O que são blockchains Layer-2 do Bitcoin e como funcionam?

O Bitcoin conquistou enorme popularidade, mas não está livre de desafios. À medida que mais pessoas utilizam a rede antes do halving, ela ficou congestionada. Esse congestionamento resulta em taxas elevadas e longos tempos de espera para transações, dificultando o uso do Bitcoin para pequenas transações do dia a dia.

Existe uma necessidade urgente de solução para esse problema de escalabilidade, para que o Bitcoin continue lidando com o aumento da demanda na rede. A resposta está nas blockchains de layer 2. Antes de falarmos dessas soluções layer-2, vamos ver rapidamente alguns upgrades — SegWit e Taproot — que ajudaram o Bitcoin a chegar até aqui.

O que são SegWit e Taproot?

O Bitcoin vem evoluindo com inovação e adaptação constantes. Dois upgrades importantes, Segregated Witness (SegWit) e Taproot, tiveram papéis cruciais nesse processo. Essas atualizações resolveram alguns dos principais desafios da rede e abriram caminho para uma nova era de desenvolvimento e expansão do ecossistema Bitcoin.

SegWit

Em 2017, o SegWit foi implementado para resolver o problema de escalabilidade do Bitcoin. Esse upgrade aumentou a capacidade de cada bloco por meio de uma técnica chamada “segregação”.

O SegWit separou a assinatura digital dos dados da transação, reduzindo o tamanho das transações. Isso permitiu que mais transações coubessem em um único bloco sem aumentar o limite de tamanho. Com o SegWit, os blocos do Bitcoin podem suportar até 4MB de transações em condições ideais.

O SegWit também corrigiu um problema de segurança importante relacionado às transações. Antes dele, era possível modificar detalhes de uma transação antes de sua confirmação na blockchain, o que era crítico.
Esse aprimoramento aumentou a segurança e possibilitou o desenvolvimento de soluções de segunda camada, como a Lightning Network, que melhoraram a velocidade e a eficiência das transações.

O SegWit foi um upgrade significativo para a tecnologia das criptomoedas.

Taproot

O upgrade SegWit melhorou a escalabilidade e a segurança do Bitcoin, abrindo espaço para novos avanços. Em novembro de 2021, o Taproot trouxe mais melhorias, com foco em privacidade, eficiência e recursos para contratos inteligentes.

Com a substituição do esquema de assinatura ECDSA pelo uso de assinaturas Schnorr, foi possível agregar várias assinaturas em uma só, simplificando e protegendo transações complexas no Bitcoin. Assim, essas transações passam a ser indistinguíveis das transações simples registradas na blockchain.

O Taproot trouxe mais privacidade, otimizou o espaço e reduziu taxas ao fazer com que transações multisig pareçam transações comuns. Também ajudou desenvolvedores a criar contratos inteligentes melhores na rede Bitcoin, facilitando a criação de novos aplicativos que aproveitam a segurança e a descentralização do Bitcoin.

SegWit e Taproot são upgrades marcantes para o Bitcoin. Não melhoram apenas o lado técnico, mas também expandem as possibilidades do Bitcoin além do seu propósito original como dinheiro eletrônico peer-to-peer. Essas atualizações são a base para os novos ecossistemas layer-2 do Bitcoin, que veremos a seguir.

Por que o Bitcoin precisa de blockchains layer-2?

O Bitcoin é reconhecido como “ouro digital” por sua capacidade de preservar valor. Embora tenha sido criado como um sistema de pagamentos seguro e descentralizado, sua adoção foi limitada devido a restrições técnicas.

Problemas de escalabilidade

O Bitcoin enfrenta desafios de escalabilidade e velocidade de transação, o que resulta em baixa capacidade de processamento e aumento nas taxas. Comparado a outras blockchains, o Bitcoin não consegue processar grandes volumes de dados em um curto período. A criação de um bloco leva cerca de 10 minutos; a média é de sete transações por segundo (TPS), bem menos que outras blockchains como a Solana.

Isso pode não ser um problema para transações grandes, mas se torna inviável para transações menores e compras no varejo. Em média, a rede Bitcoin leva cerca de 10 minutos para finalizar um conjunto de transações — apenas 7 TPS.

Com o aumento de usuários, a rede fica congestionada e as taxas sobem. Em 2016, a taxa média era de US$ 0,07. Hoje já chega a US$ 31, com o recorde próximo de US$ 63 em abril de 2021.

Trilema da blockchain

A blockchain do Bitcoin não pode ser escalada devido ao Trilema da Blockchain, que afirma ser impossível otimizar os três pilares principais — descentralização, segurança e escalabilidade — ao mesmo tempo. O Bitcoin priorizou descentralização e segurança, mas isso comprometeu a escalabilidade. Por isso, expandir a rede do Bitcoin não é viável sem sacrificar segurança ou descentralização.

