Aqui está o que você precisa saber sobre a prova de trabalho do Blockchain

A mania do blockchain está lentamente se transformando em uma oportunidade de revisar sistemas legados e torná-los mais produtivos. No entanto, há muito mais que as pessoas precisam saber sobre o blockchain para apreciar a engenhosidade que está em seu núcleo. Um dos aspectos centrais da tecnologia é o algoritmo de prova de trabalho de blockchain.

A tecnologia Blockchain ainda está em sua infância, por assim dizer, mas já existe um enorme potencial em termos do que ela pode ajudar a alcançar. Notavelmente, a tecnologia está mudando da estrutura básica na qual as criptomoedas são executadas para algo como uma tecnologia que está revolucionando as indústrias.

O que é um algoritmo de consenso?

Basicamente, a tecnologia permite que os usuários interajam ponto a ponto e sem uma autoridade central. Notavelmente, as transações são concluídas quando há consenso em toda a rede. Em particular, o algoritmo de consenso é o que diferencia as diferentes redes de blockchain. Por exemplo, a rede Bitcoin difere da rede Ethereum com base no algoritmo de consenso.

Tecnicamente, um algoritmo de consenso é o processo de tomada de decisão dentro de um grupo. Notavelmente, os membros do grupo criam um sistema que agiliza o processo por meio do qual eles podem encontrar um terreno comum a respeito de um determinado assunto. Para que o consenso aconteça, pelo menos a maioria dos participantes de um grupo deve concordar e a decisão em questão deve ser capaz de beneficiar essa maioria.

Curiosamente, os algoritmos de consenso de blockchain operam usando uma lógica semelhante. Além disso, os algoritmos de consenso de blockchain possuem objetivos específicos que buscam impulsionar o uso das redes blockchain. Em primeiro lugar, o algoritmo se compromete a coletar o máximo de acordo possível entre os nós participantes, de modo que haja um acordo generalizado.

Em segundo lugar, o acordo generalizado dentro da rede deve facilitar a colaboração entre os participantes. Em particular, o algoritmo garante que qualquer acordo com o qual os participantes concordem atenda aos interesses de todos os membros. Terceiro, o acordo promove a cooperação de modo que cada indivíduo trabalhe em prol do interesse coletivo da rede.

Além disso, o algoritmo se esforça para garantir que todos os participantes tenham direitos iguais aos de um relacionamento ponto a ponto. Em última análise, a promoção de um ambiente onde todos têm direitos iguais facilita a participação e a atividade individual dos participantes.

Tipos de algoritmos de consenso

Como explicado anteriormente, existem diferentes tipos de algoritmos de consenso e com base nos quais existem diferentes redes de blockchain. Notavelmente, cada algoritmo tem suas próprias características únicas que o distinguem e que alcançam consenso dentro da rede por meio de diferentes mecanismos. Atualmente, há um grande número de algoritmos de consenso de blockchain. No entanto, os dois principais são Prova de Trabalho (PoW) e Prova de Participação (PoS).

O que é o algoritmo de prova de trabalho do Blockchain?

Este é o mecanismo de consenso mais antigo e o mais popular atualmente. Notavelmente, a primeira menção aos algoritmos é anterior à invenção da rede Bitcoin. Curiosamente, a pesquisa sobre o algoritmo remonta ao início dos anos 90, onde Moni Naor e Cynthia Dwork publicaram um artigo em 1993. No artigo, os autores exploraram o potencial do algoritmo para prevenir fraudes.

Em 1999, outro pesquisador em criptografia, Markus Jakobsson, cunhou o termo “Prova de Trabalho” e ele permaneceu até quando Satoshi Nakamoto surpreendeu o mundo com a invenção do bitcoin. Em particular, a rede de blockchain Bitcoin é simplesmente uma implementação da pesquisa cujos primeiros passos datam de 1993.

O algoritmo PoW continua sendo o mais popular porque está entre os poucos que não podem ser comprometidos. Em termos técnicos, é um dos algoritmos que pode atingir a tolerância a falhas bizantinas. Notavelmente, a tolerância a falhas bizantinas (BFT) é simplesmente a capacidade de um sistema de resistir às falhas que estão associadas ao problema dos generais bizantinos.

Isso quer dizer que a rede pode evitar com sucesso situações em que alguns nós podem tentar agir contra o consenso. No contexto da tecnologia blockchain, é óbvio que as redes blockchain não têm uma autoridade central para moderar transações. Em vez disso, o livro-razão público é distribuído entre todos os participantes, portanto, a tecnologia blockchain também conhecida como tecnologia de livro-razão distribuído (DLT).

