Otimização de Blockchain: Principais Gargalos

Para o usuário comum, a blockchain pode parecer uma máquina perfeita e sem falhas. No entanto, as imperfeições só se manifestam à medida que você as utiliza — como transações que ficam travadas, servidores que caem ou a ocorrência de bugs, etc. O que está por trás de tudo isso? Para os leigos, a blockchain é um livro-razão digital místico, uma criatura efêmera que vive em todo lugar e em lugar nenhum, processando instantaneamente transferências de valor sem erro algum.

Mas a verdade é que ela é muito mais terrena. Quando uma transação fica presa na mempool por horas, fazendo com que um usuário perca uma liquidação DeFi importante, ou quando o congestionamento da rede durante a cunhagem de um NFT popular elimina qualquer esperança de concluir uma negociação lucrativa devido às taxas de gás que superam o valor total da transação, esses não são simples bugs de software. Eles são efeitos colaterais de gargalos inerentes que toda rede descentralizada enfrenta.

Esses problemas não se devem apenas a uma programação desleixada ou falta de esforço. Pelo contrário, alguns dos cientistas da computação e criptógrafos mais brilhantes do mundo estão trabalhando ininterruptamente para resolvê-los. No entanto, eles esbarraram nos limites rígidos da física, na capacidade do hardware e nos inevitáveis trade-offs dos sistemas distribuídos. Para entender por que sua transação está travada ou por que a rede está lenta, precisamos dar uma olhada sob o capô, nas engrenagens e alavancas que fazem essa máquina funcionar — incluindo o atrito que a desacelera.

O Trilema da Escalabilidade e os Limites de Throughput

O trilema da escalabilidade é provavelmente o gargalo mais conhecido em blockchain. A teoria do triângulo das blockchains de Vitalik afirma que uma blockchain só pode possuir 2 dos seguintes pilares: descentralização, segurança e escalabilidade. Não é possível ter todos no nível máximo. Esta não é uma regra codificada algoritmicamente; é uma restrição natural de como as redes distribuídas operam.

Se você deseja uma rede que seja muito rápida (escalável) e segura, muitas vezes é necessário fazer concessões (trade-offs) em que a descentralização é reduzida ao ter menos nós verificando as transações. Você tem um trade-off: se quiser que ela seja tanto descentralizada quanto segura, como o Bitcoin ou o Ethereum, você abre mão da velocidade. É por isso que o Bitcoin consegue realizar cerca de 7 transações por segundo (TPS) e o Ethereum faz cerca de 15 a 30 TPS na camada base, enquanto a Visa pode processar dezenas de milhares.

Aqui, o gargalo é o tamanho e o tempo do bloco. Uma solução fácil e óbvia para aumentar a vazão (throughput) seria aumentar o tamanho do bloco para comportar mais transações, ou reduzir o tempo do bloco para que mineremos blocos mais rapidamente. Mas aqui atingimos uma limitação física: o atraso de propagação (propagation delay). Quando um minerador ou validador descobre um novo bloco, esse bloco precisa ser enviado para todos os outros nós da rede. Esses dados viajam pelos cabos de internet, fibras ópticas e roteadores do mundo. Existem limites, é claro: a velocidade da luz e a largura de banda da infraestrutura de internet. Se um bloco for muito pesado, pode levar mais tempo para ser baixado e verificado. Muitos blocos produzidos rápido demais simultaneamente por diferentes mineradores, ao mesmo tempo em que o penúltimo bloco ainda não se propagou, podem levar a "forks" ou "blocos órfãos" (ou os "uncles" do Ethereum).

Uma alta taxa de "uncles" indica que a rede desperdiça poder computacional em blocos que não entram na cadeia principal, o que enfraquece a segurança, pois o hashing honesto é dividido. Portanto, um limite de TPS é, na prática, um limite de sincronização da rede. Além disso, cada bloco possui um "limite de gás" (gas limit) ou um limite de "peso do bloco" (block weight). Isso serve não apenas para limitar a vazão, mas também para proteger contra ataques de Negação de Serviço (DoS). Se não houver um limite para a quantidade de computação que um bloco pode conter, um invasor poderia sobrecarregar a rede com transações complexas que levam uma eternidade para serem processadas e congelam todo o sistema.