Limitações de contratos inteligentes

Como moeda digital, o Bitcoin tem dois propósitos: permitir transações P2P independentes e fornecer uma base tecnológica para ser reserva de valor deflacionária. Essa funcionalidade limitada é uma das principais características da rede, tornando-a robusta e resistente a fraudes.

O Bitcoin tem limitações quanto a contratos inteligentes. Diferente do Ethereum, ele não suporta funções complexas de smart contracts. A camada base do Bitcoin não foi feita para o desenvolvimento de contratos inteligentes e aplicativos. Inicialmente, foi criado como sistema de pagamentos digitais peer-to-peer. Por isso, a blockchain do Bitcoin quase não viu avanços em áreas como DeFi e NFTs.

É aí que entram as soluções Layer-2.

O que é Layer 2 do Bitcoin?

Layer 2 solutions are secondary networks built on top of the Layer 1 network's architecture. This distinction helps to differentiate between various networks within a blockchain ecosystem.

As soluções Layer 2 do Bitcoin são redes secundárias que funcionam sobre a blockchain principal. Elas buscam aumentar a capacidade da rede para processar transações, contornando limitações técnicas e aproveitando seus pontos fortes.

Isso pode melhorar a usabilidade da rede em vários aspectos. É interessante ver como a tecnologia evolui para atender à crescente demanda do ecossistema blockchain.

Pense em uma blockchain layer-2 como um assistente eficiente, que faz a maior parte do trabalho antes de devolver tudo para a camada 1, onde será registrado oficialmente. Assim, a Layer 2 processa transações fora da blockchain principal, tornando tudo mais rápido e eficiente, antes de enviar os dados de volta para serem incluídos no Bitcoin.

Como funcionam as Layer 2 do Bitcoin?

Quando se trata de processar transações, as soluções Layer 2 têm o mesmo objetivo, mas abordagens diferentes para alcançá-lo.

Rollup chains

Rollups são uma solução Layer 2 que move várias transações da Layer 1 para uma rede separada, condensa essas transações em um único dado e depois retorna esse dado para ser incluído na Layer 1.

De acordo com pesquisas, validar transações do Bitcoin pode ser até 100 vezes mais rápido usando rollups de validade. Essa abordagem também pode ser aplicada à Lightning Network. Um ambiente de execução pode ser implementado para suportar linguagens de contratos inteligentes mais flexíveis e ampliar funcionalidades sem adicionar complexidade à cadeia principal.

Os sovereign rollups são outro tipo de rollup no Bitcoin. Eles diferem dos Optimistic e ZK rollups usados na rede Ethereum. Os sovereign rollups não precisam de uma camada de liquidação nem de contratos inteligentes. Eles gerenciam sua própria execução e liquidação, usando a blockchain Layer-1 apenas para consenso e disponibilidade de dados. Isso é diferente de outros tipos de rollup que dependem da blockchain para validar sua integridade.

Os rollups no Bitcoin ainda estão em fase inicial e sendo testados.

Sidechains

Uma sidechain é uma blockchain independente, com mecanismos próprios de consenso, conectada à Layer 1 por meio de uma ponte bidirecional. Essa ponte é fundamental para transferir ativos entre as redes. Por ser uma blockchain própria, a sidechain também pode suportar outras soluções Layer 2.

State channels

Soluções Layer 2 podem ajudar usuários a evitar taxas altas. Nesse método, usuários criam “canais” criptografados de ponta a ponta para enviar e receber pagamentos. Esses canais funcionam como micro-ledgers, registrando todas as transações feitas entre as partes.

Os State Channels mantêm todas as transações fora da blockchain, informando à rede principal apenas o saldo de abertura e fechamento quando o canal é encerrado. Assim, é possível realizar várias transações entre pessoas ou empresas sem pagar taxas elevadas.

Principais soluções Layer-2 do Bitcoin em 2024

Diversas soluções Layer 2 exploram os conceitos que discutimos. Veja um panorama das mais populares:

1. Lightning Network

A Lightning Network é um protocolo de pagamentos Layer-2 que reduz o congestionamento da rede usando state channels para processar micropagamentos de Bitcoin fora da blockchain principal. Ela permite transações diretas entre duas partes, sem passar pela blockchain.

Para usar a rede, os usuários enviam e recebem pagamentos em BTC por canais P2P criptografados, que funcionam como contratos inteligentes. Por exemplo, se você quiser enviar 0,1 BTC para um amigo, basta criar um canal e depositar o valor necessário. Após todas as transações, o canal pode ser fechado.

O sistema é eficiente porque apenas os saldos de abertura e fechamento do canal são enviados para a rede Bitcoin.

Como funciona a Lightning Network?

