O que é a camada 2 e por que ela é tão importante?

Para fazer uma analogia simples, imagine uma grande empresa com um grande volume de negócios. Para lidar com parte dessa carga de trabalho, ela estabelece uma empresa subsidiária. A empresa matriz representa a Camada 1, enquanto a subsidiária representa a Camada 2. Dessa forma, a carga sobre a empresa matriz é reduzida.

Em primeiro lugar, precisamos definir o que é a Camada 1: As redes da Camada 1 são a camada fundamental ou a infraestrutura da camada inferior das blockchains. Também chamada de mainnet ou “Camada 1”, ela não apenas define as regras centrais do ecossistema, mas também verifica e finaliza as transações, como visto em exemplos como Ethereum, Bitcoin e Solana.

Os blockchains da camada 1 geralmente começam com foco na descentralização e na segurança – ambos princípios fundamentais de qualquer rede sólida – e são mantidos por uma rede global diversificada de desenvolvedores e participantes (como validadores), com poucas exceções.

Veja também: O que é a tecnologia Blockchain?

Devido à falta de qualquer autoridade central ou supervisão, essas plataformas exigem segurança inerente na própria tecnologia para proteger os usuários contra fraudes e ataques. Devido a essa priorização no design, sem mencionar os recursos significativos necessários para manter um ecossistema totalmente funcional, elas geralmente carecem de escalabilidade.

Embora alguns desenvolvedores vejam a incapacidade de equilibrar segurança, descentralização e escalabilidade como uma falha inevitável na tecnologia (conhecida como o trilema do blockchain), as soluções de camada 2, como rollups no Ethereum e a Lightning Network no Bitcoin, são uma solução para resolver esses problemas.

O que é a camada 2?

A Camada 2 refere-se a um conjunto de soluções fora da cadeia construídas sobre a Camada 1 (blockchains independentes) que aliviam os gargalos por meio de escalabilidade e dados reduzidos. Imagine como a cozinha de um restaurante – se cada pedido tivesse que ser concluído por uma pessoa do início ao fim antes da confirmação e da entrega, seria um processo lento, com apenas alguns pedidos concluídos por hora. Mas a Camada 2 é como estações de preparação – há uma para limpar e cortar, uma para cozinhar e outra para montar pratos – permitindo que as tarefas sejam concentradas e concluídas com mais eficiência. Quando chega a hora certa, a equipe final pode combinar cada prato montado com os pedidos e confirmá-los antes de enviá-los ao seu destino final (o cliente).

Plataformas de pagamento como a Visa também empregam sistemas semelhantes. A Visa não processa individualmente milhares de microtransações diárias de vendedores, o que entupiria a rede em questão de minutos; em vez disso, ela as agrupa em lotes, liquidando-as periodicamente no sistema bancário. Em seguida, os bancos categorizam e armazenam as transações por meio de seus equivalentes internos de camadas de liquidação. Nesse cenário, a Visa atua tanto na Camada 2 quanto na rede mais ampla de instituições e redes governamentais, que armazenam registros de transações e definem as regras do setor financeiro na Camada 1.

A Ethereum também utiliza métodos semelhantes por meio de recursos como rollups otimistas e de conhecimento zero (ZK), que aliviam o ônus do gerenciamento de transações na rede principal, levando a uma maior inclusão e rendimento das transações (mais transações por segundo). Tudo isso proporciona uma experiência de usuário mais prática e perfeita. Exemplos de soluções de Camada 2 na Ethereum incluem Arbitrum, Optimism, Loopring e zkSync.

Demanda por camada 2

A tecnologia blockchain surgiu em 2008. Desde então, milhares de pesquisadores e desenvolvedores têm se dedicado a resolver o gargalo de escalabilidade do blockchain para atender às crescentes demandas de aplicativos. Esses gargalos levaram a altos custos de transação, velocidades de execução lentas e têm sido obstáculos para a adoção da tecnologia blockchain.

Vitalik Buterin, cofundador da Ethereum, propôs pela primeira vez o conceito do “trilema do blockchain“, argumentando que o blockchain não pode alcançar simultaneamente escalabilidade, segurança e descentralização. Os desenvolvedores precisam fazer concessões entre essas três dimensões. As redes de blockchain atuais só podem satisfazer simultaneamente duas dessas dimensões, no máximo.