Camada 2 e o Gargalo de Escalabilidade Devido à Disponibilidade de Dados

Para contornar as restrições da Camada 1, a indústria inventou soluções de Camada 2 — os "rollups" em particular. Esses protocolos executam transações fora da rede (off-chain), agrupam-nas em um bloco e, em seguida, retornam uma versão compactada ou uma prova criptográfica para a rede principal (Camada 1). Parece uma ideia perfeita, no entanto, ela acarreta um ônus adicional: a DA (disponibilidade de dados). Mesmo que a computação ocorra fora da rede, informações suficientes para “reconstruir” o estado do rollup devem estar presentes na rede (on-chain) para que qualquer pessoa possa verificá-lo.

O espaço de bloco na rede principal é precioso e escasso. Por exemplo, seria caro publicar grandes quantidades de calldata na rede Ethereum. É também por isso que estamos vendo propostas como a EIP-4844 (Proto-Danksharding) sugerirem a noção de “blobs” — um novo tipo de armazenamento de dados que é mais barato e efêmero, projetado apenas para rollups. Mas, mesmo com os blobs, há um limite para a quantidade de dados que se pode enviar pela rede sem causar o inchaço (bloat) dos nós. Quando a camada de DA fica cheia, o custo para usar essas Camadas 2 aumenta significativamente, já que os rollups competem para entrar nesse espaço limitado para publicar seus lotes (batches). Isso dá origem a um mercado onde o preço de uma transação em uma L2 barata é condicionado diretamente pelo congestionamento de uma L1 cara. É um trade-off entre o compromisso com a segurança e o custo de garanti-la (publicação na L1) e o uso real.

O Fardo do Histórico: Expansão de Estado e Armazenamento

Uma das bolhas mais importantes — e igualmente esquecidas — é o chamado "inchaço de estado" (state bloat).

Uma blockchain consiste em uma cópia idêntica de cada transação que já ocorreu. Com mais pessoas usando a rede, esse histórico se expande. Mas não é apenas o histórico; é o “estado” — o saldo atual de cada conta e as posses de cada contrato inteligente. Um nó precisa ser capaz de verificar uma transação para saber qual é o estado atual. Ele precisa, de alguma forma, garantir que Alice de fato possui os 10 tokens que deseja enviar para Bob. Quanto maior o estado se torna, mais memória RAM e armazenamento SSD são necessários para acessá-lo rapidamente.

Se o estado for grande demais para caber em hardware de nível de consumidor, apenas grandes datacenters poderão arcar com a execução de nós. Isso prejudica a descentralização. Otimizar isso é incrivelmente difícil. Não se pode simplesmente podar dados antigos, porque isso depende de todo o histórico da rede desde o bloco Gênese. Desenvolvedores estão experimentando “clientes sem estado” e “expiração de estado”, registrando dados antigos e usando apenas provas disso em seu lugar. Mas estas são soluções criptográficas sofisticadas que levam anos para serem implementadas com segurança. Estamos sempre lutando contra o acúmulo excessivo de dados.

O consenso e sua sobrecarga por meio de mecanismos de consenso

No cerne de toda blockchain está um mecanismo de consenso — a forma como milhares de estranhos podem concordar coletivamente com uma única verdade. Independentemente de se falar em PoW ou PoS, o consenso sempre envolve algum nível de comunicação e computação. No PoW, a lentidão deve-se em grande parte à quantidade de energia e hardware necessários para proteger a rede. O desafio do ajuste de dificuldade é manter a geração de blocos em um ritmo que não seja nem muito rápido (segurança), nem muito lento (velocidade). Para o PoS, por ser energeticamente eficiente, o gargalo é expresso em termos de sobrecarga de comunicação.

