Um algoritmo de consenso é um mecanismo que permite que usuários ou máquinas coordenem em um ambiente distribuído. Ele precisa garantir que todos os agentes do sistema possam concordar em uma única fonte de verdade, mesmo que alguns agentes falhem. Em outras palavras, o sistema deve ser tolerante a falhas.
Em um ambiente centralizado, uma única entidade tem poder sobre o sistema. Na maioria dos casos, eles podem fazer alterações conforme desejarem – não há um sistema de governança complexo para alcançar consenso entre muitos administradores.
Mas em um ambiente descentralizado, é uma história completamente diferente. Digamos que estamos trabalhando com um banco de dados distribuído – como chegamos a um acordo sobre quais entradas são adicionadas?
Superar esse desafio em um ambiente em que estranhos não confiam uns nos outros foi talvez o desenvolvimento mais crucial que abriu caminho para blockchains. Neste artigo, vamos dar uma olhada em como os algoritmos de consenso são vitais para o funcionamento de criptomoedas e ledgers distribuídos.
Algoritmos de consenso e criptomoedas
Nas criptomoedas, os saldos dos usuários são registrados em um banco de dados – o blockchain. É essencial que todos (ou mais precisamente, todos os nós) mantenham uma cópia idêntica do banco de dados. Caso contrário, você logo terá informações conflitantes, minando todo o propósito da rede de criptomoedas.
A criptografia de chave pública garante que os usuários não possam gastar as moedas uns dos outros. Mas ainda precisa haver uma única fonte de verdade em que os participantes da rede confiam, para poder determinar se os fundos já foram gastos.
Satoshi Nakamoto, o criador do Bitcoin, propôs um sistema de Proof of Work (Prova de Trabalho) para coordenar os participantes. Vamos entender como o PoW funciona em breve, por enquanto, vamos identificar algumas das características comuns dos muitos algoritmos de consenso existentes.
Em primeiro lugar, exigimos que os usuários que desejam adicionar blocos (vamos chamá-los de validadores) forneçam uma participação. A participação é algum tipo de valor que um validador deve apresentar, o que desencoraja a desonestidade. Se eles trapacearem, perderão sua participação. Exemplos incluem poder de computação, criptomoedas ou até mesmo reputação.
Por que eles se incomodariam em arriscar seus próprios recursos? Bem, também há uma recompensa disponível. Geralmente, isso consiste na criptomoeda nativa do protocolo e é composto por taxas pagas por outros usuários, unidades de criptomoeda recém-geradas ou ambos.
A última coisa de que precisamos é de transparência. Precisamos ser capazes de detectar quando alguém está trapaceando. Idealmente, deve ser caro para eles produzirem blocos, mas barato para qualquer pessoa validá-los. Isso garante que os validadores sejam controlados pelos usuários regulares.
Tipos de algoritmos de consenso
Proof of Work (PoW)
Proof of Work (PoW) é o “padrinho” dos algoritmos de consenso em blockchain. Foi implementado pela primeira vez no Bitcoin, mas o conceito em si existe há algum tempo. No Proof of Work, os validadores (chamados de mineradores) “hachuram” os dados que desejam adicionar até produzirem uma solução específica.
Um hash é uma sequência aparentemente aleatória de letras e números que é criada quando você executa dados por meio de uma função de hash. Mas se você executar os mesmos dados novamente, sempre obterá a mesma saída. No entanto, se você alterar apenas um detalhe, seu hash será completamente diferente.
Olhando para a saída, você não pode determinar qual informação foi inserida na função. Portanto, eles são úteis para provar que você conhecia um determinado dado antes de um determinado momento. Você pode fornecer o hash a alguém e, posteriormente, quando revelar os dados, essa pessoa pode executá-los na função para garantir que a saída seja a mesma.
No Proof of Work, o protocolo estabelece condições para o que torna um bloco válido. Pode dizer, por exemplo, que apenas um bloco cujo hash comece com 00 será válido. A única maneira para o minerador criar um bloco que corresponda a essa combinação é forçar bruta as entradas. Eles podem ajustar um parâmetro em seus dados para produzir um resultado diferente para cada palpite até obter o hash correto.
Com grandes blockchains, a barra é definida incrivelmente alta. Para competir com outros mineradores, você precisaria de um depósito cheio de hardware especializado de hash (ASICs) para ter alguma chance de produzir um bloco válido.