A camada 2 é uma tecnologia emergente que argumenta que a limitação da escalabilidade do blockchain se deve ao excesso de tarefas que o blockchain precisa realizar. Há três funções principais do blockchain atual:

• Execução de transações: processamento e conclusão de transações. A medida é o número de cálculos (incluindo o número de transações) que o blockchain pode concluir por segundo.
• Disponibilidade de dados: os nós e validadores da rede precisam armazenar transações, estados e outros dados. A medida são unidades de armazenamento padrão, como MB e GB.
• Consenso: os nós e os validadores precisam chegar a um consenso sobre o status da rede e a ordenação das transações. A medida é o nível de descentralização e a velocidade de finalização, ou o tempo necessário para que todos os nós cheguem a um acordo sobre uma alteração de estado.

Por que a camada 2 é importante?

Embora a descentralização e a segurança sejam características da Camada 1 ou rede principal da Ethereum, anos de adoção pelo mercado levaram a rede à sua capacidade atual de mais de 1,5 milhão de transações por dia. Além disso, devido à limitação da rede principal de processar cerca de 15 transações por segundo, os períodos de alta atividade da rede geralmente levam ao congestionamento de dados. Isso, por sua vez, resulta no aumento do gás (taxas de transação) e diminui o desempenho dos aplicativos. Embora isso possa não ser evidente no atual mercado em baixa, é evidente que nem sempre estaremos em um mercado em baixa.

Para resolver esses problemas, a Camada 2 estende a Ethereum como um blockchain separado sobre a rede da Camada 1. Como mencionado anteriormente, ela se comunica por meio de contratos inteligentes na Ethereum com um forte modelo de segurança descentralizado, ajudando a aliviar a pesada carga de transações na rede principal. Essencialmente, enquanto a Camada 1 lida com a segurança, a disponibilidade de dados e a descentralização, a Camada 2 lida com a escalabilidade relacionada às transações.

Na maioria dos casos, os blockchains da Camada 1 têm:

• Redes de nós para proteger e verificar a rede
• Redes de produção de blocos
• Blockchain principal e dados de transação
• Mecanismos de consenso associados

A diferença da camada 2 é que ela fornece:

• Redução de custos: A camada 2 agrupa várias transações fora da cadeia em uma única transação da camada 1, ajudando a reduzir a carga de dados. Elas também mantêm a segurança e a descentralização ao liquidar as transações na rede principal.
• Praticidade: Com as vantagens combinadas de transações mais altas por segundo e taxas mais baixas, os projetos da Camada 2 podem se concentrar em melhorar a experiência do usuário e expandir o escopo do aplicativo.

A maioria dos problemas de escalabilidade está relacionada à descentralização. Diferentemente dos bancos tradicionais com abordagens regulatórias de pagamento fechadas e mais eficientes, o gerenciamento de transações e dados do blockchain deve passar por uma série de etapas sistemáticas, como aceitação, validação e distribuição na rede (com milhares de participantes), mantendo a segurança e a transparência.

Como funciona a camada 2?

Os protocolos da Camada 2 fornecem uma segunda estrutura em que as transações podem ocorrer separadamente da Camada 1. Isso significa que uma quantidade considerável de trabalho realizado pela cadeia principal pode ser transferida para a Camada 2. Em seguida, os aplicativos da Camada 2 publicam os dados da transação na Camada 1 e são protegidos nos registros e históricos do blockchain.

Como qualquer outra plataforma aberta ou fechada, a acessibilidade à Camada 2 também varia. Algumas podem ser usadas por uma série de aplicativos, enquanto outras atendem aos caprichos de projetos específicos. Dito isso, vários componentes-chave aproveitados pela Camada 2 incluem rollups e sidechains.

Rollups da camada 2 (Rollups)

Os rollups são um tipo específico de solução da Camada 2 que executa centenas de transações fora da cadeia, compactando-as em um único dado compacto antes de publicá-las de volta na rede principal para que qualquer pessoa possa analisá-las e contestá-las se forem consideradas suspeitas. Ao fazer isso, os rollups não apenas aproveitam a segurança da Ethereum, mas também podem reduzir as taxas de gás em até 10 a 100 vezes.

Embora os rollups ajudem com depósitos, retiradas e validação de provas, há variações sutis na forma como os rollups funcionam, como os rollups Optimism e ZK, que publicam dados de volta à Camada 1.

Rollups otimistas

Os rollups otimistas executam todas as transações em paralelo com a cadeia principal da Ethereum e, em seguida, publicam os dados de volta na Camada 1. Os usuários são incentivados a fazer transações nessas camadas 2 devido às baixas taxas competitivas. Se houver suspeita de transações fraudulentas, elas podem ser contestadas e avaliadas por meio de provas de fraude. Nesse cenário, os rollups operam o cálculo de transações com dados de estado disponíveis. Em comparação com os rollups ZK (explicados abaixo), isso significa um tempo de saída um pouco mais longo para rolar e retirar fundos para a Camada 1. No entanto, os usuários de rollups “internos” ainda recebem confirmações de transações rápidas.

