O que é Proof of Stake e por que os desenvolvedores de blockchain decidiram implementá-lo no Ethereum 2.0? Ele realmente escala melhor do que o Proof of Work e, em caso afirmativo, o staking substituirá a mineração?
Em dezembro de 2020, a Ethereum lançou uma nova rede Proof of Stake (PoS) que funciona lado a lado com a rede existente Proof of Work (PoW). Embora a versão completa da nova rede ainda não tenha sido lançada, os usuários agora têm pelo menos um vislumbre do futuro.
Por que Prova de Participação? Porque tem o potencial de tornar todas as redes blockchain escaláveis, portanto, prontas para adoção global.
Podemos ver a tecnologia blockchain como um sistema muito superior aos sistemas de tecnologia legados, mas a verdade é que a maioria das redes blockchain não pode suportar a mesma carga de trabalho que os sistemas centralizados processam.
O cofundador do Ethereum, Vitalik Buterin, pretendia mudar para o Proof of Stake há muito tempo. No entanto, nem mesmo um único desenvolvedor em toda a indústria de blockchain tinha uma ideia de como implementar a atualização de maneira prática.
Existem muitos problemas com PoS, a maioria dos quais desabilita completamente os três recursos fundamentais do trilema blockchain (descentralizado, escalável, seguro). Embora a premissa central das redes PoS seja simples, as soluções em si são muito complicadas.
Interessado em descobrir qual é o próximo estágio da evolução do blockchain? Continue lendo nosso passo a passo extenso, porém simples de entender, da Prova de Participação.
O que é Proof of Stake? Quando foi introduzido?
Proof of Stake é um mecanismo de consenso que os desenvolvedores do Ethereum procuraram implementar desde o lançamento da rede original.
Na verdade, o conceito é muito mais antigo que o Ethereum, pois o PoS foi mencionado pela primeira vez em 2012. Sunny King e Scott Nadal, os criadores do Peercoin, publicaram um artigo co-escrito na época que introduziu o PoS como uma alternativa para PoW.
A linha de pensamento deles era que deveria haver uma maneira mais econômica de minerar Bitcoin, um método que não requer alto consumo de energia.
Naquela época, a rede Bitcoin era tão pequena que todos os usuários combinados gastavam apenas cerca de US$ 150.000 em energia por ano. Hoje, as estatísticas sugerem que os mineradores gastam mais de $5 bilhões em custos anuais de eletricidade. Com o quão cara a mineração é e o grau de influência que ela tem no meio ambiente, certamente deve haver uma maneira melhor de manter a rede, certo?
No PoS, os validadores confirmariam as transações no staking em vez de minerar. A rede blockchain prioriza indivíduos que faz staking de mais moedas, e os maiores detentores teriam mais facilidade em ganhar recompensas.
Como o processo não envolve a resolução de problemas matemáticos complexos por um longo período de tempo, o staking traz uma maneira mais eficiente de manter blockchains.
Afinal, o processo é quase totalmente virtual, envolvendo apenas o ato de travar moedas digitais. Se não for melhor em escala, deve pelo menos economizar custos e gastos de energia.
Quatro razões pelas quais a Proof of Stake é difícil de implementar
Existem quatro razões principais pelas quais o PoS é difícil de implementar em uma rede real sem transformá-lo em uma falha completa.
Como mencionamos anteriormente, o staking funciona bem em teoria. No entanto, o problema começa quando analisamos de forma realista como os indivíduos podem tentar prejudicar a rede, dominá-la ou atacá-la de outras maneiras.
Um staking para governar todos eles no PoW, um minerador aumenta seu potencial de recompensa contribuindo com mais poder para a rede.
No PoS, o mesmo é feito, mas com tokens de staking (bloqueio). Se um único staker (ou um grupo de staking) acumular um grande número de tokens, ele receberá a maior parte de todos os tokens futuros que serão distribuídos.
