Revisão dos mecanismos de consenso do blockchain

Esse artigo foi traduzido originalmente de: Review of blockchain consensus mechanisms. escrito por Gleb Kostarev.

Cripto Moedas usa um livro-razão distribuído ou blockchains para registrar informações, principalmente sobre o equilíbrio de cada endereço para plataformas de transferência de valor (como bitcoin e a maioria das criptografias), embora a abordagem possa ser estendida a qualquer tipo de informação. A chave para o funcionamento da cadeia de blocos é que a rede deve concordar coletivamente sobre o conteúdo do livro-razão. Ao invés de uma autoridade para manter contas sendo centralizadas em uma entidade(como um banco por exemplo), é compartilhado entre todos.

Isso exige que a rede mantenha o consenso em torno das informações registradas na cadeia de blocos. Como esse consenso é alcançado, afeta a segurança e os parâmetros econômicos do protocolo. Aqui estão cinco exemplos de como é feito.

1. Prova de Trabalho (Proof of Work — PoW)

A PoW é o primeiro mecanismo de consenso distribuído, iniciado pelo criador do Bitcoin(BTC) com o pseudônimo de Satoshi Nakamoto. Muitas cripto moedas seguiram o exemplo, incluindo Ethereum(ETH). Na PoW, todos os computadores da rede que são encarregados de manter a segurança do blockchain (conhecidos como mineradores de bitcoin), e trabalham para resolver um quebra-cabeça que consiste em uma função matemática chamada hash. Esta tarefa é de forma direta (para um computador), mas extremamente repetitiva e, portanto, computacionalmente cara. Os computadores competem para encontrar um hash com propriedades específicas. O computador que encontra a resposta primeiro (que é a prova de que eles fizeram o trabalho necessário) pode adicionar um novo bloco de transações ao blockchain. Eles são recompensados com uma parcela de bitcoins recém cunhadas(atualmente 12,5 BTC por bloco, ou aproximadamente a cada 10 minutos), além de todas as pequenas taxas de transação que os usuários pagaram para enviar moedas.

A PoW opera com o princípio de que é caro adicionar uma parcela de novas transações ao blockchain, mas é muito fácil verificar se as transações são válidas devido à natureza transparente do livro-razão. Os mineiros coletivamente verificam toda a cadeia de blocos e as transações não são consideradas totalmente “confirmadas” até que vários novos blocos tenham sido adicionados em cima deles. Se um ator malicioso tentar gastar as moedas de forma fraudulenta, essas transações serão ignoradas pelo resto da rede. A única maneira que um atacante poderia cometer tal fraude é possuir uma grande quantidade de poder computacional, de modo que eles pudessem minerar bloco a bloco, ganhando a competição da PoW a cada momento. Isto é conhecido como um “ataque de 51%” devido à necessidade de possuir mais da metade do hashrate de rede total. A realidade é que nenhum minerador possui uma proporção do poder de hashing total. Assim, tentar uma fraude seria extremamente caro (uma vez que custa tanto quanto o hardware e a energia necessária, além do custo de oportunidade de não suportar a versão válida da blockchain para receber recompensas em troca), e extremamente improvável de ter sucesso. Consequentemente, é melhor (e mais lucrativo) que os mineradores permaneçam honestos.

2. Prova de participação (Proof of Stake — PoS)

Devido à quantidade de energia computacional necessária, a PoW é cara e requer uma grande quantidade de energia. Toda uma indústria cresceu em torno da criação de chips personalizados projetados apenas para mineração. PoS é uma abordagem alternativa que ganhou popularidade nos últimos anos e que não requer hardware especializado. Na Prova do Trabalho, o hashrate determina a probabilidade de um participante adicionar o próximo bloco de transações à blockchain. Na PoS, a probabilidade pelo ganho da moeda e determinada pela participação. Ou seja, cada nó de rede está vinculado a um endereço, e quanto mais as moedas que o endereço tiver, mais provável é que eles vão minerar (ou “participar”, neste caso) o próximo bloco. É como uma loteria: O vencedor é determinado por acaso, porém quanto mais moedas (bilhetes de loteria) eles possuem, maiores são as chances. Um invasor que deseja fazer uma transação fraudulenta precisaria de mais de 50% das moedas para processar as transações necessárias de forma confiável; acompra destes aumentaria o preço e tornaria esse esforço proibitivamente caro. O sistema prova de participação foi pioneiro pelo Nxt. Por que não é intensivo em energia, como a prova do trabalho, os custos não precisam ser reembolsados da mesma forma que é feita como o bitcoin. Assim, os sistemas de prova de participação são adequados para plataformas onde existam uma fonte de moeda estática, sem inflação pelas recompensas dos blocos. As recompensas dos participantes consistem apenas em taxas de transação. Esta é a abordagem adotada pela maioria das plataformas financiadas pelos vendedores (crowdsale), onde os tokens são distribuídos com base no investimento, e diluir isso com mais moedas seria desfavorável.

