Mecanismos de consenso em criptomoedas: o que são?

Mecanismos de consenso são um conceito central absoluto em mineração, manutenção e segurança do blockchain. Vamos ver quais são eles e sua missão.

mecanismos de consenso
mecanismos de consenso

Qual é o papel dos Mecanismos de Consenso?

Os mecanismos de consenso existem porque são vitais para manter o acordo, a confiança e a segurança de qualquer rede de computadores descentralizada.

E como as blockchains onde as criptomoedas são executadas são uma rede descentralizada – elas não dependem da validação de uma entidade central – é preciso haver uma fórmula de consenso descentralizada.

Esses mecanismos, que nada mais são do que algoritmos complexos, são o coração de qualquer sistema moderno, funcional e confiável. blockchain.

As tentativas de criar dinheiro virtual nas décadas de 1980 e 1990 quase sempre acabaram falhando porque uma solução para manter o blockchain autossustentável de forma descentralizada nunca foi alcançada.

Essa grande dificuldade foi finalmente superada em 2008 com a criação do software que possibilitou o nascimento do Bitcoin.

Quando o pseudônimo Satoshi Nakamoto criou a primeira criptomoeda (o Bitcoin) para que não dependesse de terceiros e permanecesse descentralizada, ele criou um mecanismo de consenso chamado Proof of Work, que discutiremos a seguir.

Atualmente, os mecanismos de consenso existentes devem ser, entre outros:

  • eficiente
  • feira
  • capaz de operar em tempo real
  • funcional
  • confiável
  • seguro
  • tolerante a falhas
  • Descentralizada
  • auto-suficiente
  • auto-regulável

São muitas coisas, não é? Por isso era um problema muito complicado de resolver.

Quais mecanismos de consenso existem?

Existem vários e diferentes tipos de algoritmos de consenso, cada um deles funciona em princípios diferentes. Aqui vamos rever alguns dos mais importantes.

Prova de Trabalho (PoW):

Este foi o primeiro de todos, lançado com Bitcoin. Ainda é o mais conhecido e ainda é o usado nas principais moedas, como Bitcoin ou Ethereum (mas isso pode mudar em um futuro próximo).

Nesse sistema, os “mineradores” competem entre si para resolver quebra-cabeças matemáticos avançados baseados em criptografia para que o novo bloco que está sendo adicionado à rede seja confirmado e legítimo.

Os “mineradores” são nós que realizam o cálculo do PoW, e o novo bloco sempre terá o hash do bloco anterior. Para poder alterar o histórico da cadeia, você precisaria alterar todos os blocos existentes.

PoW btc
PoW btc

Quando se trata de blockchains que usam PoW, um ataque de 51% explica que o invasor pode obter o controle de mais de 51% do hash. Se puder fazer isso, o invasor poderá manipular os dados nesse blockchain.

Mas conseguir o controle de mais de 51% em uma rede estabelecida com milhares de nós é praticamente impossível, sem falar na quantidade imensurável de energia para isso.

Este modelo é alvo de muitas críticas devido ao seu impacto ambiental, pois requer uma quantidade extrema de poder computacional.

O processo de mineração do Bitcoin consome cerca de 91 terawatts-hora de eletricidade anualmente, o que é quase o mesmo que vários países do mundo, como a Áustria com quase 9 milhões de habitantes.

Outra grande crítica ao sistema PoW é seu baixo desempenho, pois pode processar poucas operações ao mesmo tempo.

Como exemplo, a rede Bitcoin processa apenas cerca de 7 transações por segundo. Para se ter uma ideia, a rede da VISA consegue processar cerca de 1,700 por segundo.

Atualmente, o Ethereum ainda é executado no formato Proof of Work, mas há planos em andamento para mudar para o sistema Proof of Stake (PoS), que abordaremos abaixo. Essa mudança está prevista para 2022.

Prova de aposta (PoS):

Proof of Stake é o mecanismo para as moedas de última geração que estão ganhando imensa participação de mercado. São os casos de Cardano (ADA), Polygon (MATIC), Polkadot (DOT), Algorand (ALGO), entre outros.

