Uma proposta de poda colaborativa com armazenamento off-chain para redes blockchain permissionadas

Abstract

O crescimento contínuo do ledger constitui um desafio de escalabilidade de armazenamento em redes blockchain, pois a replicação integral do histórico aumenta progressivamente o espaço exigido dos participantes. Esse problema é especialmente relevante em redes permissionadas, nas quais organizações identificadas compartilham os custos de operação sem necessariamente receber incentivos financeiros diretos para manter cópias completas dos dados. Esta dissertação propõe e avalia uma arquitetura de poda colaborativa para reduzir o armazenamento local dos nós sem eliminar a verificabilidade, a rastreabilidade e a possibilidade de reconstrução do dataset removido. A proposta busca mitigar os problemas de escalabilidade ao promover economia de espaço e maior flexibilidade no tratamento dos registros, permitindo que os próprios participantes da rede definam estratégias de acordo com suas limitações de infraestrutura. São exploradas políticas de poda com prova de posse, que possibilitam a remoção controlada de dados antigos, ao mesmo tempo em que asseguram a recuperabilidade das informações quando necessário. Dessa forma, pretende-se equilibrar a preservação da integridade e a necessidade prática de otimização do espaço ocupado. Um protótipo foi implementado sobre o Hyperledger Fabric e avaliado em ambiente experimental controlado. Os experimentos abrangeram a formação do grupo de poda, a fragmentação e a reconstrução dos dados, a remoção física e a auditoria dos fragmentos. O trabalho também apresenta uma análise qualitativa de segurança, contemplando modelos de ameaça, vetores de ataque e riscos residuais. No cenário com aproximadamente 1 GB de dados, a poda física liberou 92,29% do armazenamento local considerado, enquanto o ganho líquido estimado permaneceu em 55,77% após contabilizar o fragmento mantido pela própria organização. Todas as reconstruções realizadas com k fragmentos válidos foram bem-sucedidas, e a transferência dos fragmentos externos representou a maior parte do tempo da recuperação, identificando o armazenamento e a comunicação off-chain como o principal gargalo. No experimento de auditoria com perda simulada de 10% dos chunks, a falha foi detectada em 98% das execuções quando 5% dos chunks foram desafiados e em todas as execuções quando a proporção desafiada foi de pelo menos 10%. Os resultados indicam que os mecanismos podem ser integrados em um fluxo funcional e que a abordagem reduz significativamente o armazenamento local no ambiente avaliado. Entretanto, por ter sido executada em infraestrutura controlada e com componentes experimentais, a avaliação demonstra viabilidade técnica, mas não caracteriza o desempenho ou a segurança de uma implantação em produção.

Abstract: The continuous growth of the ledger constitutes a storage scalability challenge in blockchain networks, since full replication of the history progressively increases the amount of space required from participants. This problem is especially relevant in permissioned networks, in which identified organizations share operating costs without necessarily receiving direct financial incentives to maintain complete copies of the data. This dissertation proposes and evaluates a collaborative pruning architecture to reduce the local storage required by nodes without eliminating verifiability, traceability, and the possibility of reconstructing the removed dataset. The proposal seeks to mitigate scalability problems by promoting storage savings and greater flexibility in handling records, allowing network participants themselves to define strategies according to their infrastructure limitations. Pruning policies with proof of possession are explored, enabling the controlled removal of old data while ensuring information recoverability when necessary. In this way, the aim is to balance the preservation of integrity and the practical need to optimize the occupied space. A prototype was implemented on Hyperledger Fabric and evaluated in a controlled experimental environment. The experiments covered the formation of the pruning group, data fragmentation and reconstruction, physical removal, and fragment auditing. The work also presents a qualitative security analysis encompassing threat models, attack vectors, and residual risks. In the scenario with approximately 1 GB of data, physical pruning freed 92.29% of the local storage considered, while the estimated net gain remained at 55.77% after accounting for the fragment retained by the organization itself. All reconstructions performed with k valid fragments were successful, and the transfer of external fragments accounted for most of the recovery time, identifying off-chain storage and communication as the main bottleneck. In the auditing experiment with a simulated loss of 10% of the chunks, the failure was detected in 98% of the runs when 5% of the chunks were challenged and in all runs when the challenged proportion was at least 10%. The results indicate that the mechanisms can be integrated into a functional workflow and that the approach significantly reduces local storage in the evaluated environment. However, because the evaluation was conducted on controlled infrastructure and with experimental components, it demonstrates technical feasibility but does not characterize the performance or security of a production deployment.