A prova de participação agora é um mecanismo de consenso bem estabelecido, mas não é freqüentemente usado na sua forma original. Duas variações, Prova de participação locada(Leased Proof of Stake) e Prova de participação delegada(Delegated Proof of Stake), oferecem certas vantagens.

3. Prova de participação locada (Leased Proof of Stake — LPoS)

PoS em sua forma clássica, é improvável que os detentores com saldos pequenos apostem um bloco, assim como pequenos mineradores com baixo hashrate são improváveis de minerar um bloco de bitcoin. Pode ser muitos anos antes que um pequeno detentor tenha a sorte de gerar um bloco. Isso significa que muitos detentores com baixos saldos não executam um nó e deixam a manutenção da rede para um número limitado de jogadores maiores. Uma vez que a segurança da rede é melhor quando há mais participantes, é importante incentivar esses pequenos detentores a participar.

A LPoS consegue isso, permitindo que os titulares aluguem seus saldos aos nós apostadores. Os fundos alugados permanecem no controle total do titular e podem ser movidos ou gastos a qualquer momento (nesse ponto, a locação termina). As moedas alugadas aumentam o “peso” do nó apostador, aumentando assim suas chances de permitir adicionar um bloco de transações ao blockchain. Todas as recompensas recebidas são compartilhadas proporcionalmente com os apostadores. Esta é a abordagem tomada pela Waves.

4. Prova de participação delegada (Delegated Proof of Stake — DPoS)

Uma abordagem similar porém diferente é tomada pelo BitShares e por uma série de outras plataformas. Com a DPoS, os detentores de moedas usam seus saldos para eleger uma lista de nós que terão a oportunidade de participar do blocos de novas transações e adicioná-las ao blockchain. Isso envolve todos os detentores das moedas, embora não os recompense diretamente da mesma maneira que a LPoS. Os titulares também podem votar nas mudanças dos parâmetros da rede, dando-lhes maior influência e propriedade sobre a rede.

5. Prova de Importância (Proof of Importance — PoI)

Uma variação final desses mecanismos de consenso é PoI. A primeira plataforma de cripto moeda que o implementou foi o NEM. Com PoI, não é simplesmente o equilíbrio de moedas que importa. O sistema de consenso da NEM baseia-se na ideia de que a atividade da rede sejaprodutiva, e não apenas a quantidade de moedas, deve ser recompensada. As chances de participar de um bloco é uma função de uma série de fatores, incluindo equilíbrio, reputação (determinado por um sistema separado e projetado por propósito) e o número de transações feitas para e desse endereço. Isso fornece uma imagem mais holística de um membro da rede “útil”.

Existem muitas variações nessas amplas abordagens, e algumas plataformas usam uma combinação de PoW e PoS, muitas vezes usando o PoW para distribuir moedas, e depois seguindo para o PoS em um ponto posterior para manter a rede. Outra abordagem é usar nós Master’s em conjunto com a mineração PoW, como é o caso com DASH e Crown. Estes ajudam a processar transações e receber uma parcela das recompensas do bloco da atividade dos mineradores.

Em todos os casos, o objetivo da abordagem de consenso é garantir a rede, predominantemente através de meios econômicos, onde seja muito caro atacar a rede e mais lucrativo protegê-la.

Thank you very much Gleb Kostarev for sharing the knowledge. Blockchain will still revolutionize!