Dadas as informações valiosas armazenadas nos livros-razão públicos, há uma grande probabilidade de que alguns malfeitores possam querer causar falhas para ganhos egoístas. Como tal, esses maus atores apresentam o problema dos generais bizantinos. Desta forma, é necessário que a rede blockchain tenha a tolerância a falhas bizantinas para evitar tais problemas..

Como funciona o PoW?

Claramente, o algoritmo PoW é muito seguro, pois pode suportar o BFT. Curiosamente, é a maneira como ele opera que o torna ainda mais seguro, portanto, bastante popular. Sem a característica BFT, um membro de uma rede pode falsificar transações e, portanto, comprometer a confiabilidade do bloco gerado pela transação.

Um algoritmo PoW funciona de tal forma que os nós de uma rede precisam resolver um problema matemático para que possam criar o próximo bloco. Quem for o primeiro a obter a solução do problema matemático obtém consenso a permissão para escolher o bloco que deve ser adicionado ao lado da plataforma.

Como resultado, esse nó bem-sucedido recebe dinheiro como recompensa. Em uma rede bitcoin, a recompensa é um token bitcoin. Portanto, existe o incentivo para continuar resolvendo os problemas matemáticos para que se possa obter a permissão para escolher o próximo bloco. Além disso, está claro agora porque alguns nós gostariam de falsificar transações e, portanto, a necessidade de tolerância a falhas bizantinas.

No entanto, não é fácil obter a resposta para o problema matemático. Nesse caso, os nós têm que encontrar a solução para o problema por meio da força bruta. Isso quer dizer que os nós com maior poder computacional são os que têm maior probabilidade de encontrar a solução para o problema matemático. Notavelmente, esses nós que participam da computação são chamados de mineradores e o processo de resolução do problema é chamado de mineração.

Por que a Prova de Trabalho do Blockchain é bem-sucedida

O processo de mineração consome muita energia, pois requer maior capacidade computacional para resolver cada problema sucessivo. Como tal, o processo consome muita energia elétrica. Veremos esse aspecto mais tarde e por que é uma das razões pelas quais as pessoas estão mudando o algoritmo para outras alternativas. No entanto, o PoW é bastante bem-sucedido no momento por duas razões.

Em primeiro lugar, obter a solução para o problema matemático é bastante difícil. Portanto, os nós precisam gastar tempo em cálculos complicados. Curiosamente, a oferta de poder computacional é bastante restrita e isso quer dizer que poucos atores têm acesso a ela. Curiosamente, essa característica também é a razão por trás da impossibilidade de nós trapacearem durante as transações.

Por exemplo, vamos supor que um mau ator deseja atacar a rede e os dados de falha registrados em um determinado bloco. Se toda a rede tiver dez blocos e o bloco de destino do malfeitor for o número sete, o malfeitor precisará alterar esses dados para o bloco dez, nove, oito e depois sete, que é o alvo. Dado o poder computacional necessário para extrair um único bloco, é quase impossível alterar os dados em quatro blocos. Basicamente, não há computador com capacidade para resolver esse problema.

Em segundo lugar, o PoW é bem-sucedido porque, uma vez que um nó cria um bloco, outros nós podem verificar facilmente o processo que levou à solução. Notavelmente, isso se deve em parte à natureza do problema que precisa de uma solução. Para resolver o problema, o minerador deve chegar a uma resposta que seja inferior a um valor predefinido.

Por exemplo, a rede pode apresentar um valor como 10. Para que a solução seja correta, é preciso ter certeza de que a solução é inferior a 10, ou seja, nove. Se um mineiro chegar com sucesso aos nove, os outros nós seguirão facilmente o procedimento com o qual o mineiro costumava chegar à solução. No entanto, fica complicado se a transação for falsificada.

O que o futuro reserva para a prova de trabalho

Como mencionado anteriormente, a prova de trabalho engole toneladas de energia para completar os cálculos. Curiosamente, este é um dos principais pontos de falha apontados pelos detratores do algoritmo. Em novembro do ano passado, relatórios indicou que era duas vezes mais caro extrair um dólar de bitcoin do que ouro, cobre ou platina em termos de energia gasta.

De acordo com para os pesquisadores, a mineração de um dólar em bitcoin requer mais de 17 megajoules de energia. Curiosamente, leva apenas cerca de cinco megajoules para extrair ouro, quatro para extrair cobre e sete para extrair platina. Portanto, o empreendimento está ficando muito mais caro e considerando que o preço da criptomoeda é bastante volátil.

Além disso, à medida que mais blocos são adicionados à cadeia de blocos existente, o processo de resolução de problemas para os próximos blocos fica mais difícil. Notavelmente, o processo computacional é muito mais difícil e, como tal, há necessidade de um hardware mais complexo que possa lidar com os cálculos. Como resultado, o preço do hardware de mineração está aumentando exponencialmente.

