Mecanismos de Consenso em Criptomoeda: Para que Servem?

Mecanismos de Consenso em Criptomoeda: Para que Servem?

Os mecanismos de consenso representam um fator chave na mineração, manutenção e segurança dos blockchain. Vamos entender melhor o que são e para que servem.

mecanismos de consenso
mecanismos de consenso

Qual o Papel dos Mecanismos de Consenso?

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

E porque as blockchains onde as criptomoedas são executadas são uma rede descentralizada, ou seja, não dependem da validação de uma entidade central, é preciso haver uma fórmula de consenso descentralizada.

Estes mecanismos, que mais não são do que complexos algoritmos, são o coração de qualquer blockchain moderna, funcional e fiável.

As tentativas de criar dinheiro virtual nos anos 80 e 90 acabaram por quase sempre falhar na forma em como as blockchain se mantinham autossustentáveis de forma descentralizada.

Esta grande dificuldade foi finalmente vencida em 2008 com a criação do software que permitiu o nascimento do Bitcoin.

Quando o pseudónimo Satoshi Nakamoto criou a primeira criptomoeda (o Bitcoin), de modo a que ela não fosse dependente de terceiros e que se mantivesse decentralizada, ele criou um mecanismo de consenso chamado Proof of Work, que iremos abordar abaixo.

Atualmente, os mecanismos de consenso que existem têm de ser, entre outros:

  • eficientes
  • justos
  • operar em tempo-real
  • funcionais
  • confiáveis
  • seguros
  • tolerantes a falhas
  • descentralizados
  • autossuficientes
  • autorregulados

É uma data de coisas, não é? Por isso é que foi um problema muito complicado de solucionar.

Que Tipos de Mecanismos de Consenso Existem?

Existem muitos e diferentes tipos de algoritmos de consenso, cada um dos quais funciona com princípios diferentes. Vamos aqui rever alguns dos mais importantes.

Proof of Work (PoW):

Este foi o primeiro de todos, lançado com o Bitcoin. Ainda é o mais conhecido e continua a ser o utilizado nas maiores moedas tal como Bitcoin ou Ethereum (mas isto poderá alterar num futuro próximo).

Neste sistema, os “mineiros” competem entre si para resolver puzzles de matemática avançada baseados em criptografia, de modo a que o novo bloco a ser adicionado à rede seja confirmado e legítimo.

Os “mineiros” são nós que realizam o cálculo dos PoW, e o novo bloco vai ter sempre o hash do anterior bloco. Para se conseguir alterar o histórico, seria preciso alterar todos os blocos existentes.

PoW btc
mecanismos de consenso: PoW btc

Quando se trata de blockchains que utilizam o PoW, um ataque 51% explica que o atacante possa ganhar o controlo de mais de 51% dos hash. Se conseguir fazê-lo, o atacante é capaz de manipular os dados nessa blockchain.

Mas conseguir ter o controlo de mais de 51% numa rede estabelecida e com milhares de nodes é praticamente impossível, sem falar da imensurável quantidade de energia para tal.

Este modelo é alvo de muitas críticas devido ao seu grande impacto ambiental, uma vez que requer uma quantidade extrema de poder informático.

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

Outra das maiores críticas ao sistema PoW é a sua fraca performance, pois ele consegue processar poucas operações ao mesmo tempo.

A título de exemplo, a rede Bitcoin processa apenas cerca de 7 transações por segundo. Para ter uma noção, a rede da VISA consegue processar cerca de 1,700 por segundo.

Atualmente o Ethereum ainda corre num formato Proof of Work, mas existem planos em marcha para alterar para o sistema de Proof of Stake (PoS) que iremos abordar abaixo. Esta alteração está planeada para 2022.

Proof of Stake (PoS):

O Proof of Stake é o mecanismo das moedas de última geração que estão a ganhar imensa cota de mercado. São os casos de Cardano (ADA), Polygon (MATIC), Polkadot (DOT), Algorand (ALGO), entre outras.

Tem vindo a ser visto como a alternativa ao PoW por ter um custo mais baixo nas transações, consumir muito menos energia e ter uma performance muito superior.

A forma em como algoritmo de consenso funciona é diferente do PoW. Aqui não existe a mineração, nem existe uma recompensa por minerar.

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

O algoritmo seleciona os participantes que têm a maior quantia de moedas staked (reservadas) como validadores, assumindo que os maiores interessados são incentivados a assegurar o processamento de uma transação.

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

Para ter a possibilidade de validar transações na rede, o usuário terá de colocar suas moedas numa carteira (ou área especifica dentro dela). Esta carteira ‘congela’ as moedas, o que significa que elas não podem ser mexidas enquanto elas estão a ser usadas para apoiar a rede.

Não tenha receio que haverá a possibilidade de as retirar, caso precise.

PoS
mecanismos de consenso: PoS

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

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

Qualquer pessoa que possua Cardano pode fazer stake e tornar-se um nó validador. Quando o Cardano precisa de verificar blocos, o seu protocolo Ouroboros seleciona um validador. O validador verifica o bloco, adiciona-o, e recebe mais Cardano pelo seu trabalho.

No entanto, se um validador propuser acrescentar um bloco com informações incorretas ou maliciosas, vai perder todo o seu valor em stake, como penalização.

Tenha em atenção que dentro do formato PoS, os protocolos que escolhem os validadores podem variar muito.

É por isso que a maioria dos participantes se junta às piscinas de staking. O proprietário de uma piscina de staking (staking pool) cria o nó validador, e um grupo de pessoas junta as suas moedas para uma melhor possibilidade de ganhar novos blocos.

