Um blockchain é um descentralizado rede ponto a ponto que armazena dados somente de acréscimo (adicione ao final dos) e verifica a integridade dessas informações na rede. A validação coletiva da precisão desses dados (alcançando consenso) é um dos recursos que definem uma blockchain.
A ideia de uma blockchain remonta a pelo menos os anos 1990. A teoria básica era copiar dados em uma rede de computadores usando um tipo de consenso algoritmo concordar com os dados a serem adicionados. Em seguida, use criptografia encadeamento para tornar o banco de dados praticamente imutável.
Para obter mais informações sobre blockchains e hashing, confira nosso artigo Blockchain. Abaixo, no entanto, focaremos especificamente as várias maneiras pelas quais diferentes tipos de blockchains chegam a um consenso sobre os dados adicionados às suas sequências (cadeias) de dados (blocos) através destes tópicos:
As principais diferenças nos vários mecanismos de consenso de blockchain concentram-se em como o direito de adicionar dados ao blockchain é distribuído entre os participantes da rede e em como esses dados são validados pela rede como uma conta precisa das transações.
O conjunto de processos computacionais que resolvem esses problemas é chamado algoritmo de consenso, que, como mencionado, é o mecanismo responsável por atualizar com segurança o estado dos dados em uma determinada rede blockchain.
Cada nó (computador) na rede verifica e processa independentemente cada transação e, portanto, deve ter acesso ao estado atual do banco de dados, à modificação solicitada por uma determinada transação e a uma assinatura digital que comprova a origem e a precisão da transação. A questão, então, é como todos os nós chegam a um consenso (acordo) sobre os dados. O maior problema que as blockchains pretendem resolver é chamado de "Problema dos generais bizantinos".
Esse problema, que existe há mais tempo do que o próprio blockchain, é basicamente o seguinte: Como você mantém uma rede de entidades focadas no mesmo objetivo em alinhamento com base puramente nas mensagens passadas entre elas, sem que as informações sejam corrompidas por um malware ator dentro da rede? Por exemplo, se alguém está tentando enviar criptomoeda através de uma rede, como você pode ter certeza de que os detalhes da transação não foram violados e alterados por um nó malicioso na rede?
É aqui que entra um mecanismo de consenso para garantir que a rede permaneça sincronizada e que os dados permaneçam inalterados. A seguir, são apresentadas algumas das soluções que diferentes grupos apresentaram para alcançar esse resultado.
Atualmente, a prova de trabalho é o mecanismo de consenso mais popular para blockchains. A 'prova de trabalho' que o nome descreve é o processo pelo qual a rede blockchain prova que um mineiro nó de rede (nós de rede que agrupam transações em blocos e as validam) executou o trabalho necessário para criar um bloco válido (grupo de transações). Embora seja difícil para nós gerar um bloco válido (é preciso muito poder de processamento do computador), é muito fácil para a rede verificar se um bloco é válido.
Tudo isso é feito através do que é chamado de função hash, que cria uma impressão digital digital exclusiva para um determinado dado. Como os hashes são muito sensíveis à mudança, e mesmo uma pequena modificação resultará em uma saída de hash completamente diferente, os hashes podem ser usados para validar e proteger blocos.
Para que um bloco seja confirmado como válido, os mineradores devem criar dois hashes: um hash de todas as transações no bloco e um hash que prove que gastaram a energia necessária para gerar o bloco, resolvendo um quebra-cabeça criptográfico especial com um pré- definir nível de dificuldade. Especificamente, o quebra-cabeça é encontrar um número que, quando combinado com os dados nas transações e passado pelo algoritmo de hash, gera um número dentro de um intervalo especificado definido pelo programa da criptomoeda.
A dificuldade de resolver o quebra-cabeça é ajustada automaticamente nos sistemas PoW para criar um período de tempo consistente para os blocos de transações serem adicionados ao blockchain e liberar taxas de rede e recompensas de criptomoeda recém-criadas para os mineradores.
Um hash é um função unidirecional. Não pode ser revertido. Dessa forma, pode-se confirmar que cada bloco exigiu trabalho para gerá-lo. Cada bloco também contém o hash do bloco anterior, portanto, uma vez que todos os blocos são combinados na blockchain, torna praticamente impossível modificá-los, pois isso exigiria refazer todo o trabalho feito para gerar cada bloco na blockchain.
Em resumo, um mineiro cria um bloco de transações válidas e, em seguida, executa o algoritmo PoW para encontrar um hash válido, correndo contra todos os outros mineiros para resolver o quebra-cabeça primeiro. Quando um bloco válido é gerado por meio de tal ação, o bloco é adicionado ao blockchain e o minerador recebe taxas de rede, bem como a criptomoeda recém-criada.
