As redes de cadeia de blocos (Blockchain) são protegidas por uma variedade de mecanismos que incluem técnicas criptográficas avançadas e modelos matemáticos de comportamento e tomada de decisão. A tecnologia Blockchain é a estrutura fundamental da maioria dos sistemas de Criptomoedas e é o que impede que este tipo de dinheiro digital seja duplicado ou destruído.
O uso da tecnologia Blockchain também está sendo explorado em outros contextos onde a imutabilidade e a segurança dos dados são altamente valiosas. Alguns exemplos incluem o ato de registrar e rastrear doações para instituições de caridade, bancos de dados médicos e gerenciamento da cadeia de suprimentos.
No entanto, a segurança da Blockchain está longe de ser uma questão simples. Portanto, é importante compreender os conceitos e mecanismos básicos que asseguram uma proteção robusta para estes sistemas inovadores.
Conceitos de Imutabilidade e Consenso
Embora existam muitas características que atuam na segurança associada à Blockchain, duas das mais importantes são os conceitos de imutabilidade e consenso. Consenso refere-se à capacidade dos nós, dentro de uma rede Blockchain distribuída, de concordar sobre o verdadeiro estado da rede e a validade das transações. Tipicamente, o processo de obtenção de consenso depende dos chamados algoritmos de consenso.
A imutabilidade, por outro lado, refere-se à capacidade do Blockchain de impedir a alteração de transações já confirmadas. Embora essas transações estejam geralmente relacionadas à transferência de Criptomoedas, elas também podem se referir ao registro de outras formas não-monetárias de dados digitais.
A combinação, o consenso e a imutabilidade fornecem a estrutura para a segurança de dados em redes Blockchain. Enquanto os algoritmos de consenso garantem que as regras do sistema estão sendo seguidas e que todas as partes envolvidas concordam sobre o estado atual da rede, a imutabilidade garante a integridade dos registros e transações de dados após cada novo bloco de dados ser confirmado como válido.
O Papel da Criptografia na Segurança da Cadeia de Blocos
As redes em cadeia dependem muito da criptografia para alcançar a segurança de seus dados. Uma função criptográfica que é extremamente importante em tal contexto é a precipitação. O hashing é um processo pelo qual um algoritmo conhecido como função hash toma uma entrada de dados de qualquer tamanho e retorna uma determinada saída que contém um valor de comprimento fixo.
Independentemente do tamanho da entrada, a saída será sempre do mesmo tamanho. Se a entrada mudar, a saída será totalmente diferente. Entretanto, se a entrada não mudar, o hash resultante será sempre o mesmo — não importa quantas vezes você execute a função de hash.
Nas redes Blockchain, estes valores de saída, conhecidos como hashes, são usados como identificadores únicos para blocos de dados. O hash de cada bloco é gerado em relação ao hash do bloco anterior, e isto é o que liga os blocos, formando uma cadeia de blocos. Além disso, o hash do bloco depende dos dados contidos naquele bloco, o que significa que qualquer mudança feita nos dados exigiria uma mudança no hash do bloco.
Portanto, o hash de cada bloco é gerado com base nos dados contidos naquele bloco e no hash do bloco anterior. Estes identificadores de hash desempenham um papel importante para garantir a segurança e a imutabilidade da cadeia de blocos.
O hash também é alavancado nos algoritmos de consenso usados para validar transações. Na cadeia de bloco Bitcoin, por exemplo, o algoritmo Proof of Work (PoW) utilizado para obter consenso e para extrair novas moedas, utiliza uma função de hash chamada SHA-256. Como o nome sugere, a função SHA-256 recebe entrada e retorna um hash de 256 bits ou 64 caracteres.
Além de fornecer proteção para registros de transações em ledgers, a criptografia também desempenha um papel importante para garantir a segurança das carteiras usadas para armazenar as Criptomoedas.
As chaves públicas e privadas que permitem aos usuários respectivamente receber e enviar pagamentos são criadas através do uso de criptografia de chave pública (também conhecida como criptografia assimétrica). As chaves privadas são utilizadas para gerar assinaturas digitais para transações, tornando possível autenticar a propriedade das moedas que estão sendo enviadas.