A tecnologia da Lightning Network permite que várias transações ocorram sem precisar da confirmação de toda a rede Bitcoin. Isso torna as transações muito mais rápidas e baratas. Ela resolveu de forma eficaz o problema de escalabilidade do Bitcoin, permitindo que a rede processe grandes volumes de transações com facilidade.

Utiliza um contrato inteligente chamado hashed timelock contracts (HTLCs) para realizar transações entre múltiplas partes e roteamento de pagamentos de forma segura. O HTLC garante que o destinatário só receba os fundos após certas condições serem cumpridas em um período ou bloco específico.

2. Rootstock (RSK)

A blockchain Rootstock confirma transações usando o mecanismo de consenso Proof of Work (PoW). Os mineradores podem minerar Bitcoin e Rootstock simultaneamente, usando o mesmo algoritmo de hash e compartilhando o poder computacional. A Rootstock confirma blocos em cerca de 30 segundos e pode processar de 10 a 20 transações por segundo. As transações são confirmadas e agrupadas antes de serem enviadas para a camada base do Bitcoin para liquidação.

A Rootstock é uma plataforma que amplia as capacidades do Bitcoin, permitindo que desenvolvedores usem contratos inteligentes. Esses contratos são programas que podem rodar automaticamente, sem intermediários. A Rootstock também permite o uso da linguagem Solidity, do Ethereum, para executar contratos inteligentes em sua plataforma.

Um dos destaques da Rootstock é o RSK Infrastructure Framework (RIF), que oferece serviços descentralizados para que desenvolvedores criem e implementem dApps na rede Rootstock. Esse framework facilita e agiliza o desenvolvimento de dApps.

3. Protocolo Stacks

O Stacks se destacou como uma das principais soluções Layer 2 do Bitcoin desde seu lançamento na mainnet em 2018 como Blockstack. Esse protocolo facilita a implementação de contratos inteligentes autoexecutáveis no Bitcoin sem precisar de fork. Ele utiliza microblocos para maior rapidez e um mecanismo exclusivo de Proof-of-Transfer (PoX) para conectar esses microblocos aos blocos da Layer 1. O Stacks oferece uma abordagem acessível e fácil para executar contratos inteligentes e aplicativos descentralizados no ecossistema Bitcoin.

4. Mintlayer

O Mintlayer é uma solução blockchain construída sobre o Bitcoin, com o objetivo de ampliar a interoperabilidade de tokens, promover negociações descentralizadas, reduzir custos de transação e aumentar a capacidade, mantendo a compatibilidade com o Bitcoin. Sua proposta inclui tokenização legal, eficiência de custos e recursos aprimorados de privacidade para um ecossistema DeFi mais inclusivo, eficiente e seguro.

5. Liquid Network

A Liquid Network é uma sidechain Layer 2 do Bitcoin que opera sobre a blockchain open-source Elements. É governada por uma federação distribuída de empresas, exchanges e outros participantes do setor, e possui um ativo nativo, o Liquid (L-BTC). Assim como a Rootstock, utiliza uma ponte bidirecional para converter BTC em L-BTC e vice-versa.

6. Interlay

O Interlay é uma plataforma que integra o Bitcoin às finanças descentralizadas (DeFi) em múltiplas blockchains. Oferece uma abordagem modular, permitindo que usuários mantenham o controle de suas chaves privadas enquanto participam de atividades DeFi. O mecanismo iBTC do Interlay permite que usuários travem seus BTCs com segurança, emitam iBTC na proporção 1:1 e utilizem o ativo em diferentes blockchains. O Interlay é auditado por empresas líderes em segurança blockchain e é governado pela comunidade por meio do token de governança (INTR).

7. Babylon

O Babylon apresenta um protocolo de staking para Bitcoin, permitindo que holders ganhem rendimento sobre seus Bitcoins ociosos sem confiar em terceiros. O protocolo oferece staking sem custódia, segurança total contra ataques PoS, restaking rápido e escalável e parcerias no ecossistema.

8. Drivechain

O Drivechain propõe uma forma de o Bitcoin operar com sidechains utilizando os BIPs 300 e 301. Isso permite novos recursos e aplicações sem comprometer a segurança da blockchain principal. Facilita a transferência de BTC entre o Bitcoin e as sidechains.

O Drivechain promove inovação sem permissões, facilita escalabilidade e flexibilidade, e é apresentado como uma solução de risco zero que pode ser revertida facilmente, se necessário. Os BIPs 300 e 301 definem os mecanismos técnicos do seu funcionamento.

9. Threshold Network

A Threshold Network utiliza criptografia de limiar para proteger ativos digitais, reforçar a soberania do usuário e garantir privacidade e segurança. Oferece o tBTC para integração do Bitcoin ao DeFi, o TACo Plugin para criptografia descentralizada de ponta a ponta e um modelo de governança DAO para decisões pela comunidade.