O que todas essas questões apresentam é um futuro um tanto sombrio para esse algoritmo. Curiosamente, há governos que já impuseram moratórias à atividade de mineração para que possam chegar a uma legislação adequada para atender ao alto consumo de energia da mineração. Algumas redes de blockchain, como Ethereum, que inicialmente dependiam do algoritmo PoW, estão migrando para outras alternativas, como prova de aposta. Basicamente, há uma chance real de que o protocolo passe por mudanças fundamentais em um esforço para racionalizar seu uso ou as pessoas irão abandoná-lo completamente.

Desafios para PoW

Como discutido anteriormente, PoW está enfrentando ameaças existenciais dos principais desafios. Em termos de consumo de energia, já está claro que o algoritmo é muito implacável no que diz respeito ao uso da eletricidade. Adicione a isso o aumento do custo do hardware de mineração e todos ficam com uma dor de cabeça cortante sobre como lidar com o algoritmo.

Portanto, está claro que o principal desafio que o algoritmo PoW enfrenta é o custo crescente de resolver os problemas computacionais. Notavelmente, é preciso gastar uma média de $ 4.758 nos Estados Unidos para extrair apenas um bitcoin. Na Alemanha, o custo salta para US $ 14.275, enquanto a Coreia do Sul sai como o mais caro, com US $ 26.170. Curiosamente, CoinMarketCap indica que o preço de um bitcoin está atualmente em $ 4.089. Portanto, está claro que uma mineradora nos EUA, Alemanha e Coréia do Sul acumulará grandes perdas se realizar qualquer atividade de mineração.

Outro desafio que o algoritmo PoW enfrenta é que ele não é verdadeiramente descentralizado. Observadores experientes apontam que, em qualquer momento, apenas um nó é responsável pela manutenção do razão. Essa é a mesma pessoa que tem permissão para escolher qual será o próximo bloco e é a mesma pessoa que receberá a recompensa após a adição do bloco.

Como solução, os usuários da tecnologia blockchain são exigente para uma mudança fundamental no manuseio dos livros contábeis dentro de uma rede de blockchain. Em particular, os usuários desejam que os livros-razão residam em vários pares simultaneamente para evitar a tendência de “ditador” de um único nó que hospeda o livro-razão em qualquer ponto. Essencialmente, isso implica fragmentar o livro-razão em muitas partes, de modo que nenhum nó individual tenha uma imagem clara do conteúdo do livro-razão.

Alternativa de algoritmo de prova de trabalho de blockchain

Em um esforço para melhorar o espaço do blockchain, alguns desenvolvedores criaram alternativas para o algoritmo de prova de trabalho do blockchain, que são simplesmente outros tipos de algoritmos de consenso. Até agora, existem inúmeras alternativas, algumas das quais foram mencionadas anteriormente. Aqui, examinaremos apenas uma das alternativas que é prova de aposta.

Prova de jogo blockchain

Como um algoritmo de consenso, a prova de aposta apareceu pela primeira vez na cena do blockchain em 2011, dois anos após a prova de trabalho. A principal diferença entre a prova de trabalho e a prova de aposta é que os usuários da última não precisam resolver problemas complexos para chegar a um consenso. Pelo contrário, os usuários só precisam usar a criptomoeda como a aposta para chegar a um consenso.

É assim que funciona. Todos os participantes de uma rede blockchain que usa o protocolo PoS devem ter o criptomoeda base para participar na tomada de consenso. Por exemplo, se a rede de blockchain Ethereum fizer a transição com sucesso para PoS, os usuários precisarão ter Ether em suas contas para participar.

Para os participantes que desejam minerar o próximo bloco, será necessário apostar a moeda que possuem. Curiosamente, as chances de alguém escolher o próximo bloco dependem da quantidade de criptografia piquetada. Por exemplo, se a aposta total for 2% de toda a criptografia apostada na rede, o nó terá 2% de chance de simular o próximo bloco.

Portanto, embora a mineração ainda esteja presente neste protocolo, é claro que ela não depende de cálculos como prova de trabalho. Além disso, o protocolo de prova de aposta escolhe o mineiro aleatoriamente e ele / ela recebe a recompensa em termos da taxa de transação. Portanto, há uma grande probabilidade de que qualquer um entre os validadores com apostas possa reivindicar a responsabilidade da mineração. Além disso, há muito mais descentralização, uma vez que cada ação é aleatória.

Mérito da prova de jogo

Nesse caso, é óbvio que a taxa de consumo de energia é quase insubstancial em comparação com o algoritmo de prova de trabalho do blockchain. Daqui para frente, protocolos cuja demanda de energia é baixa assumirão destaque, uma vez que os custos com eletricidade estão em alta. Além disso, o fato de o algoritmo consumir menos energia implica que ele não requer hardware sofisticado para facilitar o processo de mineração. Em última análise, esta é a evidência de que o protocolo é rentável tanto a curto como a longo prazo.

