Pesquisadores abordam os problemas de blockchain do futuro com Bitcoin-NG

A questão de como aumentar melhor a capacidade de processamento de transações do blockchain pode ser a crise atual do bitcoin, mas isso T impede os pesquisadores de trabalhar para resolver problemas mais prospectivos.

Realizada no último fim de semana em Montreal, a inauguraçãoEscalonamento do Bitcoin marcou a primeira grande conferência para desenvolvedores e, como tal, contou com uma ampla amostragem de especialistas técnicos trabalhando em soluções para problemas que podem vir à tona à medida que o conhecimento da Tecnologia blockchain avança.

Uma das propostas mais inovadoras a estrear no evento foi desenvolvida pelo estudante de pós-doutorado da Cornell Ittay Eyal, o estudante de doutorado Adem Efe Gencer, o professor de ciência da computação Emin Gün Sirer e o cientista pesquisador Robbert Van Renesse. Chamado Bitcoin-NG (o "NG" é a abreviação de "próxima geração"), a proposta é concebida como uma solução para "problemas inerentes" no design de blockchain, tanto em Bitcoin quanto em livros-razão distribuídos alternativos, como Ethereum.

Eyal disse que por trás do Bitcoin-NG está a crença de que há questões mais fundamentais com o design de blockchains que tornarão o dimensionamento de qualquer implementação, pública ou privada, um desafio.

Eyal disse ao CoinDesk:

"Para Mercados de valores mobiliários, para transações de ativos digitais, se você quiser ter tudo isso em um blockchain, será necessário um dimensionamento significativo."

Um dos problemas mais urgentes, argumenta a equipe por trás do Bitcoin-NG, é que, à medida que o tamanho dos blocos de dados em um blockchain aumenta, também aumenta o risco de que o blockchain se bifurque, resultando em versões concorrentes do registro público de transações passadas e ineficiências na comunicação de rede.

Propagação de blocos

O Bitcoin-NG, de acordo com Eyal, foi um exercício para identificar problemas que surgem quando transações individuais e blocos de transações são verificados e propagados em uma rede blockchain, bem como os benefícios que devem ser mantidos em qualquer reformulação.

Por fim, os pesquisadores por trás do Bitcoin-NG chegaram à conclusão de que os blocos em uma blockchain têm duas funções distintas: eleger um "líder" que decide quais transações são incluídas na blockchain principal e distribuir uma recompensa ao minerador.

"Quando você coloca um bloco na blockchain [do Bitcoin], você implicitamente diz que é o líder do bloco anterior até agora e essa é a ordem das transações que eu decido para esse período", explicou ele.

O Bitcoin-NG propõe compor um blockchain de dois tipos separados de blocos: 'blocos-chave' que decidem um 'líder' e 'microblocos' que apresentam transações por um período específico de tempo no futuro.

Os mineradores líderes receberiam a totalidade da recompensa do bloco, enquanto dividiriam as taxas nas transações entre blocos de chaves com o líder anterior.

Considerações

Eyal indicou que a equipe levou um tempo para definir uma tese central para sua pesquisa: que as bifurcações, embora atualmente ocorram algumas vezes por dia no Bitcoin, serão mais comuns se os blocos de transações forem maiores.

O pesquisador sugeriu que esse problema T pode ser resolvido alterando o tamanho do bloco ou a frequência de uma determinada rede, e que a escalabilidade exigirá mudanças maiores. Primeiro, no entanto, Eyal disse que as métricas para a análise precisavam ser identificadas.

"Você precisa de métricas para perceber o que está tentando otimizar, e as métricas são intuitivamente muito claras. Você quer que uma transação seja colocada em um blockchain o mais rápido possível, quer vê-la lá e quer poder colocar o máximo de transações possível", disse ele.

A métrica mais importante desenvolvida durante o processo, de acordo com Eyal, foi a ideia de "atraso de consenso", ou quanto tempo no passado a maioria dos nós concorda sobre o estado do blockchain.

"Todos concordam sobre tudo o que aconteceu na história do blockchain de uma hora para cá. Mas e quanto a uma hora? Se há bifurcações e há muitas bifurcações, então certamente T concordamos", ele continuou.

Métricas adicionais usadas pelos pesquisadores incluíram "tempo de poda", ou o tempo que leva para os mineradores, estejam eles no "branch" correto ou na versão do blockchain em que estão processando transações. Conforme os tamanhos dos blocos aumentam, Eyal sugeriu que o tempo de poda aumenta.

