BCGAME - Bônus diário grátis de 5BTC!Na história do Bitcoin, as transações são sequencialmente asseguradas através do uso da prova de trabalho (proof of work, PoW), um processo que, embora eficaz, consome uma quantidade considerável de eletricidade e possui uma capacidade limitada de processamento de transações simultâneas. Esta realidade motivou o desenvolvimento de novas formas de alcançar consenso, com destaque para o modelo de prova de participação (proof of stake, PoS), conhecido por sua menor demanda energética. Estes modelos são fundamentais para que as redes de computadores operem de forma colaborativa e segura.
As redes blockchain enfrentam diversos desafios para operar eficientemente. Em ambientes sem uma entidade central, como bancos ou FinTechs (a exemplo do PayPal), as redes descentralizadas de criptomoedas precisam assegurar que as unidades monetárias não sejam gastas mais de uma vez por um mesmo usuário. Adicionalmente, o mecanismo de consenso é essencial para prevenir a desestabilização da rede por meio de bifurcações.
Em contraste, em uma estrutura centralizada como a de um banco, um conselho de diretores ou reguladores é responsável por supervisionar essas atividades. No contexto das criptomoedas, baseadas em uma abordagem comunitária, o blockchain depende do consenso para validar transações e blocos.
A prova de trabalho e a prova de participação são os dois mecanismos de consenso mais utilizados nos projetos atuais de finanças descentralizadas (DeFi) para alcançar um consenso seguro nas redes de criptomoedas. Quando Satoshi Nakamoto desenvolvia o Bitcoin, a primeira criptomoeda, ele enfrentou o desafio de validar transações sem a intervenção de intermediários. Para isso, adotou a prova de trabalho como mecanismo de consenso, permitindo que as redes chegassem a um acordo sobre a validade das transações.
Por outro lado, a prova de participação representa um método de consenso mais recente, empregado em diversos projetos DeFi e novas criptomoedas. Alguns projetos adotam o PoS desde o início ou estão migrando do PoW para o PoS. Contudo, estabelecer uma rede baseada em PoS desde o princípio apresenta desafios tecnológicos significativos e não é tão direto quanto implementar o PoW para alcançar consenso na rede.
O que é prova de trabalho?
A prova de trabalho (PoW) foi inicialmente proposta em 1993 como um meio de combater spams em redes de e-mail e ataques de negação de serviço. Posteriormente, em 2008, Satoshi Nakamoto adotou e popularizou o conceito no contexto da rede Bitcoin, utilizando-o para a validação de novos blocos.
O PoW opera com base na capacidade dos participantes da rede em demonstrar que realizaram uma tarefa computacional específica. Neste processo, um poder computacional, conhecido como nó, é utilizado para resolver uma equação matemática. Quando a solução é encontrada, um novo bloco é validado e adicionado à cadeia. Cada nó representa um dispositivo físico, tal como um computador pessoal, que tem a capacidade de receber, enviar ou transmitir dados dentro da rede.
Aquele que resolve o quebra-cabeça matemático mais rapidamente consegue estabelecer um link criptográfico entre os blocos recém-validados e os anteriores, sendo recompensado com criptomoedas recém-criadas. Esse processo é conhecido como mineração, e os participantes que o executam são chamados de mineradores. É por meio do trabalho conjunto destes mineradores que a segurança da blockchain é assegurada. Além disso, o ato de resolver esse quebra-cabeça matemático é referido como prova de trabalho.
Como funciona a prova de trabalho?
O funcionamento da prova de trabalho (PoW) se dá dentro de um blockchain, que é estruturado como uma sequência de blocos organizados cronologicamente e baseados em uma sequência de transações denominada ordem de blockchain. O bloco inicial, conhecido como bloco genesis ou bloco zero, é o primeiro de uma blockchain PoW e está programado no software, não fazendo referência a blocos anteriores. Os blocos subsequentes, ao serem incorporados na blockchain, referenciam blocos prévios e mantêm uma cópia integral e atualizada do razão.
Nesse sistema, os participantes ou mineradores competem entre si, utilizando recursos computacionais para enviar blocos legítimos que cumpram com os regulamentos da rede. Os algoritmos de PoW determinam quem pode modificar o razão com novas entradas. O razão monitora todas as transações e as organiza em blocos contínuos para evitar que um usuário gaste os mesmos recursos mais de uma vez. A natureza distribuída do razão possibilita que alterações sejam rapidamente identificadas e rejeitadas pelos demais usuários.
