A arquitetura descentralizada e distribuída da tecnologia Blockchain estabelece um sistema imune à corrupção, proporcionando maior segurança, transparência e imutabilidade. Isso você já sabe! Mas, você já parou para refletir sobre como um sistema sem uma autoridade central é administrado ou como as decisões são tomadas e as transações são verificadas?
Uma das promessas mais notáveis da tecnologia blockchain reside na criação de um sistema peer-to-peer sem confiança, no qual a comunidade colabora para confirmar a autenticidade das transações. No entanto, como isso ocorre na prática? A resposta é que diferentes blockchains empregam abordagens distintas, conhecidas como algoritmos de consenso.
Esses algoritmos, também chamados de protocolos de consenso, são conjuntos de regras que governam o funcionamento das redes. Se este tema lhe interessou, acompanhe este guia completo para entender o que são algoritmos de consenso blockchain, seus propósitos, como funcionam e as diferenças entre os dois tipos mais utilizados atualmente.
Como as Blockchains Operam
Blockchain é um sistema de registro de informações projetado para ser inviolável e inalterável. Também conhecido como Tecnologia de Ledger Distribuído (DLT), o blockchain utiliza a descentralização e hash criptográfico para construir um histórico seguro e transparente de ativos digitais.
Embora o funcionamento do blockchain envolva sistemas complexos, podemos simplificar usando a analogia do Google Docs. Em vez de copiar e transferir documentos, você pode compartilhá-los com uma equipe através do Google Docs.
O Google Docs emprega um sistema de distribuição descentralizado, permitindo que todos os membros da equipe acessem o documento simultaneamente. Todas as alterações realizadas no documento são registradas em tempo real e são transparentes, já que nenhum membro é impedido de acompanhar as mudanças.
Cada bloco na cadeia do blockchain contém diversas transações. Sempre que um usuário adiciona uma nova transação, o registro dessa transação é incluído em todas as cópias do livro-razão mantidas pelos participantes.
Analogamente, se um usuário modificar um bloco na cadeia, todos os computadores participantes serão imediatamente notificados da alteração. Uma tentativa de um hacker de comprometer o sistema exigiria a alteração de todos os blocos da cadeia em cada uma de suas versões distribuídas.
O Que é um Mecanismo de Consenso Blockchain?
Um mecanismo de consenso é um método pelo qual um grupo de pessoas, sem uma autoridade central, toma decisões e assegura o cumprimento de acordos. Um algoritmo de consenso blockchain, especificamente, é o processo pelo qual os usuários de uma rede blockchain alcançam um acordo ou consenso sobre o estado atual do blockchain.
O protocolo de consenso permite que a rede blockchain atinja confiabilidade e estabeleça confiança entre os diferentes nós, além de garantir a segurança dentro do livro-razão distribuído. Um algoritmo de consenso é uma parte fundamental de cada aplicativo blockchain ou projeto DApps dentro do ecossistema.
Os mecanismos de consenso do Blockchain geralmente desempenham três funções essenciais:
- Assegurar que o próximo bloco na cadeia seja a única versão correta da verdade.
- Impedir que invasores com intenções maliciosas acumulem 51% do poder de hash para manipular o sistema e bifurcar a cadeia com sucesso.
- Garantir a confiabilidade da rede, incluindo múltiplos nós, um fator crucial para manter a integridade da mesma. O ponto mais importante dos mecanismos de consenso é garantir que os usuários não gastem a mesma criptomoeda duas vezes (Gasto Duplo).
Outras empresas financeiras, como as de cartões de crédito e débito, não empregam mecanismos de consenso, pois elas controlam suas próprias redes, diferentemente das empresas de blockchain. Quando você usa seus cartões de crédito, o sistema envia as informações para um banco de dados centralizado. Os usuários de cartões de crédito confiam que as empresas protegem seus dados e garantem o bom funcionamento de seus pedidos durante as transações.
Como apenas a empresa de cartão de crédito controla sua rede, ela se reserva o direito de cancelar ou censurar qualquer transação. Além do poder de censura e da dificuldade em resolver disputas, a maioria dos bancos de dados centralizados é muito vulnerável a ataques de hackers e à corrupção.
Com o surgimento do blockchain e das criptomoedas, tornou-se possível realizar transações peer-to-peer que são confiáveis, imutáveis e rastreáveis dentro de uma rede descentralizada. Já que não existe uma autoridade central nessas redes para impor o cumprimento das regras, os diferentes algoritmos de consenso garantem que todos os participantes da rede concordem e sigam as normas estabelecidas.
Objetivos dos Mecanismos de Consenso Blockchain
A seguir, estão alguns dos objetivos principais dos mecanismos de consenso blockchain:
#1. Acordo Unificado
Um dos objetivos principais do mecanismo de consenso é alcançar um acordo unificado. Os protocolos integrados na rede distribuída blockchain garantem que todos os dados inseridos no processo sejam precisos e confiáveis, e que o estado do livro-razão se mantenha atualizado. Com isso, os usuários podem realizar transações sem precisar confiar em seus pares.
