Existe atualmente um Trilema quando se fala de blockchain.

1. Escalabilidade
2. Segurança
3. Descentralização.

Até hoje nenhuma blockchain consegue atender esses 3 pilares no layer 0.
Esses de fato sao os 3 maiores problemas, a maioria das redes que são escaláveis (solana é o maior exemplo) não são descentralizadas e muitas delas não são seguras.

A rede que mais conseguiu chegar perto de resolver isso é a do bitcoin, onde a Segurança e a Descentralização são os pontos fortes, porém em layer 0 a rede tem um throughput muito baixo. A rede do bitcoin só processa 7tx por segundo, enquanto a mastercard faz 5000tx por segundo.

Mas existem soluções em layer 1 que tentam resolver esse ponto, no caso do bitcoin a rede bitcoin lightning que foi feita pra ser uma camada em cima da blockchain do bitcoin aumenta e muito essa escala.

A blockchain é a consolidação de várias ideias e projetos que foi compilada por Satoshi Nakamoto (pseudônimo) no paper que pode ser lido aqui: Bitcoin: Um Sistema de Dinheiro Eletrônico Peer-to-Peer

Antes de continuar a leitura da resposta é muito importante que você ao menos leia o paper para entender como a Blockchain do Bitcoin funciona.

Qual problema e como a blockchain resolve?

problema dos generais bizantinos

Para entender o problema dos Generais Bizantinos imagine que fosse possível enviar dinheiro a partir de uma conta de e-mail. Em uma transação o ator A enviará x para o ator B em uma mensagem de e-mail da seguinte maneira “ tenho 1 moeda e estou enviando uma moeda para B”. O ator B recebe esta mensagem e agora tem uma moeda. Porém qual garantia o ator B tem de que aquela moeda pertencente ao ator A não foi enviada anteriormente para outro ator (C)? E que garantias o ator C teria caso B quisesse pagar com esta mesma moeda? Sem umaterceira parte confiável que controlasse o saldo de cada ator certamente seria impossível ter confiança neste sistema.

Solução de Nakamoto

Como disse na introdução, a solução do Satoshi Nakamoto foi inspirada em dezenas de ideias que já circulavam pelos foruns nas antigas. Algoritmos como hashcat, criptografia e até mesmo tentativas de criar uma moeda ou sistema como foi o caso do DigiCash e B Money.
A solução consistiria em três pontos principais (elencados por mim):

• blockchain - Imagine o problema anteriormente exemplificado. Suponha que os integrantes daquele grupo de emails decidissem que iriam enviar os emails com uma planilha contendo todas as transações a cada nova transação para tosos os membros. Então o usuário que vai fazer uma nova transação adiciona ela na planilha e manda para os outros membros que terão como conferir todas as transações e podem validar se o usuário realmente tem as moedas que diz ter( novamente, recomendo o papaer =D)
• Assinaturas Digitais - Agora, imagine que essa rede de transações por email cresceu muito e começa a movimentar muito dinheiro. Existe o risco de um email ser "clonado" e alguem simular uma transação que na verdade é falsa. Para isso, surge a necessidade de alguem autenticar essa ação. No sistema bancário esse agente é o banco, mas nosso sistema de email não tem banco por isso cada um dos participantes agora tem uma chave privada que é somente dele, e com ela esse usuário irá assinar seu email transacional e enviar a chave privada para que todos possam validar.
• Mineração - com o tempo, mais e mais pessoas estão usando nosso sistema de emails transacionais. Agora são milhares de transações por dia e ninguem mais tem saco de ficar olhando e validando cada uma das planilhas que recebe. Além disso, começam a existir forks dessas planilhas que apesar de validas, acabam gerando duplicidades. Com isso, os membros decidem criar um incentivo para outros membros que validam as transações. Eles gastam o tempo deles verificando cada uma delas, se as assinaturas são consistentes e assim que é validada, essa planilha é compartilhada com todos os membros validadores. Assim, os membros mandam suas transações agora para os validadores. O membro que validar primeiro, recebe uma taxa pelo seu trabalho e então compartilha sua versão de planilha para todos os outros validadores que irão conferir se ele não "roubou" e partir para a proxima validação.

É assim que funciona a blockchain do bitcoin. Ninguem precisa conhecer diretamente o dono do email. Basta o endereço de email. Ninguem precisa confiar num agente central, todos podem conferir e o concenso confirma que é tudo valido, mas também por meio da criptografia.

E quais são os problemas da blockchain

Bom, no exemplo que dei ali em cima, já deu pra perceber que um dos maiores problemas desse sistema é a latência. Como diz o Fábio Akita: é um trade-off entre segurança e desempenho. Um banco, por ser o agente central e ter a autoridade de validar as transações de todo mundo pode fazer isso em milésimos de segundo, Mas em um sistema onde qualquer pessoa pode participar da rede seja para validar transações, seja para transacionar, se faz necessário aplicação de determinadas camadas de segurança que fazem o processo ser lento. Um minerador pode estar no brasil, ou qualquer lugar que a internet chegue e ele precisa ser capaz de receber um bloco, validar todas as transações de origem e destino e dar um ok para outros blocos. Arbitrariamente, foi decidido por satoshi nakamoto que esse processo levaria 10 minutos e todo sistema foi desenhado para seguir (na maioria das vezes) essa regra de tempo. Talvez se fosse hoje, isso pudesse ser diferente, mas ainda assim, nunca seria uma transação de segundos. Não daria pra comprar o cafezinho na padoca.

E quais alternativas?

No caso do bitcoin, as alternativas giram em torno de ideias como a lightnetwork e sidechains que seriam responsaveis por essas transações de valores baixos. A escalabilidade estaria na mão de implementações externas da blockchain sem comprometer seu core, deixando ele sempre o mais simples quanto possível.