Neste post, vamos comparar o TON com alguns dos projetos de blockchain mais proeminentes.
Usaremos a estrutura de classificação de projetos de blockchain descrita nas Seções 2.8 e 2.9 do whitepaper do TON.
Os projetos de blockchain são classificados com base nos seguintes critérios, conforme detalhado na Seção 2.8 do whitepaper do TON:
O tipo e as regras das blockchains membros: homogêneas, heterogêneas ou híbridas
A presença de uma cadeia principal
Suporte nativo para sharding, tanto estático quanto dinâmico
Interoperabilidade entre blockchains: acoplamento frouxo / acoplamento rígido
Adicionalmente, uma classificação simplificada dos projetos de blockchain é apresentada na Seção 2.8.15 do whitepaper do TON, com uma tabela resumindo as propriedades básicas dos projetos de blockchain mais populares na Seção 2.9.
O Solana é um projeto incomum na década de 2020. Trata-se de um projeto de blockchain único otimizado para a execução muito rápida de transações especializadas. Nesse aspecto, ele se assemelha ao EOS (desenvolvido entre 2016 e 2018) e ao seu predecessor, o BitShares (desenvolvido entre 2013 e 2014), mas utiliza uma variante do PBFT chamada Tower Consensus, em vez do dPOS. O Solana afirma gerar um bloco por segundo ou até mais rápido; no entanto, isso tem um custo, pois o próximo bloco é gerado antes que o anterior seja concluído, o que pode resultar na criação de forks temporários. Quando os validadores estão distribuídos por várias localizações ao redor do mundo, completar um bloco na vida real exige múltiplas rodadas (o PBFT otimista é essencialmente um protocolo de compromisso em três fases), então o melhor cenário ainda leva alguns segundos. A documentação oficial sugere que um bloco é geralmente finalizado após 16 rodadas de votação, sendo que cada uma delas deve levar cerca de 400 milissegundos, ou seja, um tempo de conclusão de 6,4 segundos.
Pode-se dizer que, enquanto o Tower Consensus é oficialmente uma variante do PBFT, ele tem um desempenho melhor que o protocolo de consenso dPOS, que oferece tempos de geração de blocos mais curtos, mas com tempos de finalização de blocos mais longos.
Outra característica interessante do Solana é sua otimização para executar transações muito simples e predefinidas, que não alteram os dados da conta, embora os saldos possam mudar. Isso permite uma execução massiva e validação de transações em paralelo. Nesse sentido, o Solana é semelhante ao BitShares, o precursor do EOS, que usava dPOS (com tempos curtos de geração de blocos e longos tempos de finalização) e era otimizado para executar transações simples e predefinidas em grande escala. Além disso, o design do Solana é tal que, em comparação com o tempo necessário para gerar essas transações, validar sua ordem correta em GPUs de alto desempenho pode ser até 1.000 vezes mais rápido.
Por fim, o Solana afirma ser capaz de executar até 700.000 transações simples por segundo, assumindo que essas transações não alterem o estado da conta e não exijam muitos dados, e que todos os dados de todas as contas caibam na RAM. Isso é consistente com as promessas feitas pelo BitShares há alguns anos. A principal diferença é que, ao contrário do BitShares, o Solana oferece suporte para tipos de transações que não foram predefinidos no software da blockchain. Para isso, ele usa uma variante da máquina virtual Berkeley Packet Filter, e seus programas pré-compilados podem ser carregados na blockchain Solana e referenciados nas transações. Embora o Solana seja formalmente Turing-completo, as métricas de desempenho geralmente referenciadas se aplicam apenas a transações simples e predefinidas, e apenas em casos em que todos os dados da conta cabem na RAM, então a comparação com o BitShares ainda é relevante.
Em resumo, o Solana é uma "alternativa de projeto de blockchain de terceira geração" na terminologia da Seção 2.8.15 do whitepaper do TON, lembrando o BitShares, o predecessor do EOS, mas com mais otimizações. É formalmente Turing-completo, mas só consegue executar um grande número de transações simples de tipos predefinidos ou um número menor de transações gerais. Ele afirma gerar um bloco por segundo, em média, e, após futuras atualizações de hardware, executar 700.000 transações simples por segundo (embora os números reais pareçam mais próximos de 65.000). O Solana é um projeto especializado em blockchain único e não escalável, e sem um redesenho completo, não pode suportar ou oferecer sharding ou workchains diferentes (referimos a Seção 2.8.16 do whitepaper do TON para explicar por que tal redesenho é muito difícil). Nesse sentido, ele se diferencia do TON, que suporta o despliegue instantâneo de qualquer contrato inteligente complexo e oferece maiores níveis de segurança devido aos tempos de transação e finalização de blocos mais curtos de seu mecanismo de consenso, além do sharding dinâmico. À medida que a carga aumenta, o TON expande automaticamente a blockchain para um número crescente de cadeias de shard, proporcionando uma escalabilidade impossível para qualquer arquitetura de blockchain único, como o Solana.