Sua participação, ao minerar, é o custo dessas máquinas e a eletricidade necessária para executá-las. Os ASICs são construídos para um único propósito, então eles não têm utilidade em outras aplicações além da mineração de criptomoedas. Sua única maneira de recuperar seu investimento inicial é minerar, o que gera uma recompensa significativa se você adicionar com sucesso um novo bloco ao blockchain.
É trivial para a rede verificar se você realmente criou o bloco correto. Mesmo se você tentou trilhões de combinações para obter o hash correto, eles só precisam executar seus dados uma vez através da função. Se seus dados produzem um hash válido, ele será aceito, e você receberá uma recompensa. Caso contrário, a rede o rejeitará, e você terá perdido tempo e eletricidade à toa.
Proof of Stake (PoS)
Proof of Stake (PoS) foi proposto nos primeiros dias do Bitcoin como uma alternativa ao Proof of Work. Em um sistema PoS, não há conceito de mineradores, hardware especializado ou consumo massivo de energia. Tudo o que você precisa é de um PC comum.
Bem, nem todos. Ainda é necessário colocar algo em jogo. No PoS, você não apresenta um recurso externo (como eletricidade ou hardware), mas sim um recurso interno – criptomoeda. As regras diferem em cada protocolo, mas geralmente há uma quantidade mínima de fundos que você deve possuir para ser elegível para o staking.
A partir daí, você bloqueia seus fundos em uma carteira (eles não podem ser movidos enquanto você estiver participando). Normalmente, você concorda com outros validadores sobre quais transações serão incluídas no próximo bloco. Em certo sentido, você está apostando no bloco que será selecionado, e o protocolo escolherá um.
Se o seu bloco for selecionado, você receberá uma proporção das taxas de transação, dependendo da sua participação. Quanto mais fundos você tiver bloqueados, mais você poderá ganhar. Mas se você tentar trapacear propondo transações inválidas, perderá uma parte (ou todos) os seus fundos em jogo. Portanto, temos um mecanismo semelhante ao PoW – agir honestamente é mais lucrativo do que agir desonestamente.
Geralmente, não há moedas recém-criadas como parte da recompensa para os validadores. A moeda nativa do blockchain deve, portanto, ser emitida de alguma outra forma. Isso pode ser feito por meio de uma distribuição inicial (ou seja, um ICO ou IEO) ou pelo lançamento do protocolo com PoW antes de fazer a transição para PoS.
Até hoje, o Proof of Stake puro só foi realmente implantado em criptomoedas menores. Portanto, não está claro se ele pode servir como uma alternativa viável ao PoW. Embora pareça teoricamente sólido, será muito diferente na prática.
Uma vez que o PoS seja implementado em uma rede com uma grande quantidade de valor, o sistema se torna um campo de jogo de teoria dos jogos e incentivos financeiros. Qualquer pessoa com conhecimento para “hackear” um sistema PoS provavelmente só o faria se pudesse se beneficiar com isso – portanto, a única maneira de descobrir se é viável é em uma rede ao vivo.
Logo veremos o PoS sendo testado em grande escala – o Casper será implementado como parte de uma série de atualizações para a rede Ethereum (conhecidas coletivamente como Ethereum 2.0).
Outros algoritmos de consenso
Proof of Work e Proof of Stake são os algoritmos de consenso mais discutidos. Mas há uma ampla variedade de outros, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. Confira os artigos a seguir:
Pensamentos finais
Mecanismos para alcançar consenso são vitais para o funcionamento de sistemas distribuídos. Muitos acreditam que a maior inovação no Bitcoin foi o uso do Proof of Work para permitir que os usuários concordem com um conjunto compartilhado de fatos.
Os algoritmos de consenso hoje sustentam não apenas sistemas de dinheiro digital, mas também blockchains que permitem que desenvolvedores executem código em uma rede distribuída. Eles agora são um dos pilares da tecnologia blockchain e são fundamentais para a viabilidade a longo prazo das várias redes existentes.
De todos os algoritmos de consenso, o Proof of Work ainda é a oferta dominante. Uma alternativa mais confiável e segura ainda não foi proposta. No entanto, há uma quantidade enorme de pesquisa e desenvolvimento em substituições para o PoW, e provavelmente veremos mais delas surgindo nos próximos anos.
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