Os usuários identificam tentativas de adulteração por meio de hashes, sequências numéricas extensas que funcionam como prova de trabalho. A função hash é unidirecional, servindo apenas para confirmar se os dados que geraram o hash são consistentes com os dados originais.
Posteriormente, os nós na rede verificam as transações, impedem gastos duplos e decidem se os blocos sugeridos devem ser adicionados à cadeia. O gasto duplo, que é a tentativa de efetuar pagamentos duas vezes com a mesma unidade monetária, poderia desestabilizar a rede e comprometer sua imutabilidade, descentralização e confiabilidade.
A prova de trabalho torna o gasto duplo extremamente difícil, pois qualquer alteração no blockchain exigiria a re-mineração de todos os blocos subsequentes. O custo elevado de maquinário e energia para realizar as funções hash desencoraja a monopolização do poder de processamento da rede.
Para gerar consenso e assegurar a legitimidade das transações no blockchain, o protocolo PoW integra poder computacional e criptografia. Os mineradores competem para solucionar problemas matemáticos durante o processo de hashing e, assim, produzir novos blocos. Eles alcançam isso ao tentar adivinhar um hash, que é uma sequência pseudoaleatória de números. Um hash criptográfico, como o SHA-256, oferece uma assinatura quase única de 256 bits (32 bytes) para um conjunto de dados ou texto.
Quando integrado aos dados de um bloco e submetido a uma função hash, o hash gerado deve atender aos critérios estabelecidos pelo protocolo.
Os mineradores que conseguem resolver o hash transmitem sua solução para a rede. Isso permite que outros mineradores verifiquem a correção da resposta. Se validada, o bloco é acrescentado à blockchain e o minerador é agraciado com a recompensa do bloco. Por exemplo, a recompensa atual para a mineração de Bitcoin é de 6,25 Bitcoin.
Prós e contras do PoW
Prós do PoW
No modelo de Proof of Work (PoW), os mineradores enfrentam altos custos com eletricidade para solucionar enigmas matemáticos complexos e processar blocos na Network. Essa eletricidade alimenta as máquinas que produzem criptomoedas, um processo conhecido como mineração, que também envolve a verificação de transações. O consumo de energia é vital para a segurança da rede, pois contribui para a manutenção de um registro preciso das transações, além de apoiar uma política monetária específica e confiável.
A segurança da rede é reforçada pelo fato de que a adulteração da cadeia de blocos requer que um agente malicioso obtenha controle sobre 51% do poder computacional da rede. Em uma bifurcação de um blockchain operando sob PoW, os mineradores devem optar entre migrar para a versão mais recente do blockchain bifurcado ou permanecer com o blockchain original.
Para apoiar ambos os blockchains após uma bifurcação, um minerador teria que distribuir seus recursos computacionais, enfraquecendo sua capacidade de mineração em ambas as frentes. Portanto, devido a incentivos econômicos, o PoW naturalmente desincentiva bifurcações frequentes e motiva os mineradores a se alinharem com a versão do blockchain que mais beneficia a rede.
Essa dinâmica é um exemplo da teoria dos jogos em ação, onde os mineradores devem tomar decisões estratégicas para maximizar seus retornos. Assim como indivíduos operando sob racionalidade limitada, eles tendem a optar pela simplicidade. Mudar para um novo blockchain é mais desafiador, e a teoria dos jogos ajuda a evitar a corrupção interna e a promover decisões lógicas entre os oligopólios.
Contras do PoW
Embora o modelo de Proof of Work (PoW) apresente benefícios significativos, ele também se caracteriza por sua alta demanda de recursos e custos operacionais. Os mineradores, neste contexto, enfrentam despesas consideráveis, incluindo a aquisição e a rápida obsolescência de equipamentos avançados. A mineração gera uma quantidade substancial de calor e, dependendo da localização geográfica do minerador, os custos com eletricidade podem ser exorbitantes. Além disso, as taxas de transação na Network tendem a aumentar quando há um excesso de demanda.
Outro ponto de vulnerabilidade do PoW é o risco de ataques de 51%. Se um minerador não possuir a maioria das criptomoedas em um determinado algoritmo de hash intercambiável, ele pode estar suscetível a ataques de entidades com maior quantidade de criptos. Nesses casos, os agressores podem direcionar seus recursos computacionais contra o minerador mais fraco, potencialmente eliminando-o do processo e anulando suas chances de obter recompensas.
O que é proof-of-stake?