Existem diferentes algoritmos de hash usados para mecanismos de consenso de PoW, sendo os mais comuns SHA-256 (por exemplo: Bitcoin) e Scrypt (por exemplo, Litecoin). Outros incluem SHA-3, CryptoNight, Blake-256, Quark, script-jane e sistemas híbridos que usam mais de uma função de hash.
Embora o PoW seja teoricamente quase impossível de hackear, uma vez que usa recursos no mundo físico para proteger a rede, também é daí que vem uma de suas maiores críticas: o recurso usado é a eletricidade, e grande parte dela.
De fato, revista científica Vice-placa-mãe, relata que 1.6 residências nos EUA podem ser alimentadas por um dia pela eletricidade usada por uma única transação de Bitcoin. Até 2020, o Bitcoin poderá consumir tanta eletricidade quanto todo o país da Dinamarca. E isso é apenas uma criptomoeda (embora a mais popular).
Do ponto de vista da eficiência e do meio ambiente, isso não é o ideal e seria muito difícil dimensionar para o uso convencional. Para piorar a situação, os custos de energia e eletricidade necessários para manter a competitividade na mineração aumentaram drasticamente ao longo do tempo. Isso produziu uma centralização significativa nas redes de mineração, pois apenas as maiores e mais poderosas organizações podem realmente competir.
Agora, algumas grandes empresas e pools de mineração dominam as cadeias de blocos mais populares, o que é completamente contrário ao princípio de descentralização das cadeias de blocos.
Além da ética questionável desse problema, a centralização também leva a um possível problema de segurança chamado ataque de 51%. É quando um minerador, provavelmente um pool ou um grande conglomerado, controla 51% do poder de computação de uma rede blockchain. Se isso acontecesse, eles poderiam interromper toda a rede invalidando transações reais ou validando suas próprias transações fraudulentas para "dobrar os fundos" (usando os mesmos fundos mais de uma vez).
Felizmente, esses problemas com o PoW não estão isentos de possíveis soluções.
O PoS é baseado no pressuposto de que quando os nós da rede são partes interessadas (ou seja, quando possuem a moeda do blockchain fornecido), eles terão um incentivo para permanecer honestos e benignos nos nós da rede operacional.
O PoS funciona por mineradores bloqueando algumas de suas próprias criptomoedas, para que não possam ser usados em contas 'apostadas' especiais. Os nós que apostaram tokens podem então verificar blocos de transações, assim como nos sistemas PoW, mas os cálculos criptográficos necessários para verificar os blocos são muito mais simples (e, portanto, requerem muito menos energia do computador). Em vez de usar quebra-cabeças complicados que dão vantagens a computadores mais poderosos, como no PoW, os sistemas PoS são estruturados de modo que os nós com mais moedas criptografadas tenham maior chance de resolver o quebra-cabeça criptográfico.
Dessa forma, embora o PoS seja mais eficiente que o PoW, ele não resolve completamente o problema da centralização do poder de mineração, pois, logicamente, o risco é que a moeda usada por esses sistemas ainda se concentre em cada vez menos mãos.
Um dos outros problemas-chave do PoS é o problema 'nada em jogo', em que os mineradores podem não ter nada a perder votando em vários históricos de blockchain no caso de um fork (um blockchain dividido em dois). No caso de um garfo, a estratégia mais lucrativa para um minerador é explorar cada cadeia, ganhando recompensas, independentemente de qual garfo seja reconhecido pela rede.
Em teoria, isso poderia levar a um consenso nunca alcançado pela rede ou a dobrar os gastos em que um invasor pode enviar uma transação, iniciar uma bifurcação do blockchain a partir de um bloco atrás da transação e enviar o dinheiro para si mesmos, em vez de para onde foi enviado antes. Isso é mais possível em um sistema PoS do que em PoW, pois o custo do trabalho em várias cadeias é muito menor.
Um problema que o PoS ajuda a mitigar, no entanto, é o problema de 51%. Mesmo que um mineiro possuísse 51% de uma criptomoeda, não seria do seu interesse atacar um sistema no qual eles possuíam a maioria da participação. Obviamente, isso não leva em consideração atores mal-intencionados e bem financiados que podem simplesmente querer derrubar uma rede blockchain a qualquer custo.
Alguns exemplos de cadeias de blocos usando esse mecanismo de consenso são NEO, Stellar e Cardano.