Ele passou a ser visto como a alternativa ao PoW por ter um custo menor nas transações, consumir muito menos energia e ter um desempenho muito melhor.

A maneira como o algoritmo de consenso funciona é diferente do PoW. Aqui não há mineração, nem há recompensa pela mineração.

Se, no Bitcoin, houver a recompensa para o primeiro que verificar/adicionar um novo bloco, aqui no PoS, quem contribuir (chamado de forger ou minter) ganha uma taxa de transferência.

O algoritmo seleciona os participantes que têm a maior quantidade de moedas apostadas (reservadas) como validadores, assumindo que os maiores stakeholders são incentivados a garantir que uma transação seja processada.

A ideia é que aqueles com mais moedas em circulação tenham mais a perder, então estão posicionados para trabalhar no interesse da rede.

Para ter a capacidade de validar transações na rede, o usuário terá que colocar suas moedas em uma carteira (ou área específica dentro dela). Esta carteira 'congela' as moedas, o que significa que elas não podem ser movidas enquanto estão sendo usadas para suportar a rede.

Não tenha medo de que haja a possibilidade de retirá-los/usá-los caso seja necessário.

PoS
PoS

Como você já deve ter entendido, neste exemplo você precisa ter as moedas para participar da manutenção e validação da rede. Aqui é necessário um investimento inicial em moedas.

Vamos dar um exemplo, usou uma das moedas mais midiatizadas dos últimos meses: Cardano (ADA).

Qualquer pessoa que possua Cardano pode apostar e se tornar um nó validador. Quando Cardano precisa verificar blocos, seu protocolo Ouroboros seleciona um validador. O validador verifica o bloco, adiciona-o e obtém mais Cardano para seu trabalho.

No entanto, se um validador se propõe a adicionar um bloco com informações incorretas ou maliciosas, ele perderá todo o seu valor de stake como penalidade.

Observe que dentro do formato PoS, os protocolos que os validadores escolhem podem variar muito.

É por isso que a maioria dos participantes se junta a staking pools. O proprietário de um staking pool cria o nó validador e um grupo de pessoas agrupa suas moedas para uma melhor chance de ganhar novos blocos.

As recompensas são divididas entre os participantes do pool de acordo com a quantidade de moedas que você reservou. O proprietário do staking pool também pode ganhar uma pequena taxa.

Esta é uma forma de renda passiva chamada tutoramento e descrito em detalhes no artigo.

Sendo estes, os dois mecanismos de consenso mais comuns atualmente, há uma forte discussão entre ambos, com seus prós e contras, então vamos colocar os dois na tabela abaixo.

Prova de Trabalho (PoW)Prova de estaca (PoS)
A mineração é determinada por quanto trabalho computacional é feito pelo mineradorA probabilidade de validar um novo bloco é determinada pela quantidade de moedas possuídas (em staking)
Uma recompensa é concedida ao primeiro minerador que resolver o exigente problema criptográfico de cada blocoVocê não recebe uma recompensa pela mineração, mas uma taxa da rede
A rede de mineradores compete entre si usando computadores extremos e poder de energiaCusto de energia imensamente menor, embora ainda haja algumas dúvidas porque são relativamente novos
Os usuários mal-intencionados precisam ter o controle de mais de 51% do poder de hashing para reverter todo o histórico da redeUsuários maliciosos precisam ter 51% de toda a moeda em jogo na rede para fazer um ataque de 51%
Pow vs PoS são os 2 mecanismos de consenso mais usados

 Prova de Participação Delegada (DPoS):

A Prova de Participação Delegada é uma variação (alguns chamam de evolução) do PoS explicado acima.

Aqui, os usuários da rede votam e elegem delegados para validar o próximo bloco. Os delegados também são chamados de testemunhas. Usando o DPoS, você pode votar em delegados coletando suas moedas em um staking pool, que está conectado a um delegado específico. Você não transfere fisicamente suas moedas para outra carteira, mas usa um provedor de serviços para isso.