Os validadores precisam trocar conjuntos de mensagens constantemente para atestar como os blocos devem ser considerados válidos. À medida que o número de validadores aumenta para expandir a descentralização, o mesmo ocorre com o número de mensagens (exponencialmente). Esse “ruído” (chatter) pode sobrecarregar a rede. É uma tarefa gigantesca otimizar o algoritmo de consenso para que ele escale confortavelmente para milhares de validadores sem reduzir a velocidade das transações a um ritmo extremamente lento. Ele utiliza matemática exótica e técnicas de “agregação de assinaturas” (semelhantes às assinaturas BLS) para condensar milhares de votos em um único e minúsculo dado. Além disso, a “finalidade” (finality) de uma transação — a garantia de que ela é irrevogável — também tende a ser probabilística.

Em muitas redes, é necessário aguardar um certo número de blocos para ter certeza. Esse atraso deve-se à convergência do consenso da rede. É um recurso de segurança, não um erro, mas pode parecer um gargalo para o usuário que espera pela confirmação. Além disso, o problema do “Nothing at Stake” dos primeiros designs de PoS exigiu mecanismos complicados de “slashing” para penalizar comportamentos inadequados, gerando, assim, lógica adicional para ser processada em cada bloco.

Outro gargalo oculto é a “diversidade de clientes”. Quando todos executam o mesmo cliente de software (por exemplo, o Geth), um único bug pode derrubar toda a rede. É importante incentivar a diversidade do ecossistema em relação aos clientes para proporcionar resiliência, mas isso adiciona muita sobrecarga de desenvolvimento.

A Taxa Oculta: MEV e Gargalos de Execução

A Máquina Virtual (VM): Este é o ambiente de execução para contratos inteligentes. A Ethereum Virtual Machine (EVM) é o padrão, mas não foi projetada inicialmente para operações paralelas de alto rendimento. Ela recebe transações uma de cada vez e as processa na ordem em que são recebidas. Se uma transação for realmente complicada e levar uma eternidade para ser computada, todos os outros terão que esperar na fila. Isso equivale a uma única fila de caixa em um supermercado. As blockchains contemporâneas estão tentando alcançar a “execução paralela”, na qual transações não conflitantes (por exemplo, Alice pagando Bob e Charlie pagando Dave) podem ser processadas simultaneamente por diferentes núcleos de CPU. Mas isso às vezes é mais fácil falar do que fazer. Identificar quais transações interferem entre si em tempo real é um problema desafiador de ciência da computação.

E, além da velocidade de execução, há o gargalo do MEV. Como a maioria das transações pode ser vista ao ser enviada para a mempool, bots avançados podem realizar front-run ou ataques de sanduíche (sandwich) em transações de usuários para lucrar. Isso é, na prática, uma taxa oculta para os usuários, resultando em taxas de câmbio piores e transações falhas. Isso está inundando a rede com spam de bots que lutam entre si. A solução de MEV é um dos problemas de gradiente na otimização de blockchain.

Abordagens como a “proposer-builder separation” (separação entre proponente e construtor) trabalham para fatorar o determinante implicitamente, mas isso continua sendo uma ineficiência contínua que resulta em uma experiência de usuário péssima.

O Mundo Fragmentado: Desafios de Interoperabilidade

Com a transição para o mundo multi-chain, surgiu um novo gargalo — a interoperabilidade. Construímos pequenas ilhas de valor. Transferir ativos da Ethereum para a Solana ou do Bitcoin para uma rede de Camada 2 exige “pontes” (bridges). Essas pontes são os pontos fracos do ecossistema, vulneráveis a hacks e explorações. O "wrapping" (embrulho) de tokens é uma camada adicional de complexidade e risco potencial. O gargalo, nesse sentido, é a ausência de um protocolo de comunicação universal. Cada blockchain fala uma língua diferente e possui um consenso distinto sobre tempo e finalidade (finality).