Devido ao seu design virtual, os tokens são obviamente mais fáceis de acumular e mais tarde representam o poder de um usuário dentro da rede.
Este não é o caso do PoW. Os mineradores precisam alocar espaço físico para suas plataformas, encontrar uma fonte de energia adequada que possa suportar a fazenda de mineração e até mesmo lidar com regulamentações e proibições governamentais.
Embora dinheiro suficiente possa transformar os participantes de PoW e PoS nos governantes de uma rede, a mineração objetivamente leva muito mais passos e riscos em comparação.
Ataques 51% mais fáceis
Assim como no caso acima, um usuário pode assumir o controle da rede acumulando mais de 51% de sua energia. No caso anterior, explicamos por que é mais fácil acumular energia em uma rede PoS.Com isso em mente, vemos mais uma limitação que impede os desenvolvedores de implementar o Proof of Stake.
Nenhum método de distribuição de tokens Quando o Bitcoin chegou, os usuários configurariam um nó e uma carteira. Então, eles utilizariam seu computador para o processo de mineração.
Quando um minerador resolvesse com sucesso o próximo bloco no blockchain do Bitcoin, o usuário receberia um pagamento por esse trabalho. A cada pagamento, a rede distribui lentamente o Bitcoin.
Digamos que um indivíduo chamado John Smith lançou uma rede blockchain baseada em PoS chamada Project Proof of Stake. Novos usuários chegam à rede, configuram uma carteira e se preparam para começar a fazer staking.
Mas quais tokens você usa para staking? A distribuição inicial de criptomoedas em redes PoS é um paradoxo catch-22 para o qual não há solução fácil. Para receber tokens, deve-se bloquear os tokens existentes. Como você faz staking quando não há tokens?
Uma solução que alguns projetos usaram é pré-minar os tokens. Em um projeto pré-minerado, uma série de tokens já circulam no mercado. No entanto, essa não é a melhor solução, pois apenas levanta a questão de quão descentralizada é essa rede.
Nada em jogo? Por último, mas não menos importante, temos uma situação peculiar em que os participantes da rede podem gastar em dobro. Como lembrete, o gasto duplo é o processo de usar as mesmas moedas/tokens mais de uma vez. Os sistemas PoW usam o processo de transações de registro de data e hora para resolver esse problema.
PoS tem uma situação hipotética em que os usuários podem ter ‘Nada em jogo’ (NoS). Toda vez que um nó atende a certas condições de staking, a rede adiciona um bloco. O problema é que dois nós podem atender às condições exatamente ao mesmo tempo.
Quando isso acontece, o token se bifurca. No entanto, os nós resolvem o problema assinando a transação em apenas um dos dois forks.
O problema específico que o NoS traz é que a grande maioria dos nós pode decidir assinar a transação em ambas as redes bifurcadas porque não custaria nada verificar ambas. Como resultado, alguns participantes da rede têm a oportunidade de gastar duas vezes gastando tokens em uma rede e verificando-os em outra.
Como funciona
Em um de nossos artigos anteriores, explicamos a Prova de Trabalho e como ela funciona. Você já deve entender o que é um mecanismo de consenso e por que os sistemas distribuídos e descentralizados precisam dele se você o leu.
Se não, aqui está um resumo rápido: as redes de blockchain armazenam e registram permanentemente informações de transações para garantir a validade e a capacidade de gastar das moedas.
Para que a rede funcione sem problemas e para que todas as informações permaneçam intactas sem qualquer manipulação, todos os participantes precisam chegar a um consenso e concordar com uma determinada versão da rede.
Assim como o PoW, o Proof of Stake também é um mecanismo de consenso. No entanto, os métodos de validação e consenso são totalmente diferentes.
Como lembrete, os mineradores gastam energia elétrica ao resolver problemas matemáticos complexos para minerar blocos (e no mesmo ato criá-los).
No PoS, os mineradores são substituídos por validadores que fazem staking de ativos para validar os blocos, portanto, formar uma cadeia.