Em geral, os rollups do Optimism são compatíveis com o Ethereum Virtual Machine (EVM) e o Solidity, o que significa que qualquer coisa possível na camada 1 do Ethereum pode ser replicada na camada 2.

Exemplos de rollups otimistas incluem Arbitrum, Optimism e Boba.

Sidechains

De projetos como xDai e Polygon PoS, as sidechains são blockchains independentes e compatíveis com EVM que são executadas em paralelo e interagem com a rede principal por meio de pontes. Como elas usam mecanismos de consenso separados e não são protegidas pela Camada 1, não são tecnicamente consideradas como Camada 2. No entanto, elas funcionam de forma semelhante à Ethereum, uma vez que têm como modelo o EVM. Dito isso, as sidechains apresentam maior risco para os operadores, pois os usuários confiam nelas

seus fundos em vez do protocolo Ethereum (ou da Camada 2 apropriada). Observação: (A Polygon concluiu várias aquisições por meio de fusões e aquisições, portanto, o termo “sidechain” talvez não seja mais preciso).

Validiums

Os validiums, como o StarkWare, usam provas de validade (semelhantes aos rollups ZK), mas não armazenam dados na Camada 1. Várias cadeias de validade podem ser executadas em paralelo, com cada uma capaz de processar cerca de 10.000 transações por segundo. Entretanto, devido à necessidade de linguagens mais especializadas, o suporte para contratos inteligentes gerais é limitado.

Sidechains e Validiums são blockchains executados em paralelo com a Ethereum e interagem com ativos por meio de pontes conectadas à rede principal. Eles não derivam segurança ou dados da própria Ethereum, portanto não são considerados como camada 2 adequada, como os rollups Optimistic ou ZK. Isso é especialmente verdadeiro considerando as possíveis implicações de segurança e confiança. No entanto, ambos ampliam a escalabilidade de forma semelhante à camada 2, fornecendo taxas de transação mais baixas e alta taxa de transferência.

Rollups ZK

Em comparação com os rollups otimistas, os rollups ZK geram provas criptográficas para verificar a autenticidade da transação. Essas provas (publicadas na Camada 1) são chamadas de provas de validade ou SNARKs (Succinct Non-interactive Argument of Knowledge) ou STARKs (Scalable Transparent Argument of Knowledge).

Os rollups ZK são mais eficientes, pois mantêm o estado de todas as transferências na Camada 2, atualizadas somente por meio de provas de validade. Como o rollup ZK não exige dados completos de transação, é mais fácil verificar blocos e mover o token principal da Ethereum, Ether (ETH), para a Camada 1. As provas de validade (aceitas pelos contratos de rollup da ZK) já verificaram a autenticidade das transações. Ou seja, elas não têm suporte completo a EVM e executam cálculos de forma mais intensa para aplicativos com menos atividade na cadeia.

Tanto o zkSync quanto o Starkware usam soluções à prova de zk, mas há diferenças:

• Embora a Starknet seja tecnicamente um ZKRollup (disponibilidade de dados na cadeia), ela é essencialmente um Validium: a arquitetura atual da VM do Cairo não permite a aplicação de transações arbitrárias via L1.
• O mecanismo do Validium é semelhante ao do zkRollup, mas uma diferença é que a disponibilidade de dados no zkRollup está na cadeia, enquanto o Validium a mantém fora da cadeia. Isso permite que a Validium obtenha maior rendimento, mas essas partes centralizadas têm um custo: Os operadores da Validium podem congelar os fundos dos usuários. Já o zkSync é totalmente descentralizado.

Por que tantas camadas 2?

Embora tenhamos abordado as principais camadas 2 (rollups otimistas, rollups ZK e sidechains), o ecossistema está em constante evolução, com alguns aplicativos sendo abandonados, como o Plasma e os canais de estado.

Mais recursos e considerações sobre a camada 2

Como essas camadas 2 ainda estão em seus estágios iniciais, ainda há riscos e graus variados de suposições de confiança equivocadas em comparação com as transações na rede principal. Também vale a pena observar que, embora aproveite a segurança da camada da rede principal, a camada 2 só é realmente segura quando as provas de fraude estão habilitadas, o que (no momento em que este artigo foi escrito) ainda não está.

As pontes de blockchain (que as pessoas podem usar para mover ativos para a camada 2) também estão em estágios iniciais de desenvolvimento e apresentam altos riscos. Em vista de tudo isso, é aconselhável realizar uma diligência prévia completa antes de se envolver em qualquer camada 2, por meio de recursos como o L2BEAT, entre outros.