O conceito de Proof of Stake (PoS) surgiu em 2011 como uma alternativa ao mecanismo de consenso Proof of Work (PoW), visando superar suas ineficiências e reduzir a necessidade de recursos computacionais intensivos na operação das redes blockchain. Diferente do PoW, que exige trabalho computacional, o PoS baseia-se na posse comprovada de uma quantidade específica de criptomoedas nativas do blockchain, representando um interesse verificável no ecossistema.
Neste sistema, a validação de transações na rede blockchain é condicionada à demonstração de propriedade de um certo volume de criptomoedas. Este método é conhecido como mecanismo de consenso de Proof of Stake. Por exemplo, se o minerador A stakar 30 criptomoedas, o minerador B 50, o minerador C 75 e o minerador D 15, o minerador C, com a maior quantidade stakada, teria prioridade para escrever e validar o próximo bloco. Ao contrário do PoW, onde a recompensa vem da geração de novas criptomoedas, no PoS, o minerador C receberia como recompensa as taxas de transação, ou taxas de rede.
Como funciona o PoS?
No modelo de Proof of Stake (PoS), a blockchain é iniciada com um bloco conhecido como bloco genesis, que é programado no sistema. Cada bloco adicionado subsequente na blockchain referencia os blocos anteriores, mantendo um registro completo e atualizado do razão.
Diferente do método Proof of Work (PoW), na rede PoS, os mineradores não entram em competição para adicionar blocos. Aqui, os blocos são criados por um processo frequentemente descrito como “cunhagem” ou “forja”, em vez de mineração. Nos blockchains PoS, a proposta de novos blocos não depende do consumo de energia, uma característica que contrasta com o alto consumo energético do PoW. O PoS elimina a necessidade de processos de mineração intensivos em energia.
O sistema PoS apresenta diversas vantagens em relação ao PoW. Entre elas, destaca-se a maior eficiência energética, pois não envolve o consumo significativo de energia na mineração de blocos. Além disso, a criação de novos blocos no PoS não exige equipamentos de última geração. Este mecanismo também favorece uma maior dispersão de nós na rede, auxiliando no estabelecimento de padrões de governança que fortalecem a resistência à centralização. O PoS é considerado menos propenso a levar à centralização da rede devido à sua maior independência de hardware.
Para participar do processo de adição de blocos em uma blockchain PoS, os usuários devem realizar o staking, ou seja, bloquear uma quantidade específica de criptomoedas da rede em um contrato. A probabilidade de serem selecionados como o próximo produtor de bloco é proporcional à quantidade de criptomoedas staked. Se agirem de maneira mal-intencionada, os usuários correm o risco de perder sua stake.
No PoS, a seleção para a adição de blocos não beneficia apenas os nós com maior quantidade de criptomoedas. Fatores como o tempo de staking e elementos aleatórios também influenciam. A recompensa do bloco no PoS, similar ao PoW, é uma taxa de rede concedida ao usuário que adiciona um bloco válido.
Além disso, no PoS, a escolha dos blocos é baseada na posse de criptomoedas. As exchanges oferecem serviços de staking, permitindo que os usuários façam staking de suas criptomoedas em troca de recompensas. Os usuários podem também se unir em pools de staking, combinando recursos computacionais para aumentar suas chances de serem recompensados. Eles agregam seu poder de staking para otimizar a verificação e validação de novos blocos, maximizando as chances de obter recompensas de bloco.
Prós e contras do PoS
Prós do PoS
No modelo de Proof of Stake (PoS), uma das principais preocupações abordadas é a redução significativa no consumo de energia, uma questão crítica nos sistemas baseados em Proof of Work (PoW). Além disso, as redes que utilizam PoS oferecem vantagens notáveis em termos de escalabilidade quando comparadas com aquelas baseadas em PoW, permitindo uma aprovação de transações muito mais ágil. A escalabilidade, neste contexto, refere-se à capacidade do sistema de processar um número crescente de transações por segundo (TPS), seja por ajustes nos parâmetros do sistema ou por modificações no mecanismo de consenso.
A rede PoS consegue alcançar essa escalabilidade através da implementação de um consenso prévio à formação dos blocos. Esse método possibilita o processamento de milhares de solicitações por segundo, mantendo a latência em níveis extremamente baixos, muitas vezes inferiores a um milissegundo. Esta eficiência é um aspecto chave que diferencia e eleva o PoS acima do PoW em termos de desempenho e sustentabilidade energética.
Contras do PoS
O modelo de Proof of Stake (PoS) apresenta desafios específicos, apesar de suas vantagens. Um dos principais é a tendência de concentração de poder nas mãos dos detentores de grandes quantidades de tokens. Isso favorece os usuários pioneiros e aqueles com maiores recursos financeiros, concedendo-lhes influência significativa na rede.