Construir uma ponte “trustless” (sem necessidade de confiança) — que não dependa de um custodiante centralizado — é matematicamente muito difícil. É necessário que uma das duas redes opere um “light client” (por exemplo, verificando cabeçalhos e provas). Isso também exige processamento intenso de dados e computação. Além do transtorno de mover liquidez entre redes, isso fragmenta o mercado e o torna ineficiente. Os usuários ficam presos em uma rede sem uma maneira fácil de recarregar Energia na rede TRON e mover seus ativos para onde está o melhor rendimento (yield), a menos que naveguem por uma teia de protocolos complicados e propensos a riscos. Além disso, a “composibilidade atômica” — a ideia de que posso transacionar com múltiplos protocolos de uma só vez em uma única transação — é perdida ao se mover entre redes. Não é possível obter um empréstimo instantâneo (flash loan) na Rede A para arbitrar algo estranho acontecendo na Rede B sem riscos e atrasos consideráveis.

O Toque Humano: Governança e Atualização

Finalmente, o gargalo mais frustrante de todos pode ser o humano: a governança. Blockchains são softwares, e softwares precisam ser atualizados. Mas, em uma rede descentralizada, como se decide quando e como a atualização acontece?

O agendamento de um “hard fork”, uma atualização que não é compatível com versões anteriores, envolve o acordo entre desenvolvedores, aqueles que operam nós na rede e mineradores/validadores, bem como o consenso geral da comunidade. Se houver discordância, a rede pode mudar de direção, como ocorreu com o Ethereum e a subsequente divisão da cadeia no que hoje são duas moedas: Ethereum e Ethereum Classic.

Esse desejo por um acordo social impede não apenas a mudança, mas também a inovação. Uma empresa de tecnologia baseada em plataforma pode implementar uma atualização em seus servidores em minutos. Se uma blockchain precisa seguir qualquer função f, mesmo para a mais mínima das funções, torna-se impossível para a rede adotar novas melhorias rapidamente. Essa “minimização da governança” é frequentemente o objetivo, mas, nos estágios iniciais, a governança ativa é essencial para resolver bugs e aprimorar o protocolo. O trade-off entre as dimensões de "mover-se rápido e quebrar coisas" vs. estabilidade e imutabilidade é sempre uma fonte de atrito. É o que pode transformar algumas das otimizações mais cruciais, como um aumento no tamanho do bloco ou até mesmo uma mudança no mecanismo de taxas, em campos de batalha politicamente carregados que atrasam o progresso por anos.

Conclusão

Os gargalos da blockchain — escalabilidade, disponibilidade de dados, inchaço do estado (state bloat), sobrecarga de consenso, velocidade de execução, MEV, interoperabilidade e governança — não são fronteiras arbitrárias. Eles são o subproduto de uma aspiração ambiciosa de construir um computador mundial seguro, descentralizado e que dispensa a necessidade de confiança (trustless). Cada otimização é um trade-off. Aumentar o tamanho do bloco prejudica a descentralização. O sharding torna a segurança um desafio muito mais difícil. A execução paralela gera riscos de inconsistência de estado.

Assim, foi incrível ver o progresso de nível de 2026 em rollups de Camada 2, amostragem e mistura de disponibilidade de dados, e snarks de conhecimento zero — para não falar de provas em geral — tornarem-se uma realidade aqui e agora, graças a pessoas que pensaram “fora da caixa” por alguns anos.

Mas, graças ao brilhantismo humano, continuamos a superar, lenta mas seguramente, essas limitações físicas e lógicas. No entanto, os usuários precisam entender que o “atrito” que sentem é o preço por operar em um sistema baseado nas leis da física e em um consenso rigoroso, em vez da confiança em uma autoridade central. Assim como você pode precisar de Energia na rede TRON para arcar com os custos de transação em uma rede distribuída, a indústria precisa de um suprimento contínuo de novas inovações para escalar esses sistemas para o mundo inteiro.

Para o caso de pessoas que lidam com as complexidades de obter recursos na rede TRON, elas podem usar algo como o Netts Energy Charge Bot. Os provedores ganham Energia para transferência e a alugam ($) para os usuários; ao transferir tethers no Charge_bot (Telegram), as taxas das transferências