Também foram consideradosmineração utilização de energia, ou a proporção de blocos concluídos que acabam na cadeia principal, e 'tempo para WIN', o período de tempo antes que todos os mineradores concordem que uma determinada versão do blockchain é a mais longa, de modo a gastar recursos adequadamente.

Blocos de construção

Quanto às inspirações, Eyal citou a Greedy Heaviest-Observed Sub-Tree (FANTASMA), uma proposta de pesquisa que prevê como uma cadeia principal poderia ser melhor selecionada dentre a variedade de garfos concorrentes.

Proposto pelos pesquisadores Yonatan Sompolinsky e Aviv Zohar em 2013, o GHOST também foi considerado durante o desenvolvimento do blockchain alternativo Ethereum, que visa servir como uma rede para aplicações distribuídas.

"Houve dois pontos levantados no artigo", explicou Eyal. "GHOST tem uma maneira diferente de escolher cadeias. No Bitcoin, você escolhe a cadeia mais longa e ela se torna a cadeia principal. Isso é popularmente conhecido como bloco órfão. Esta é a palavra errada, é um ramo podado. GHOST tem uma maneira diferente de escolher o ramo mais longo."

Eyal indicou que a cadeia mais longa T necessariamente tem mais blocos e que, no Bitcoin, uma com menos blocos, mas mais ramificações, poderia ser selecionada.

"A outra coisa que eles acrescentam é a ideia de blockchain inclusivo, onde se você tiver uma filial, poderá posteriormente mesclar transações de volta à cadeia principal", continuou Eyal.

Para facilitar melhor esses processos, o sistema do Bitcoin-NG é um em que os keyblocks usam proof-of-work como o Bitcoin e apenas os líderes geram microblocks, embora eles venham em intervalos mais curtos. Na proposta, os keyblocks são gerados a cada 10 minutos, enquanto os microblocks são gerados a cada 10 segundos.

Sessenta por cento das taxas de mineração geradas durante esse período vão para o próximo minerador, disse Eyal, motivando-o a se colocar na cadeia o mais por último possível. Os líderes atuais recebem 40% das taxas.

"Por que 40%? Porque temos que fazer algumas suposições sobre o tamanho do invasor, e T queremos que o invasor seja motivado a minerar múltiplos blocos, isso se torna complicado. Pode ser 10%, mas então mineradores maiores podem ser motivados a não colocar transações em blocos", disse Eyal na conferência.

Implementação

Até o momento, Eyal disse que o Bitcoin-NG já foi implementado no código do bitcoin e que essa rede tem sido objeto de algumas experimentações.

Ainda assim, ele disse que provavelmente levará algum tempo até que algo como o Bitcoin-NG seja implementado na rede Bitcoin , principalmente devido à dificuldade de chegar a um consenso devido às diferentes partes interessadas no projeto de código aberto.

"Em teoria, é possível apenas bifurcar o Bitcoin ou fazer um hard fork do Bitcoin para usar esse novo protocolo e aumentar a escalabilidade para latência e largura de banda muito melhores. Como você viu na discussão sobre o tamanho do bloco, é difícil fazer mudanças, muito menos grandes mudanças com esse mecanismo de consenso", disse ele.

Atualmente, o Bitcoin-NG está operando como um testbed rodando 1.000 nodes. Eyal e sua equipe estão usando um data center Cornell para o experimento, com 150 máquinas rodando sete clientes.

No futuro, ele disse que a equipe espera conduzir seu trabalho em uma escala maior, publicar um white paper e, finalmente, lançar o Bitcoin-NG ao público.

Embora testes precisem ser feitos, Eyal estava otimista de que o Bitcoin-NG poderia contribuir para o atual debate sobre o tamanho do bloco por meio das métricas que ele usou para determinar seu design, concluindo:

"Vimos que éramos capazes de fazer algo que você T consegue fazer muito, melhorar a largura de banda e de forma eficiente. Estamos tentando ver até onde podemos chegar sem mudar as propriedades, queremos o mesmo nível de segurança, largura de banda e latência [do Bitcoin], ou melhor."

Para mais informações sobre Bitcoin-NG, leia otranscrição completa da palestra de Eyal sobre escalonamento de Bitcoin aqui.

Imagem de rede de computadoresvia Shutterstock