Para cada novo bloco é escolhido um número limitado de delegados (a maioria dos protocolos escolhe entre 20 e 100), de modo que os delegados de um bloco podem não ser os delegados do próximo bloco.

Os delegados eleitos recebem as taxas de transação do bloco validado e essa recompensa é então compartilhada com os usuários que reservaram suas moedas no staking pool do delegado bem-sucedido. Quanto mais apostado, maior a parte da recompensa do bloco que é recebida.

Sendo uma evolução direta do PoS, também permite transações mais baratas, maior escalabilidade e excelente eficiência energética.

Também é considerada uma forma mais democrática de escolha de quem valida o próximo bloco, mas por isso é parcialmente centralizada, o que é uma desvantagem. 

Algumas das moedas que usam esse algoritmo são EOS ou BitShares.

Prova de História (PoH):

A Prova de História, até hoje é usada em apenas uma moeda: Solana (SOL). Mas como não é uma moeda qualquer, e Solana é um blochcain de escala global com enorme potencial, este é um dos mecanismos de consenso que também serão abordados.

Com esse mecanismo, em vez de confiar no carimbo de data e hora da transação, você provará que a transação ocorreu antes e depois de um evento.

PoH é uma função de atraso verificável de alta frequência. Uma função de atraso verificável requer um número específico de etapas sequenciais para avaliar, mas produz um resultado único que pode ser verificado de forma eficiente e pública.

PoH Solana
PoH Solana

Esse protocolo difere do padrão atual de infraestrutura de blockchains sobre o qual falamos, pois não depende de uma produção sequencial de blocos que são atrasados ​​pela espera de confirmação em toda a rede antes de avançar.

Para alguns especialistas, o PoH representa um avanço fundamental na estrutura das redes no que diz respeito à velocidade e capacidade.

Prova de Capacidade (PoC):

Aqui, os mineradores usam armazenamento de computador em vez do método de mineração Proof of Work (PoW), mais comum, que envolve operações computacionais permanentes e consome muito mais energia.

Assim como outros, esse formato surgiu com foco no combate ao absurdo consumo de energia do sistema PoW.

O protocolo PoC é composto por um processo de duas etapas que envolve primeiro a alocação e depois a mineração.

O PoC permite que dispositivos de mineração, também conhecidos como nós, na rede, usem o espaço vazio em seus discos rígidos para minerar as criptomoedas disponíveis.

Em vez de alterar repetidamente os números no cabeçalho do bloco e repetir o hash para o valor da solução como em um sistema PoW, o PoC funciona armazenando uma lista de possíveis soluções no disco rígido do dispositivo de mineração, mesmo antes do início da atividade de mineração.

Quanto maior o disco rígido, mais valores de solução possíveis podem ser armazenados no disco rígido, mais chances um minerador tem de corresponder ao valor de hash necessário de sua lista, resultando em mais chances de ganhar a recompensa de mineração.

Qualquer disco pode ser usado, incluindo sistemas baseados em Android.

Não há necessidade de hardware dedicado (e geralmente caro) ou de atualizar seus discos constantemente, pois os dados usados ​​podem ser facilmente apagados para serem usados ​​novamente.

Não há uma grande adoção desse método, até o momento. Algumas das moedas que o utilizam são Chia, Burst e Storj.

Mecanismos de Consenso: Conclusão

No centro de qualquer blockchain está um desses mecanismos de consenso.

Os algoritmos de consenso permitem que os participantes da rede concordem com o conteúdo de uma blockchain de maneira distribuída e sem precisar depender de uma entidade terciária ou centralizada.

mecanismos de consenso de blockchain
mecanismos de consenso blockchain - Desenhado por Freepik

Não pense que cobrimos todos eles, pois existem algumas dezenas e suas variações, mas certamente cobrimos os principais mecanismos de consenso atuais.

Embora os protocolos Proof of Work e Proof of Stake sejam os que dominam atualmente, vale lembrar que toda essa tecnologia ainda é 'verde' e ainda veremos muitas melhorias e atualizações.

Podemos ter mecanismos de consenso que ainda nem foram criados e dominarão as criptomoedas do futuro.

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