#2. Criação de um Incentivo Econômico Comum
Como o blockchain é um sistema sem confiança que se autorregula, os interesses de todos os participantes devem ser alinhados. Nesse contexto, um algoritmo de consenso blockchain recompensa aqueles que seguem as regras e penaliza os maus atores, regulando os incentivos econômicos.
#3. Justiça e Equidade
Os protocolos de consenso garantem que todos os usuários interessados possam participar da rede utilizando os mesmos princípios básicos. Isso justifica a descentralização e a natureza de código aberto do sistema blockchain.
#4. Eliminação de Falhas
O mecanismo de consenso também visa garantir que o blockchain seja consistente, confiável e livre de falhas. Isso significa que o sistema deve operar de forma autônoma, mesmo diante de falhas e ameaças.
Tipos de Algoritmos de Consenso Blockchain: Prova de Trabalho vs. Prova de Participação
O ecossistema blockchain conta com inúmeros algoritmos de consenso, e muitos outros ainda estão em desenvolvimento. Portanto, todo usuário ou empreendedor deve estar familiarizado com as características dos diferentes mecanismos e saber identificar os que são menos eficientes. Após aprender o básico sobre algoritmos de consenso blockchain, é hora de explorar os pontos fortes e fracos dos dois métodos mais populares.
Prova de Trabalho (PoW) e Prova de Participação (PoS) são os métodos de consenso mais utilizados em blockchains. Ambos regulam o processo de verificação de transações ponto a ponto e sua adição ao livro-razão público distribuído, sem a necessidade de uma autoridade central. Compreender as diferenças entre PoW e PoS pode auxiliar na avaliação de criptomoedas em sua carteira.
O Que é Prova de Trabalho (PoW)?
O método de consenso Prova de Trabalho (PoW) foi introduzido no início dos anos 90 para combater o spam de e-mail. A ideia era que um computador precisasse realizar uma pequena quantidade de trabalho antes de enviar um e-mail. Embora esse trabalho fosse simples para quem envia um ou dois e-mails legítimos, exigia grandes quantidades de recursos e poder computacional para quem desejasse enviar e-mails em massa. Satoshi Nakamoto, criador do Bitcoin, foi o primeiro a aplicar essa tecnologia ao dinheiro digital no white paper do Bitcoin.
a. Ordem do Blockchain
Como você já sabe, um blockchain é composto por uma sequência de blocos que representam grupos de transações alinhadas cronologicamente. O primeiro bloco em um blockchain baseado em prova de trabalho é codificado no software e é chamado de bloco 0 ou bloco Gênesis. Enquanto o primeiro bloco não faz referência a nenhum bloco anterior, todos os outros blocos que entram no blockchain devem referenciar os blocos anteriores. Cada bloco carrega uma cópia atualizada do livro-razão.
b. Consumo de Energia
O algoritmo de prova de trabalho utiliza uma competição para determinar qual dos participantes (mineradores de criptomoedas) tem o direito de ajustar o registro. Os mineradores precisam utilizar poder computacional para se qualificar para propor blocos válidos, de acordo com as regras da rede.
Computadores que executam o software Bitcoin, conhecidos como nós, validam as transações, impedem o gasto duplo e determinam se um bloco proposto deve ser adicionado à cadeia. Os mineradores de Bitcoin competem entre si para ter a chance de criar um novo bloco, resolvendo problemas matemáticos complexos por meio de um processo chamado hash. Esses problemas matemáticos são difíceis de resolver, mas a rede pode verificar facilmente a solução correta.
c. Participação
O método de consenso PoW combina poder computacional com criptografia para construir consenso e validar transações registradas no blockchain. Os mineradores que participam do processo de hash precisam gerar a resposta correta para o problema matemático para poder adicionar um novo bloco à cadeia.
Os mineradores participantes tentam adivinhar uma sequência de números pseudoaleatórios que, quando combinados com as informações do bloco e processados por uma função hash, resultem em uma solução que corresponda às condições definidas pelo algoritmo.
Uma vez que a resposta é obtida, o sistema transmite o hash vencedor para a rede, para que outros mineradores possam verificar sua validade. Se o hash for validado, o bloco é adicionado ao blockchain, e o minerador bem-sucedido recebe uma compensação pela recompensa do bloco.
d. Distribuição de Recompensas
A pessoa que minera um bloco aceito como válido na rede recebe uma recompensa em bloco, geralmente uma nova criptomoeda. Para criptomoedas como o Bitcoin, o blockchain reduz sistematicamente o valor da recompensa do bloco após a criação de um certo número de blocos, com o objetivo de manter a quantidade total de fundos finita e deflacionária.
