Avaliando Gargalos de Desempenho em Blockchains Permissionadas

Blockchains permissionados são livros-razão digitais que oferecem informações compartilhadas em uma rede, permitindo que apenas usuários específicos participem. Eles são frequentemente usados em várias aplicações de negócios, buscando combinar os benefícios da descentralização com as necessidades de desempenho das empresas. No entanto, apesar das vantagens, esses blockchains ainda têm dificuldade em igualar a velocidade dos sistemas centralizados tradicionais.

#Desafios de Desempenho

A principal preocupação de muitas organizações é a menor capacidade de processamento que os blockchains permissionados oferecem em comparação com os sistemas centralizados estabelecidos. A capacidade de processamento se refere ao número de Transações que um sistema pode processar em um determinado tempo. Pesquisadores têm estudado vários blockchains permissionados para identificar suas limitações e encontrar formas de melhorar seu desempenho. Infelizmente, esses estudos têm sido espalhados e inconsistentes, tornando difícil para outros aplicarem suas descobertas.

#Necessidade de uma Abordagem Unificada

Para lidar com essas questões, é necessário um método mais padronizado para identificar gargalos de desempenho em blockchains permissionados. Muitos dos estudos existentes requerem conhecimento especializado sobre blockchains específicos e muitas vezes não se alinham entre si. O que é necessário é uma abordagem mais simples e visual que possa ser aplicada a vários blockchains permissionados, facilitando o trabalho de pesquisadores e desenvolvedores.

#Analisando Blockchains Populares

Para demonstrar esse método, uma análise completa de dois blockchains permissionados populares foi realizada: Hyperledger Fabric e Quorum. Ao observar como esses sistemas funcionam, podemos entender melhor os recursos que eles usam e identificar os gargalos de desempenho.

#Visão Geral do Hyperledger Fabric

Hyperledger Fabric é um dos principais blockchains permissionados no mercado. Ele tem uma arquitetura única que oferece várias oportunidades para melhorar o desempenho. Uma de suas principais características é a capacidade de simular transações antes de serem executadas, conhecida como a abordagem execute-order-validate. Isso permite que os nós executem transações sem alterar imediatamente o livro-razão, ajudando a evitar conflitos.

No Fabric, os nós estão organizados em diferentes grupos chamados organizações. Os nós podem assumir diferentes papéis, como manter o livro-razão (nós pares) ou criar novos blocos (ordenadores). Essa estrutura ajuda a equilibrar a carga de trabalho entre os nós, mas também introduz potenciais pontos de congestionamento.

#Identificação de Gargalos no Fabric

Para descobrir onde o Fabric pode ter problemas de desempenho, foram realizados experimentos. Durante esses testes, a taxa de solicitações, que é com que frequência as transações são enviadas para a rede, foi aumentada gradualmente. Ao observar como diferentes nós responderam, problemas-chave foram identificados.

A análise revelou que o uso da CPU dos nós pares era um dos fatores mais críticos que afetavam a capacidade de processamento. À medida que a taxa de solicitações aumentava, houve um ponto notável onde a utilização da CPU se estabilizou. Isso sugere que o sistema não conseguia mais lidar com solicitações adicionais de forma eficiente.

#Padrões de Utilização de Recursos

Ao examinar o uso da CPU em vários nós, foi descoberto que nem todos os pares estavam compartilhando a carga de trabalho igualmente. Alguns nós estavam trabalhando muito mais do que outros, contribuindo para uma distribuição desigual de recursos. Esse desequilíbrio poderia levar a atrasos, já que nem todas as partes da rede estavam funcionando de forma ideal.

A análise também investigou o tráfego da rede, que é como os dados fluem dentro e fora dos nós. Para os nós pares, o uso da rede parecia correlacionar-se com a taxa de solicitações. No entanto, alguns pares estavam enviando mais dados que outros, indicando que alguns nós estavam atuando como líderes, sobrecarregando suas capacidades.

#Visão Geral do Quorum

Quorum, outro blockchain permissionado significativo, é construído sobre uma versão modificada do Ethereum. Ele tem um processo mais simples, onde as transações são ordenadas e depois executadas. O Quorum também suporta diferentes maneiras de alcançar Consenso entre os nós, o que significa que pode operar sob várias regras dependendo do caso de uso.

#Identificação de Gargalos no Quorum

Para o Quorum, um processo de teste semelhante foi adotado. Ao aumentar a taxa de solicitações, os pesquisadores puderam observar como diferentes recursos eram utilizados à medida que as transações fluíam pela rede.

Os resultados indicaram que, embora o uso de CPU e da rede aumentasse com a taxa de solicitações, também houve quedas notáveis de desempenho em certos pontos. Especificamente, restrições sobre quantas transações um cliente poderia enviar de uma vez foram descobertas como uma barreira para o desempenho ideal. Essa limitação levou a um aumento nas transações rejeitadas à medida que os clientes atingiam seus limites.

#Importância da Gestão de Transações

No Quorum, as transações são classificadas em tipos executáveis e não executáveis. Transações não executáveis precisam esperar que transações anteriores sejam cumpridas antes de serem processadas. À medida que a taxa de solicitações aumentava, os clientes começaram a atingir limites de capacidade, causando a rejeição de muitas transações. Esse problema contribuiu significativamente para a queda geral no desempenho.

#Conclusões e Recomendações

Por meio dessas análises, fica claro que tanto o Hyperledger Fabric quanto o Quorum enfrentam desafios que podem prejudicar seu desempenho. No Fabric, o principal gargalo está na fase de validação, especialmente em como as transações são verificadas e confirmadas. Para o Quorum, os limites impostos nas submissões de transações pelos clientes criam problemas significativos à medida que as taxas de solicitações aumentam.

Pesquisas futuras devem se concentrar em otimizar esses gargalos identificados. Usar ferramentas mais especializadas para monitoramento e análise pode ajudar a identificar as áreas específicas que precisam de melhorias. No geral, uma compreensão mais robusta dos fatores que afetam a capacidade de processamento em blockchains permissionados capacitará as organizações a tomar decisões informadas sobre suas estratégias de livro-razão digital.

#Considerações Finais

O desempenho dos blockchains permissionados continua sendo uma área de pesquisa e desenvolvimento ativa. À medida que as empresas buscam aproveitar essa tecnologia para várias aplicações, entender onde esses sistemas se destacam e onde têm dificuldades é crucial. Ao adotar uma abordagem mais padronizada para analisar o desempenho e focar em gargalos identificados, os profissionais podem estabelecer as bases para soluções de blockchain mais efetivas e eficientes no futuro.