O Proof of Stake requer que o usuário execute um nó validador que verifica e confirma os blocos. Ao staking tokens, o nó tem a chance de ser selecionado pela rede e propor um bloco. O processo de seleção é parcialmente aleatório, mas também prioriza os nós com base na riqueza e na idade de staking.
Uma vez que o bloco proposto tenha sido validado o suficiente, a rede irá adicioná-lo oficialmente ao livro-razão. O nó selecionado anteriormente receberá recompensas tanto por propor o bloqueio quanto por verificá-lo. Todos os outros validadores só serão recompensados pela verificação.
A base econômica do staking
Proof of Stake tem um incentivo econômico diferente em comparação com seu irmão mais velho PoW. Os validadores enfrentam consequências muito mais duras por comportamento malicioso, pois depositam fundos pessoais ao participar da rede.
No PoW, os mineradores só precisam pagar os custos de eletricidade para participar ativamente. No PoS, os validadores precisam fazer staking de um grande número de tokens valiosos. Por exemplo, o requisito no Ethereum 2.0 é exatamente 32 Ether.
Aos preços de mercado atuais , o investimento em staking equivale a $40.000. Além disso, uma parte desses fundos pode ser tomada pela rede se o ator se comportar de forma injusta ou não validar adequadamente as transações.
Caso seja a vez de um determinado nó validar o bloco, mas ele estiver offline, ele deverá pagar multas. Imagine que você executa um nó e perde energia elétrica em seu prédio ou acesso online. Como você vai participar da rede? Nesses casos, a única coisa que um validador pode fazer é pagar a multa e participar com mais frequência.
Mas a penalidade de não estar online é consideravelmente menor em comparação com atividades maliciosas direcionadas e intencionais. Se um nó tentar enganar o sistema propondo um histórico de dados de transações falsos ou manipulados, a rede tomará uma grande parte dos ativos mantidos do nó. Em algumas situações, o ator malicioso pode perder tudo.
Com os fatos mencionados em mente, é fácil dizer por que o PoS apresenta melhores incentivos econômicos. Embora a validação possa ser mais fácil do que a mineração, ela traz riscos e penalidades muito mais severas.
Vantagens da Proof of Stake
Se o PoS for implementado corretamente e todas (ou a maioria) das limitações forem removidas, o novo mecanismo de consenso apresentará muitas vantagens em comparação com o PoW. Na verdade, o novo sistema até remove certas características ruins que as redes PoW têm.
Melhor escalabilidade
Embora o sistema PoS não melhore inerentemente a escalabilidade, existem certos recursos baseados na mesma infraestrutura tecnológica que conseguem isso.
Os desenvolvedores criaram sharding para dimensionar o PoS, pois permite que eles melhorem a velocidade da rede enquanto mantêm um ambiente seguro.
Sharding basicamente divide as chains em múltiplos shards, onde cada um é capaz de processar e formar blocos. Como os nós validam blocos simultaneamente em vários fragmentos/cadeias, a rede blockchain principal funciona mais rápido.
Este conceito é semelhante à tecnologia de computador, onde os processadores possuem vários núcleos (assim como threads), e cada um funciona para alimentar o mesmo processo.
Melhor descentralização
Nesse sentido, podemos ver as redes Proof of Stake como mais descentralizadas, pois eliminam certos fatores ruins comumente encontrados em PoW.
O validador não requer hardware de mineração caro, ele não precisa do espaço de armazenamento necessário para hospedar plataformas de mineração e não há absolutamente nenhuma preocupação com a redução dos custos de energia.
Com apenas uma pequena barreira de entrada, o PoS é mais descentralizado, pois pessoas de várias origens podem ingressar na rede.
Para hospedar um nó validador, o usuário deve ter apenas acesso à internet, um computador e uma certa quantidade de criptomoedas. Portanto, PoS é mais descentralizado em comparação com PoW.
Melhor acessibilidade Os mesmos benefícios que mencionamos acima também são aparentes quando falamos de acessibilidade.