O Que é Prova de Participação (PoS)?
O método de consenso Prova de Participação (PoS) surgiu em 2012 como um aperfeiçoamento do PoW. Em vez de depender da competição entre computadores para encontrar o hash correto, o protocolo de consenso PoS busca permitir a participação através da posse da criptomoeda específica. O principal objetivo era resolver o alto consumo de energia do PoW ao determinar a ordem do blockchain.
O algoritmo PoS utiliza um conjunto predeterminado de fatores para selecionar pseudoaleatoriamente um nó entre os detentores de moedas para propor o próximo bloco ao blockchain. O nó escolhido deve verificar a validade das transações dentro de um bloco, assiná-lo e propô-lo ao blockchain para validação.
a. Ordem do Blockchain
Assim como no mecanismo PoW, o método de consenso PoS também segue uma sequência de blocos alinhados cronologicamente. O primeiro bloco em um blockchain baseado em PoS também é codificado no software como bloco Gênesis. Todos os blocos seguintes devem referenciar o bloco anterior e incluir uma cópia completa do livro-razão atualizado. No entanto, diferentemente do PoW, os nós participantes não competem para serem selecionados para adicionar blocos. Como resultado, novos blocos são geralmente cunhados ou forjados, em vez de extraídos.
b. Consumo de Energia
As blockchains baseadas em PoS são conhecidas por utilizarem um sistema de baixo consumo energético para determinar quem pode propor novos blocos. Isso dispensa a necessidade de alto consumo de energia e poder computacional. Os defensores do mecanismo de consenso PoS o consideram uma opção ecologicamente correta, onde um nó individual é responsável por criar novos blocos, em vez de competir com outros.
Como a mineração PoW e a cunhagem PoS requerem consumo de energia, os nós de mineração e cunhagem são incentivados a utilizar a forma mais barata possível de eletricidade, que geralmente vem de recursos renováveis, como energia hidrelétrica, eólica ou solar, em vez de fontes emissoras de gases do efeito estufa, como o carvão.
Enquanto os mineradores PoS precisam apenas de uma conexão ativa com a internet, que exige um baixo consumo de energia, os mineradores PoW precisam adquirir hardware especializado (GPUs), equipamentos de mineração e outros dispositivos caros para ter a chance de produzir um bloco.
c. Participação
Para participar do método de consenso PoS e ter a chance de ser selecionado para adicionar blocos à cadeia, o usuário precisa apostar ou bloquear uma quantia específica de tokens da blockchain em um contrato inteligente específico. A chance de ser selecionado para participar é determinada pela quantidade de criptomoeda que você apostou.
Usuários que agirem de forma maliciosa ou violarem as regras podem perder sua participação como punição. O algoritmo PoS emprega outros fatores para evitar favorecer apenas os nós mais ricos, incluindo a aleatoriedade pura ou o número de vezes que um nó apostou moedas.
d. Distribuição de Recompensas
Assim como no mecanismo de consenso PoW, os usuários que propõem com sucesso um bloco válido são recompensados com uma recompensa de bloco, que se refere à criptomoeda do blockchain. No entanto, como a posse da moeda determina a seleção, algumas exchanges de criptomoedas oferecem serviços de staking, em que os usuários podem apostar suas moedas em nome de outros em troca de pagamentos regulares.
PoW vs. PoS: Qual é o Futuro?
Nosso veredicto sobre os algoritmos de consenso blockchain de prova de trabalho versus prova de participação é que ambos funcionam de maneiras distintas, com o mesmo propósito. No entanto, como a prova de participação ainda é relativamente nova no mercado, pode ser injusto avaliar qual é o vencedor absoluto.
O PoW tem sido o mecanismo de consenso padrão na maioria dos blockchains originais, como o Bitcoin e o Ethereum. No entanto, o Ethereum está adotando um novo protocolo PoS, numa tentativa de demonstrar o potencial do método de consenso emergente.
O mecanismo de consenso PoW resistiu ao teste do tempo e provou ser uma forma de proteger um blockchain. No entanto, impactou negativamente a escalabilidade da rede, afetando as transações. Atualmente, as pessoas raramente têm a oportunidade de minerar, já que grandes organizações de mineração centralizadas com imenso poder computacional assumiram o controle, tornando os custos associados insustentáveis.
O algoritmo PoS, por outro lado, é mais eficiente em termos de energia, e as redes que o utilizam desfrutam de maior escalabilidade e transações mais eficientes. No entanto, o mecanismo oferece menos segurança para as criptomoedas apostadas pelos participantes.
Conclusão
O PoS surgiu para corrigir as falhas inerentes ao mecanismo PoW e, principalmente, para promover a eficiência energética. No entanto, é possível que ambos os algoritmos de consenso do blockchain coexistam num futuro próximo, considerando que o Bitcoin permanece fiel ao PoW, enquanto o Ethereum se inclina para o PoS.
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