Outro mérito da prova de aposta é a randomização do processo de seleção do nó responsável pelo processo de mineração. Teria sido um grande revés se a seleção dependesse apenas do montante da aposta que se tem. Dessa forma, apenas os nós mais ricos da plataforma teriam a liberdade de realizar as transações e que continuassem a enriquecer..

Ao contrário, o processo aleatório garante que qualquer pessoa com uma aposta tenha uma chance real de participar do processo de mineração. Além disso, esta é uma evidência de que há descentralização real onde, ao contrário do PoW, não há um nó responsável por todo o razão em qualquer momento.

Além disso, o processo que vai para a prova ou trabalho não só consome muita energia, mas também tempo. Notavelmente, leva entre 40 e 60 minutos para os validadores aprovarem transações em uma rede de blockchain sob o protocolo de prova de trabalho. Pelo contrário, o processo de validação na plataforma PoS é rápido, pois a mineração é rápida e eficiente. Por este motivo, a rede Ethereum espera aumentar significativamente o número de transações por segundo, uma vez que migram para PoS.

Deméritos de PoS

Não é novidade que para uma nova tecnologia que ainda está em desenvolvimento, o PoS tem várias armadilhas que podem trazer problemas se forem encontradas. Primeiro, o fato de que os validadores só precisam apostar sua criptomoeda para poder minerar é um grande problema. Em particular, isso implica que qualquer mau ator que consiga obter uma grande quantidade de tokens pode subitamente dominar todos os outros validadores e assumir o controle da rede.

No entanto, as leis da economia protegem a rede contra esse tipo de ataque. Em particular, qualquer aumento repentino na taxa de compra de tokens irá desencadear um forte aumento no preço dos tokens a ponto de se tornar insustentável para o invasor.

Em segundo lugar, existe a possibilidade de um nó de validação ficar desonesto e validar transações maliciosas. Outra ameaça da mesma natureza pode ocorrer quando há uma bifurcação da rede. De acordo com observadores experientes, é possível que os nós estabeleçam tokens em ambos os lados dos garfos de modo que possam realizar transações duplas.

Na mitigação, alguns desenvolvedores estão criando um híbrido de PoW e PoS em que os usuários não podem gastar duas vezes. Aqui, seus tokens tornam-se instantaneamente inúteis quando há bifurcação na rede. Por exemplo, a Ethereum está trabalhando em uma versão melhorada de PoS chamada “Casper”, que ajudará a controlar esses validadores desonestos.

Resumo / comentários finais

A tecnologia Blockchain está passando por uma transformação fundamental, conforme a necessidade de segurança mais rígida e mais pontos de descentralização. Além disso, o custo da mineração é significativamente alto e faz com que muitos entusiastas abandonem a estrada. Portanto, também é necessário que o algoritmo de consenso suporte métodos mais baratos e mais rápidos para garantir a aplicação de longo prazo da tecnologia..

O principal protocolo de consenso popular hoje é a prova de trabalho. Notavelmente, o algoritmo alimenta bitcoin e Ethereum (antes da migração completa para prova de aposta). Particularmente, o algoritmo ainda é o favorito por causa da característica Byzantine Fault Tolerance (BFT). No entanto, a natureza intensiva de energia representa uma ameaça existencial.

O protocolo de consenso alternativo é a prova de aposta, onde os validadores usam sua criptomoeda como aposta para que participem da mineração. Em particular, o algoritmo é eficiente em termos de energia e custo e o processo de validação é rápido. Abaixo está uma comparação detalhada dos dois algoritmos.

Uma comparação entre a prova de trabalho e a prova de algoritmos de estaca
Característica	Prova de trabalho do Blockchain	Prova de aposta de Blockchain
Mineração	O mineiro é escolhido pela capacidade de resolver um problema computacional complexo	Qualquer pessoa com uma aposta tem a chance de ser o mineiro e não envolve nenhum cálculo
Validação	Leva mais tempo porque os validadores precisam refazer os cálculos feitos pelo minerador	Demora mais, pois não há cálculos envolvidos
Escalabilidade	Uma vez que todos os nós devem participar da validação, o algoritmo é difícil de escalar	Nem todos os nós participam da validação e, portanto, é rápido e altamente escalonável
Consumo de energia	Consome bastante energia devido à natureza computacional da validação.	É muito eficiente em termos de energia, pois não requer nenhum tipo de cálculo
Criptojacking	Atores malvados provavelmente irão “roubar criptogramas” outros computadores para fornecer mais poder computacional para mineração	Ninguém corre o risco de roubo de criptografia, uma vez que a mineração não requer uma grande quantidade de poder computacional