As recompensas são divididas entre os participantes da piscina, de acordo com ao montante de moedas que reservou. O proprietário da piscina de staking também pode ganhar uma pequena taxa.

Isto é uma forma de ter rendimento passivo chamado de staking e descrito ao detalhe neste artigo.

Sendo estes, os dois mecanismos de consenso mais comuns na atualidade, existe uma forte discussão entre ambos, com seus pros e contras, então vamos colocar ambos no quadro abaixo.

Pow Vs PoS

Proof-of-Work (PoW) Proof-of-Stake (PoS)
A mineração é determinada por quanto trabalho computacional é feito pelo mineiro.A probabilidade de validar um novo bloco é determinada pela quantia de moedas possuídas (em staking)
Uma recompensa é atribuída ao primeiro mineiro que soluciona o exigente problema criptográfico de cada blocoNão é dada uma recompensa por minerar, mas sim uma taxa da rede
A rede de mineiros compete entre si usando equipamento informático extremoCusto de energia imensamente mais baixo, embora ainda haja algumas reticências por serem relativamente recentes
Users mal-intencionados precisam de ter o poder computacional superior a 51% da restante rede, para reverter todo o histórico da redeUsers mal-intencionados precisam de ter 51% de toda a moeda em stake na rede para fazer um ataque 51%
Os dois mecanismos de consenso mais usuais atualmente num frente a frente: PoW e PoS

Delegated Proof-of-Stake (DPoS):

Delegated Proof of Stake é uma variação (alguns chamam de evolução) do PoS acima explicado.

Aqui, os utilizadores da rede votam e elegem os delegados para validar o próximo bloco. Os delegados são também chamados testemunhas (witnesses). Utilizando o DPoS, pode votar nos delegados reunindo as suas moedas numa staking pool, que está ligada a determinado delegado. Não transfere fisicamente as suas moedas para outra carteira, mas utiliza um prestador de serviços para isso.

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

Os delegados eleitos recebem as taxas de transação do bloco validado, e essa recompensa é então partilhada com os utilizadores que reservaram suas moedas na staking pool do delegado bem-sucedido. Quanto mais se apostar, maior será a parte da recompensa do bloco que receber.

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

Também é considerado uma forma mais democrática de escolher quem valida o próximo bloco, mas, devido a isto, é parcialmente centralizada, que é uma desvantagem.  

Algumas das moedas que utilizam este algoritmo são o EOS ou a BitShares.

Proof-of-History (PoH):

Proof-of-History, até à data é utilizado em apenas uma moeda: Solana (SOL). Mas visto que não é uma moeda qualquer, e sendo a Solana uma blochcain à escala global e com um potencial tremendo, este é um dos mecanismos de consenso que também vai ser abordado.

Com este mecanismo, em vez de confiar no carimbo da hora da transação, vai-se provar que a transação ocorreu antes e depois de um evento.

A PoH é uma Função de Atraso verificável de alta frequência. Uma Função de Atraso Verificável requer um número específico de passos sequenciais para avaliar, mas produz um resultado único que pode ser eficiente e publicamente verificado.

PoH Solana
mecanismos de consenso: PoH Solana

Este protocolo difere do padrão atual da infra-estrutura das blockchains que temos falado, 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, a PoH representa um avanço fundamental na estrutura das redes no que diz respeito à velocidade e capacidade.

Proof of Capacity (PoC):

Aqui, os mineiros utilizam o armazenamento informático em vez do método de mineração do Proof of Work (PoW) mais comum, que envolve operações computacionais permanentes e que consomem muita mais energia.

Tal como outros, este formato emergiu com o foco em combater o absurdo consumo energético do sistema PoW.

O protocolo PoC envolve um processo em duas etapas que envolve primeiro o loteamento e depois a exploração mineira.

O PoC permite que os dispositivos de mineração, também conhecidos como nós, na rede, utilizem o espaço vazio no seu disco rígido para extrair as moedas criptográficas disponíveis.

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

Quanto maior for o disco rígido, mais valores de solução possíveis podem ser armazenados no disco rígido, mais hipóteses um mineiro tem de igualar o valor de hash necessário da sua lista, resultando em mais hipóteses de ganhar a recompensa da exploração mineira.

Qualquer disco poderá ser utilizado, inclusive sistemas baseados em Android.

Não há necessidade de hardware dedicado (e habitualmente caro) nem de estar a melhorar/aumentar seus discos constantemente, pois a data utilizada pode ser facilmente apagada para voltar a utilizar.

Não existe uma grande adoção deste método, até à data. Algumas das moedas que o utilizam são a Chia, o Burst e o Storj.

Mecanismos de Consenso: Conclusão

No núcleo de qualquer blockchain está um destes mecanismos de consenso.

Os algoritmos de consenso permitem aos participantes da rede chegar a acordo sobre o conteúdo de uma cadeia de blockchain de uma forma distribuída e sem ter de confiar numa entidade terciária ou centralizada.

Uma blockchain depende imenso destes mecanismos de consenso para se manter saudável, confiável, segura, rápida e eficiente a nível de energia.

blockchain mecanismos de consenso
blockchain mecanismos de consenso
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Não pense que cobrimos todos, 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, convém relembrar que toda esta tecnologia é ainda ‘verde’ e ainda veremos muitas melhorias e atualizações nos próximos anos.

Podemos vir a ter mecanismos de consenso que ainda nem foram criados e vão dominar as criptomoedas do futuro.

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