Desafios das redes Layer-2 do Bitcoin

As redes Layer 2 do Bitcoin ainda não são tão testadas quanto a própria rede principal, mesmo apresentando alta segurança e confiabilidade. Elas trazem novos riscos e desafios por serem redes independentes.

Por exemplo, em 2022, usuários da Lightning Network enfrentaram uma falha de roteamento de pagamentos não atribuída devido a um bug. Isso fez com que interagissem com nós defeituosos por um longo tempo sem perceber o problema.

Além disso, sidechains federadas como a Liquid Network ainda estão em estágios iniciais de desenvolvimento e adoção. Diferente do Bitcoin, que conta com milhares de mineradores ao redor do mundo, essas redes possuem bem menos nós (15, no caso da Liquid) para assinar e confirmar transações. Isso significa que as Layer 2 do Bitcoin podem ser mais centralizadas que a rede principal.

Vantagens das redes Layer 2 do Bitcoin

As soluções Layer 2 podem aprimorar o Bitcoin de várias formas. Elas aumentam a capacidade de processamento além do que é possível na camada principal, tornando a rede mais escalável. Podem reduzir significativamente os custos de transação ao processar operações fora da cadeia principal. Plataformas como Stacks e Rootstock oferecem contratos inteligentes e dApps, ampliando o uso do Bitcoin. Algumas Layer 2 também trazem mais privacidade para transações, recurso indisponível na mainnet do Bitcoin.

Desvantagens das redes Layer 2 do Bitcoin

O ecossistema Layer 2 pode ser complexo para o usuário final, o que pode desacelerar a adoção. Essas soluções também podem enfrentar vulnerabilidades específicas ao dependerem da segurança do Bitcoin. A liquidez pode ficar fragmentada entre diferentes Layer 2, dificultando negociações e outras atividades financeiras. Por fim, desenvolvedores podem precisar de tempo para entender novos protocolos, linguagens e ambientes, o que pode desacelerar a inovação.

Conclusão

O Bitcoin conta com diversas soluções de escalabilidade, como Lightning Network, Rootstock, Stacks e Liquid Network. Esses protocolos e as novas soluções Layer-2, como os rollups, trazem benefícios para a rede Bitcoin e podem impulsionar a adoção do ecossistema como um todo.

FAQs

1. O que é uma solução Layer 2 do Bitcoin?

A Bitcoin Layer 2 solution is a secondary framework or protocol built on the Bitcoin blockchain. It addresses the scalability and transaction speed limitations of the Bitcoin network by handling transactions off-chain while taking advantage of the security of the main blockchain.

2. Como funcionam as redes Layer 2 do Bitcoin?

Layer 2 solutions work by conducting transactions off the main Bitcoin blockchain, thus reducing congestion and increasing scalability. They use smart contracts or other cryptographic techniques to establish trust among participants and enable faster and cheaper transactions. These transactions are then settled on the main Bitcoin blockchain periodically, ensuring the security and decentralization of the network.

3. Quais são alguns exemplos de soluções Layer 2 do Bitcoin?

Examples of Bitcoin Layer 2 solutions include the Lightning Network, which enables instant micropayments by creating payment channels between users, and the Liquid Network, which facilitates faster and more confidential transactions for exchanges and institutions.

4. Quais são as vantagens de usar soluções Layer 2 para transações em Bitcoin?

Layer 2 solutions offer several benefits, including scalability, reduced transaction fees, faster transaction confirmations, and improved privacy. They also enable innovative use cases such as micropayments and decentralized finance (DeFi) applications on the Bitcoin network.

5. As soluções Layer 2 são seguras?

Yes, Layer 2 solutions are designed to be secure, leveraging cryptographic techniques and smart contracts to ensure the integrity of transactions. While some risks may be associated with specific implementations, such as potential vulnerabilities in smart contracts, overall, Layer 2 solutions aim to enhance the security of the Bitcoin network.

6. Consigo acessar meus fundos se a solução Layer 2 ficar fora do ar ou for comprometida?

In most cases, Layer 2 solutions are designed with fail-safes to ensure that users can access their funds even if the solution experiences downtime or is compromised. For example, the Lightning Network allows users to close their payment channels and settle their transactions on the main Bitcoin blockchain if necessary.

7. As soluções Layer 2 são o futuro das transações em Bitcoin?

While Layer 2 solutions show great promise in addressing Bitcoin's scalability challenges, they are just one aspect of the broader scalability solutions explored within the Bitcoin ecosystem. The future of Bitcoin transactions may involve a combination of Layer 2 solutions, on-chain optimizations, and advancements in protocol development to ensure the network's long-term viability and scalability.