Turing da blockchain do Bitcoin.

Assinatura de contrato tradicional vs Assinatura de contrato inteligente em blockchain

• Assinatura de contrato tradicional: Há uma transação entre A e B, primeiro assinam um contrato, ambas as partes confirmam o conteúdo do contrato e assinam, e o contrato não pode ser alterado durante a assinatura. Qualquer transação no futuro durante a execução do contrato é uma transação entre A e B, não sendo necessária a intervenção de terceiros.

• Assinatura de contrato inteligente em blockchain: o processo de transação é divulgado para toda a rede, todos os mineradores realizam a execução e a verificação. Todo o processo de execução não possui privacidade, e devido à necessidade de ser publicado na rede para alcançar consenso, o desempenho é limitado.

A validação do cliente é à prova de falhas?

Ao ver isso, parece que algumas pessoas podem ter dúvidas. A blockchain de Bitcoin descentralizada em si resolveu os problemas de segurança no comércio tradicional, mas com a introdução da validação pelo cliente, a solução voltou para fora da cadeia. Mesmo que tenha resolvido o problema de fraude, como podemos efetivamente evitar a ocorrência de problemas de gasto duplo?

Introduzir "selagem única"

Como a validação do cliente não inclui um mecanismo de prevenção de gastos duplos, precisamos recorrer a terceiros para resolver este problema. Para alcançar este objetivo, iremos vincular cada estado de cada contrato que precisa ser validado na validação do cliente a uma saída de transação não gasta de Bitcoin específica (UTXO). Como o UTXO existe apenas em duas formas, "gasto" e "não gasto". E uma vez que a mudança no estado do contrato de validação precisa ocorrer, é necessário gastar o UTXO vinculado (qualquer quantia é aceitável), para que a transação que o gasta receba confirmação na blockchain. Além disso, a transação de Bitcoin que o gasta deve fornecer uma prova do conteúdo da transição de estado (com uma função semelhante ao valor hash). Em resumo, o UTXO vinculado pode ser visto como o selo de cera do "envelope" deste estado - para abrir o envelope, é necessário quebrar o selo.

Explicação adicional do modelo UTXO

Diferente do modelo de conta de algumas blockchains públicas, a soma das transações não gastas (UTXO) é a quantidade de criptomoedas enviada de um endereço para outro, mas que ainda não foi resgatada pelo destinatário, para que em transações subsequentes os fundos possam ser enviados a outras pessoas.

• Por exemplo, se Alice enviar 1 Bitcoin a Bob, então enquanto Bob não gastar o BTC recebido de Alice, ele possui um UTXO. Uma vez que Bob gaste 1 BTC, o ciclo de vida do UTXO termina.

• Suponha que a carteira do Bob tenha participado apenas de uma transação, na qual Bob recebeu 1 BTC de Alice, o validador da transação saberá 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 em uma segunda transação de saída, o validador descobrirá que seu saldo UTXO é insuficiente para servir como entrada para a segunda transação, e um validador honesto não irá disseminar ou confirmar sua transação de duplo gasto.

O próximo crescimento exponencial: Bitcoin ecossistema em plena explosão

Na evolução do Bitcoin, o design da validação do cliente habilmente evita os problemas de centralização das soluções de sidechain e moedas coloridas, e introduz um mecanismo de selagem única, o que aumenta ainda mais a segurança. Neste momento, o ecossistema do Bitcoin está a receber o nascimento de uma série de novos protocolos, dos quais o protocolo RGB não só adotou as ideias mencionadas, mas também propôs compatibilidade com a Lightning Network, estabelecendo as bases para escalabilidade infinita. Embora a compatibilidade do protocolo RGB com a Lightning Network ainda não seja perfeita, estamos cheios de confiança no futuro e acreditamos que a infraestrutura que ajuda a otimizar o protocolo superará as limitações do "triângulo impossível da blockchain" que perduraram por tanto tempo.

Temos ainda mais razões para esperar que a próxima fase de crescimento exponencial do índice blockchain seja impulsionada pela explosão do ecossistema Bitcoin que leva à adoção em massa da blockchain. Acreditamos que o Bitcoin irá ultrapassar a sua antiga função como um único armazenamento de valor, destacando suas propriedades monetárias, enquanto continua a conectar mais aplicações ao ecossistema Bitcoin através de soluções diversificadas, promovendo a escalabilidade e o desenvolvimento sustentável do ecossistema, trazendo infinitas possibilidades para o mundo blockchain.