Naturalmente, os predecessores do Solana—outros projetos de blockchain único ou de multi-blockchain com acoplamento frouxo, como o EOS—não tinham suporte a sharding. Em seus estágios iniciais, pareciam promissores, mas se mostraram de vida curta, pois esses conceitos inevitavelmente atingiram limitações que impactaram negativamente sua escalabilidade e estabilidade em estágios posteriores. Os primeiros sinais do colapso da blockchain Solana, em setembro de 2021, indicaram que um aumento repentino nas transações "causou estouro de memória", e a blockchain realmente estagnou por 17 horas, fazendo com que muitos validadores caíssem, diminuindo a velocidade da rede e eventualmente a paralisando. Isso levanta questões sobre o desempenho futuro do Solana em transações reais, em vez de transações muito simples e projetadas, que envolvem apenas algumas contas diferentes e são executadas em ambientes de teste muito específicos, com centenas de servidores de validadores poderosos localizados em um ou vários data centers. Nesse aspecto, o TON parece mais robusto.
O Solana apresenta um caso interessante, representando uma abordagem de engenharia antiga que leva as limitações inerentes ao seu extremo. Isso nos lembra de histórias semelhantes na história da tecnologia, que vamos conectar nesta discussão.
Uma dessas histórias é a locomotiva a vapor britânica LNER A4 4468 Mallard, que quebrou o recorde mundial de velocidade com 203 km/h em 1938. Durante os serviços regulares de passageiros, a locomotiva não alcançava essas velocidades médias, correndo a cerca de 150 km/h. No entanto, naquela época, ela detinha o recorde mundial para todos os tipos de locomotivas – a vapor, a diesel e elétricas. Apesar desse feito, marcou um beco sem saída tecnológico. Mais tarde, todos os trens de alta velocidade, como o Shinkansen do Japão, o TGV da França e o ICE da Alemanha, passaram a usar trens elétricos multi-unidade. A inovação crucial aqui foi o conceito de distribuir a energia por várias unidades, com cada vagão contendo um ou mais motores. Isso permitiu que os motores elétricos escalassem mais facilmente, enquanto a tecnologia a vapor não conseguia alcançar tal flexibilidade.
Um segundo exemplo envolve os processadores Pentium 4 da Intel no início dos anos 2000. A Intel prometeu levar a velocidade de clock desses processadores a 10 GHz, alegando um desempenho sem precedentes. No entanto, na prática, o Pentium 4 muitas vezes era mais lento do que seu predecessor, o Pentium 3, apesar de ter uma frequência de clock mais alta. Após atingir o limite de 4 GHz, a Intel reavaliou sua abordagem, mudando para uma arquitetura multi-core, com menores velocidades de clock, mas mais núcleos por processador. Esse método multi-core se mostrou muito mais escalável e durável, e hoje podemos comprar processadores com até 64 núcleos. Essa mudança é semelhante à evolução dos trens de unidade única para sistemas multi-unidade, onde o objetivo de tornar um núcleo mais rápido se mostrou menos viável do que distribuir a carga por vários núcleos.
Um terceiro paralelo pode ser traçado a partir do mundo dos supercomputadores, particularmente as máquinas Cray que foram populares nas décadas de 1970 e 1980. Essas máquinas foram eventualmente substituídas por clusters de milhares de CPUs comerciais (geralmente versões de servidores dos chips da Intel e da AMD). Hoje, os 100 supercomputadores mais poderosos são todos baseados nesses clusters de CPUs comerciais, confirmando ainda mais o triunfo dos sistemas multi-unidade em relação às unidades únicas altamente otimizadas.
Quando comparamos o Solana com a super locomotiva a vapor, vemos uma tecnologia que otimiza um paradigma antigo até seus limites, mas que, no final, permanece não escalável e sem futuro. Podemos admirar a engenhosidade por trás dessas maravilhas tecnológicas, mas elas ainda são, em última análise, um beco sem saída no grande escopo da evolução tecnológica.
A comparação entre o TON e o Ethereum 2.0 é complexa, especialmente porque o desenvolvimento e a implementação do Ethereum 2.0 ainda estavam incompletos em 2022. Vamos ver o que sabemos até agora.
A transição para o Ethereum 2.0 ocorrerá em várias etapas. Primeiramente, será implantada uma nova Beacon Chain, que funciona de maneira semelhante à cadeia principal descrita no whitepaper original do TON. Essa Beacon Chain utilizará um algoritmo de consenso PoS chamado Casper. O objetivo principal é registrar o estado de até 64 shard chains (cadeias auxiliares de blockchain) por meio do hash do último bloco. O que é incomum no algoritmo PoS proposto é a participação de um grande número de validadores (pelo menos 16.384), cada um fazendo staking de uma pequena quantidade de ETH (32 ETH por validador). Esses validadores são, na verdade, nós regulares da rede Ethereum, mas precisam fazer staking de 32 ETH. Apesar dos problemas comuns da rede Ethereum relacionados à propagação de blocos e pools de memória, esses nós não precisam de comunicação específica entre si. Nesse sentido, o Ethereum 2.0 parece ser relativamente “democrático” (a maioria dos outros projetos PoS são bem mais “oligárquicos”, com um número reduzido de validadores criando blocos a qualquer momento). Porém, essa abordagem tem um custo: o tempo de confirmação de blocos tanto na Beacon Chain quanto nas 64 shard chains parece ser de cerca de 10 a 15 minutos, ou seja, será necessário aguardar esse tempo para garantir que sua transação esteja concluída.