Entrar em qualquer rede PoS requer o mesmo para ols como investir em criptomoedas ou negociar ativamente no mercado. Comparado com o mecanismo de consenso mais antigo, o PoS é definitivamente mais fácil de acessar e fazer parte.
No entanto, a acessibilidade é parcialmente limitada pelo requisito de staking. Podemos dizer com certeza que a maioria das pessoas não pode pagar os 32 ETH necessários para staking no Ethereum 2.0, especialmente nos preços atuais.
No entanto, ainda podemos ver redes PoS mais novas no futuro que não exigem um investimento tão alto para staking. Além disso, o próprio Ethereum 2.0 pode ver pools de validadores compartilhados, assim como os mineradores de Bitcoin compartilham os mesmos pools de mineração.
Os desenvolvedores da indústria de blockchain tendem a lançar atualizações de tempos em tempos, em vez de lançar uma atualização importante. O mesmo é aplicado com o lançamento do Ethereum 2.0, que será lançado em várias fases.
Em novembro de 2020, a Ethereum lançou um contrato de depósito para a nova rede. Após coletar mais de 500.000 ETH de futuros validadores, o contrato inteligente do projeto lançou automaticamente o primeiro estágio do Ethereum 2.0 Fase 0.
A tarefa da cadeia de beacon é implementar lentamente recursos como staking e sharding na rede. A fase 0 começou com a coleta de uma lista de todos os validadores iniciais que ingressarão no novo livro.
Para participar, um usuário deve fazer staking pelo menos 32 ETH para se tornar um validador. No Ethereum 2.0, validadores são nós que confirmam transações e formam novos blocos. Um usuário pode executar vários nós, mas ele requer 32 Ether para cada um.
Os desenvolvedores antecipam o lançamento de mais duas fases ao longo de 2021, se não três. Fase 1, Fase 1.5 e Fase 2 implementariam lenta, mas seguramente todos os recursos necessários para lançar a versão final e completa do Ethereum 2.0.
Não há plano ou cronograma concreto para o processo de encenação. No entanto, a maioria dos membros da comunidade espera que os desenvolvedores lancem pelo menos a Fase 1 e a Fase 1.5 até o final do ano.
A fase final também pode ser lançada em 2021, mas os usuários estão preocupados com o progresso do Ethereum 2.0. Ao final deste processo de lançamento, o Ethereum 2.0 substituirá a antiga rede PoW. Até esse momento, ambas as cadeias funcionarão lado a lado.
Pensamentos finais
A Proof of Stake é uma alternativa conceitualizada ao mecanismo de consenso original da Prova de Trabalho. A ideia surgiu pela primeira vez em agosto de 2012, quando dois desenvolvedores descobriram que a noção de idade da moeda poderia substituir o PoW e aumentar a eficiência energética.
Desde 2015, os desenvolvedores do Ethereum trabalharam duro para migrar sua própria rede de PoW para PoS. Após cinco anos, a equipe finalmente lançou a primeira fase do Ethereum 2.0. Ainda temos que ver se a nova rede pode suportar a carga de trabalho da rede mais antiga.
No entanto, os desenvolvedores estão confiantes que o PoS irá tão longe quanto o modelo mais antigo. Proof of Stake substitui mineradores por validadores que precisam fazer staking de ativos para participar da rede. Os inúmeros recursos disponíveis na arquitetura PoS possibilitam que os blockchains se tornem mais escaláveis, mais descentralizados e acessíveis a todos.
Por muito tempo, o PoS serviu como um farol de esperança para os entusiastas de blockchain que estavam incertos sobre o futuro do setor. Sem qualquer escalabilidade à vista, parecia que os blockchains nunca seriam capazes de competir com sistemas centralizados ao nível corporativo.
O Ethereum 2.0 esclarecerá de uma vez por todas essas dúvidas e inaugurará uma nova era de finanças descentralizadas?
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