Com o PoS clássico, é improvável que os mineradores com balanças pequenas explorem um bloco, da mesma forma que os mineradores de PoW com pouca energia do computador provavelmente não explorarão um bloco. Isso não apenas pode ser visto como menos justo, como também pode levar a uma rede menos segura, pois se os pequenos mineradores fossem incentivados melhor, a rede teria mais nós e, portanto, seria mais segura.
O LPoS incentiva nós menos poderosos, permitindo que eles aluguem seus saldos de criptomoeda para "nós de estaca" que possuem mais tokens de estaca e, consequentemente, são mais propensos a extrair um bloco válido. Todas as moedas alugadas para esses nós aumentam o "peso" do nó de apostas, o que aumenta suas chances de adicionar um bloco ao blockchain. As recompensas recebidas pelos nós da estaca são então compartilhadas proporcionalmente entre todos os arrendatários. Os arrendatários ainda podem mover ou gastar seus tokens a qualquer momento, automaticamente "quebrando o contrato", por assim dizer.
Dessa maneira, a questão da centralização da mineração e / ou do poder monetário pode ser mais limitada, permitindo que todos os nós tenham o potencial de obter recompensas pela mineração.
O principal exemplo de um projeto que usa esse tipo de algoritmo de consenso é o Waves.
No DPoS, os titulares de tokens de criptomoeda usam seus saldos para eleger uma lista de nós que poderão apostar blocos para adicionar à blockchain. Com a blockchain EOS ainda a ser lançada, por exemplo, haverá 21 "nós produtores de bloco" que são eleitos pela rede.
Embora isso resolva alguns problemas, como o potencial dos garfos (todos os nós não mudarão para um fork que não é finalizado por 15 dos 21 nós produtores) e problemas de escalabilidade que ocorrem com PoW e PoS, uma blockchain DPoS é, por definição, mais centralizado e não fornece pontos de entrada acessíveis para ninguém extrair blocos e ganhar recompensas.
Projetos que usam esse tipo de mecanismo de consenso incluem Bitshares e EOS.
As cadeias de blocos não precisam se contentar com apenas um tipo de mecanismo de consenso. O tipo mais popular de cadeia híbrida é o híbrido PoW / PoS, que normalmente usa um consenso inicial de PoW de maneira limitada e depois usa o PoS para validar os blocos adicionados à blockchain. O uso do PoS resolve o problema de ataque de 51% enquanto consome menos energia; O PoW resolve o problema de nada em risco, garantindo outra camada de imutabilidade de blockchain.
Peercoin é uma blockchain usando esse método híbrido.
O PoI é semelhante ao PoS, mas o mecanismo de consenso também leva em consideração outros fatores para dar aos nós uma vantagem nos blocos de mineração.
Com o NEM, o primeiro blockchain a implementar PoI, por exemplo, os nós são recompensados por sua produtividade na rede, que inclui seu saldo, bem como seu número e valor de transações, entre outros fatores de 'reputação'.
Nesse mecanismo de consenso, cada nó publica uma chave pública. As transações que passam pelo nó são assinadas e verificadas e, uma vez que respostas idênticas suficientes são alcançadas na rede, é alcançado um consenso de que a transação é válida. Esse mecanismo simples não requer energia de hash e é particularmente útil para sistemas de armazenamento.
PBFT tem dois problemas em potencial. Primeiro, todas as partes envolvidas devem concordar com a lista exata de participantes confiáveis. Em segundo lugar, a participação em um sistema desse tipo de acordo é normalmente definida por uma autoridade central. Embora esses fatores possam não torná-lo adequado para uma criptomoeda pública descentralizada, pode ser útil para outras coisas, como plataformas de detenção de ativos digitais privados.
PBFT é o mecanismo de consenso usado pelo Hyperledger.
Antes do surgimento das blockchains, não havia uma maneira prática de garantir que os dados em uma rede distribuída (por exemplo, um razão de moeda digital) permanecessem protegidos contra adulteração por nós maliciosos ou comprometidos. Com o nascimento do Bitcoin e do PoW, toda uma nova geração de programadores e engenheiros começou a trabalhar na solução desse problema.
Muitos mecanismos de consenso surgiram como resultado, o mais pretenso é resolver o mesmo problema (generais bizantinos). Como o blockchain ainda é um campo relativamente novo, não está claro quais mecanismos de consenso serão mais úteis e quais serão perdidos. Atualmente, diferentes mecanismos de consenso são um dos fatores fundamentais que diferenciam diferentes criptomoedas.
Fonte: https://unhashed.com/cryptocurrency-coin-guides/blockchain-consensus-mechanisms/
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