A segunda fase da transição envolve a fusão da blockchain atual do Ethereum 1.0 (PoW) com uma das shard chains, efetivamente transformando o Ethereum em uma blockchain PoS.
A fase final adicionará 63 shard chains adicionais, totalizando 64 shard chains, incluindo a cadeia original do Ethereum 1.0 e a Beacon Chain.
Neste momento, ainda não está claro qual será exatamente o propósito das 63 novas shard chains, ou como elas interagirão entre si. Sem essa informação, uma comparação completa entre sistemas multi-blockchain ainda está incompleta. No entanto, parece que o Ethereum 2.0 evita interações entre as shard chains. Se mensagens forem passadas entre as shard chains, levará de 10 a 15 minutos para que um bloco seja finalizado na shard chain de origem antes de ser processado em outra. Além disso, essas shard chains adicionais não executarão contratos inteligentes da EVM, embora haja indícios de que isso possa mudar no futuro. Em vez disso, essas shard chains servirão principalmente como armazenamento distribuído de dados, funcionando mais como soluções de camada 2, como a Lightning Network do Bitcoin.
Portanto, o Ethereum 2.0 evita a complexidade das interações entre shard chains e mantém as capacidades de contrato inteligente limitadas a sidechains separadas, armazenando o estado final nas shards do Ethereum. Nesse sentido, o Ethereum 2.0 afirma que pode escalar de seus atuais 15 transações por segundo para dezenas de milhares de transações por segundo. No entanto, essa afirmação pode ser um pouco enganosa, já que essas “transações” são bem diferentes das transações típicas de blockchain e podem se referir mais a operações especializadas com um número limitado de participantes, que só se tornam visíveis depois de concluídas.
Se aceitarmos que o Ethereum 2.0 pode lidar com dezenas de milhares de “transações” (transações de sidechain e canais de pagamento), podemos compará-lo ao TON, que teoricamente poderia lidar com bilhões de tais “transações” por segundo, dada a sua arquitetura.
Em resumo, o Ethereum 2.0 evita os problemas complexos das interações entre shard chains que são inerentes ao design original do Ethereum. Opta por expandir a blockchain do Ethereum 1.0 com 63 shards adicionais que servem principalmente para armazenar dados de sidechains e canais de pagamento. Embora a abordagem do Ethereum 2.0 seja pragmática, ela parece um pouco decepcionante, especialmente para um projeto que foi o primeiro a introduzir contratos inteligentes completos. Em sua forma atual, o objetivo do Ethereum 2.0 não é atingir a velocidade e versatilidade que o TON já conquistou.
A blockchain do TON foi idealizada e descrita em 2017, e seu whitepaper explicou por que as escolhas de design feitas eram essenciais para criar uma blockchain verdadeiramente escalável, capaz de lidar com milhões de transações por segundo, sem mudar fundamentalmente a lógica e as interações dos contratos inteligentes. Por isso, o TON foi escolhido como o único projeto de blockchain de “quinta geração” da época.
Desde então, novos projetos de blockchain surgiram, com a expectativa de que superassem as limitações dos projetos mais antigos discutidos no whitepaper do TON e, potencialmente, introduzissem novos métodos para o desenvolvimento de blockchains. No entanto, vimos o ressurgimento de designs de blockchain baseados em ideias que já estavam desatualizadas em 2017, como o Solana. Lançado em 2019, o Solana é um "projeto de blockchain de terceira geração" que apresenta uma alternativa à abordagem do TON, mas enfrenta problemas de escalabilidade semelhantes aos de projetos mais antigos como BitShares e EOS. Se a história servir de guia, o Solana pode se ver em uma situação parecida em 2028, enfrentando as mesmas limitações. Além disso, adicionar sharding ao Solana para superar seus problemas de escalabilidade provavelmente não será viável.
Outra solução de blockchain decepcionante é o Ethereum 2.0, que parece minar a conquista original do Ethereum de contratos inteligentes completos (Turing-complete), sugerindo que, afinal, eles não são tão úteis. Em contraste, o Ethereum 2.0 ilustra um princípio geral relacionado ao Solana: a menos que as questões relacionadas às interações entre shard chains sejam resolvidas, soluções de escalabilidade como o sharding não funcionarão em sistemas de blockchain projetados sem essas considerações em mente.
Até 2022, a blockchain do TON continua sendo um dos poucos projetos de blockchain verdadeiramente escaláveis, capaz de lidar com milhões de transações por segundo e, potencialmente, dezenas de milhões, com mudanças internas mínimas. Desde o seu início, o TON permaneceu na vanguarda da tecnologia de blockchain.
Nos cinco anos desde seu lançamento, redes de testes de alto desempenho e mainnets baseadas na tecnologia do TON validaram ainda mais a eficiência da abordagem arquitetural delineada no whitepaper original.