Embora os detalhes estejam além do escopo deste artigo, a natureza da criptografia assimétrica impede que qualquer pessoa, exceto o titular da chave privada, acesse os fundos armazenados em uma carteira de moeda digital, mantendo assim esses fundos seguros até que o proprietário decida gastá-los (desde que a chave privada não seja compartilhada ou comprometida).
Criptoeconomia
Além da criptografia, um conceito relativamente novo conhecido como criptoeconomia também desempenha um papel na manutenção da segurança das redes de cadeias de blocos.
Está relacionado a um campo de estudo conhecido como teoria dos jogos, que modelam matematicamente a tomada de decisões por agentes racionais em situações com regras e recompensas pré-definidas.
Enquanto a teoria tradicional dos jogos pode ser amplamente aplicada a uma variedade de casos, a criptoeconomia especificamente modela e descreve o comportamento dos nós em sistemas de cadeias de blocos distribuídas.
Em resumo, a criptoeconomia é o estudo da economia nos protocolos da cadeia de blocos e os possíveis resultados que seu desenho pode apresentar com base no comportamento de seus participantes.
A segurança através da criptoeconomia é baseada na noção de que os sistemas de cadeia de blocos fornecem maiores incentivos para que os “nós” ajam honestamente em vez de adotar comportamentos maliciosos ou defeituosos. O algoritmo de consenso da Prova de Trabalho usado na mineração Bitcoin fornece um bom exemplo desta estrutura de incentivo.
Quando o Satoshi Nakamoto criou a estrutura para a mineração de Bitcoin, ela foi intencionalmente projetada para ser um processo caro e de uso intensivo de recursos. Devido a sua complexidade e exigências computacionais, a mineração PoW envolve um investimento considerável de tempo e dinheiro — independentemente de onde e quem é o nó de mineração.
Portanto, tal estrutura proporciona um forte desestímulo para atividades maliciosas e incentivos significativos para atividades de mineração honestas. Os nós desonestos ou ineficientes serão rapidamente expulsos da rede de blocos, enquanto os mineiros honestos e eficientes terão o potencial de recompensas substanciais.
Da mesma forma, este equilíbrio de riscos e recompensas também concede proteção contra-ataques potenciais que poderiam enfraquecer o consenso ao colocar a maioria da taxa de haxixe de uma rede de cadeia de blocos nas mãos de um único grupo ou entidade.
Tal ataque, conhecido como o ataque de 51%, poderia ser extremamente prejudicial se executado com sucesso. Devido à competitividade da mineração de Prova de Trabalho e à magnitude da rede Bitcoin, a probabilidade de um agente malicioso assumir o controle da maioria dos nós é extremamente pequena.
Além disso, o custo em termos de poder de computação necessário para obter 51% de controle de uma enorme rede de cadeias de blocos seria astronômico, proporcionando um desestímulo imediato para fazer um investimento tão grande para uma recompensa potencial relativamente pequena.
Este fato contribui para uma característica das cadeias de blocos conhecidas como Byzantine Fault Tolerance (BFT), que é essencialmente a capacidade de um sistema distribuído de continuar a funcionar normalmente mesmo que alguns “nós” estejam comprometidos ou atuem maliciosamente.
Enquanto o custo para estabelecer a maioria dos “nós” permanecer proibitivo e houver melhores incentivos para atividades honestas, o sistema será capaz de prosperar sem interrupções significativas. Vale notar, no entanto, que pequenas redes em cadeia de blocos são certamente suscetíveis a este tipo de ataque porque a taxa total de hash dedicada a estes sistemas é consideravelmente menor do que a do sistema Bitcoin.
Conclusão
Através do uso combinado da teoria dos jogos e da criptografia, as correntes de blocos são capazes de atingir altos níveis de segurança como sistemas distribuídos. Como em quase todos os sistemas, porém, é fundamental que estes dois campos de conhecimento sejam aplicados corretamente. Um equilíbrio cuidadoso entre descentralização e segurança é vital para a construção de uma rede confiável e eficaz de Criptomoedas.
Como os usos da blockchain continuam a evoluir, seus sistemas de segurança também mudam para atender às necessidades de diferentes aplicações. As cadeias de blocos privadas agora sendo desenvolvidas para empresas comerciais, por exemplo, dependem muito mais da segurança através do controle de acesso do que os mecanismos da teoria do jogo (ou cripto-economia) que são indispensáveis para a segurança da maioria das cadeias de blocos públicas.
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