Dada a relativa novidade do PoS, existem potenciais desvantagens que ainda podem não ser totalmente reconhecidas pela comunidade de criptomoedas. Ao contrário do Proof of Work (PoW), o PoS carece de um histórico extenso para avaliar seu desempenho a longo prazo. Além disso, os sistemas PoS não desencorajam automaticamente a ocorrência de bifurcações. Em caso de divisão de uma blockchain, um validador pode acabar recebendo uma duplicata de sua stake no novo ramo da blockchain.
Surge, ainda, o dilema conhecido como “nada em jogo”. Nessa situação, um validador pode validar transações em ambos os lados de um fork, o que lhes permite, em teoria, gastar duas vezes suas criptomoedas e receber em dobro as taxas de transação. Esse cenário cria um risco potencial para a integridade e segurança da rede PoS.
Quando deve ser usado PoW ou PoS?
A escolha entre Proof of Work (PoW) e Proof of Stake (PoS) é determinante para o design e a funcionalidade de uma rede blockchain. Cada mecanismo de consenso desempenha um papel vital em reduzir a centralização e manter as características de imutabilidade, confiabilidade e distribuição da rede.
A aplicabilidade de PoW ou PoS varia conforme as necessidades específicas da rede. O PoW é crucial para prevenir fraudes, assegurar a segurança e construir confiança em uma rede. Neste sistema, os mineradores, que atuam como processadores de dados independentes, têm a segurança garantida contra enganos nas transações, graças à robustez do PoW. Esse método protege o histórico de transações das criptomoedas e aumenta progressivamente a dificuldade de alteração de dados com o tempo. O PoW também permite que os nós participantes demonstrem a conclusão do trabalho necessário para adicionar novas transações ao blockchain, protegendo contra atividades maliciosas. Adicionalmente, em redes com múltiplas cópias do blockchain, o PoW auxilia na identificação da versão mais legítima e é fundamental na construção de um relógio distribuído, permitindo a entrada e saída flexível de mineradores e mantendo uma taxa de operação constante.
Por outro lado, o PoS é escolhido quando se busca alta velocidade na execução de transações on-chain e na liquidação efetiva de transferências na rede. Neste mecanismo, os validadores geralmente detêm quantidades significativas de tokens da rede, criando um incentivo financeiro para manter a segurança da cadeia.
Contudo, existem questionamentos sobre a robustez da segurança fornecida tanto pelo PoS quanto pelo PoW contra diversas ameaças. Nesse contexto, surge um mecanismo de validação alternativo, conhecido como prova de espaço (como no projeto Chia), desenvolvido para validar transações de forma segura. O Chia utiliza um mecanismo de consenso baseado em prova de espaço e prova de tempo, abordando alguns dos desafios de centralização encontrados nos blockchains PoW e PoS.
Conclusão
A comparação entre Proof of Work (PoW) e Proof of Stake (PoS) revela que cada mecanismo de consenso possui seus próprios prós e contras, adaptando-se a diferentes necessidades e objetivos dentro do universo das criptomoedas e da tecnologia blockchain.
O PoW, com seu histórico estabelecido, destaca-se pela robustez na segurança e pela confiabilidade na prevenção de fraudes, sendo fundamental na construção de uma rede descentralizada e confiável. Entretanto, é importante reconhecer suas desvantagens, principalmente no que tange ao alto consumo de energia e à potencial centralização de poder nas mãos de mineradores com recursos significativos.
Por outro lado, o PoS surge como uma alternativa mais eficiente em termos energéticos, oferecendo maior escalabilidade e rapidez nas transações. Este mecanismo reduz o consumo de recursos e permite uma distribuição mais equitativa do poder de validação. Contudo, o PoS ainda enfrenta desafios como a possível concentração de poder entre detentores de grandes quantidades de tokens e questões de segurança ainda não totalmente exploradas devido à sua relativa novidade.
A escolha entre PoW e PoS, portanto, deve ser baseada nas prioridades específicas de cada rede blockchain, considerando fatores como segurança, eficiência energética, velocidade de transação e descentralização. À medida que a tecnologia blockchain evolui, novos mecanismos de consenso, como a prova de espaço, surgem para abordar as limitações de ambos os sistemas, apontando para um futuro onde as redes blockchain podem ser mais sustentáveis, seguras e adaptáveis às necessidades em constante mudança do mundo digital.
