Como os algoritmos de consenso resolvem problemas com a prova de trabalho do Bitcoin

Antigamente, a mineração de Bitcoin era um assunto da comunidade, mas o processo de confirmação de transações de Bitcoin agora exige uma quantidade imensa de poder de hash específico do algoritmo de mineração SHA-256.

Como resultado, a quantidade de eletricidade necessária para processar e verificar transações atingiu uma escala imensa.

Nos primeiros dias, quando os primeiros usuários gostaram do finalHal Finneycomeçou a experimentar com Bitcoin, os usuários podiam simplesmente abrir o cliente Bitcoin inicial e deixar sua CPU zumbir, criando bitcoins por frações de um centavo. Em contraste, a mineração agora requer dezenas de milhares de dólares em equipamentos, eletricidade e despesas opcionais de hospedagem.

Como resultado, aqueles que têm recursos financeiros significativos passaram a dominar o espaço de mineração de Bitcoin . A mineração hoje é personificada pelo surgimento de operações de mineração de estilo empresarial, hospedadas em datacenters.

Jackson Palmer, que criou a altcoin Dogecoin, baseada no algoritmo scrypt e com prova de trabalho, não está muito otimista quanto à perspectiva da mineração em geral, principalmente no que diz respeito ao consumo de energia.

Ele disse ao CoinDesk:

“Sou abertamente contra a mineração [de prova de trabalho] como o futuro das moedas digitais com base na quantidade de energia que ela desperdiça e nos danos que causa ao meio ambiente – sem dar nada em troca, além de tornar os ricos em moeda fiduciária ainda mais ricos.”

Uma possível solução que já foi implantada no ecossistema de moeda digital se afasta da prova de trabalho, mas ainda incorpora os princípios de sistemas não centralizados.

A grande corrida Tecnologia

Um grande problema que assola a mineração hoje – mas que pode não receber muita atenção – é que os circuitos integrados específicos de aplicação (ASICs) para mineração SHA-256 ou scrypt são capazes de executar apenas um processo.

Os ASICs podem minerar moeda digital e confirmar transações, mas quando se tornam obsoletos pelos equipamentos de mineração de última geração, o equipamento perde rapidamente seu valor.

Embora a maioria dos componentes de equipamentos de mineração sejam recicláveis, o tempo entre a criação e o descarte do produto neste setor é curto.

Para minerar competitivamente, há uma corrida constante para construir e obter equipamentos mais potentes.

Não há nada de errado com um pouco de competição, mas a corrida para construir melhores mineradores viu o surgimento deenormes custos operacionais. Como resultado, muitos mineradores ficam presos a esquemas de retorno sobre o investimento (ROI) de longo prazo que são suscetíveis a quaisquer mudanças significativas no valor de câmbio do bitcoin.

Um declínio nopreço do Bitcoin poderia diminuir o incentivo para muitos mineradores participarem. Embora isso T levasse a nenhuma interrupção imediata, a saúde a longo prazo da rede descentralizada poderia ser colocada em risco, pois apenas as empresas de mineração bem financiadas poderiam continuar trabalhando.

Dadas essas ameaças, existe uma alternativa aos sistemas de prova de trabalho que resolvem problemas criptográficos e, ao mesmo tempo, consomem quantidades excessivas de dinheiro e recursos naturais?

Embora tenha havido uma série de propostas para usar a prova de trabalho para um bom uso, comopara resolver números PRIME ou promovendo a saúde pessoal, essas também podem não ser a solução ideal.

Solução em andamento?

Uma possível solução para problemas relacionados à prova de trabalho pode vir de umaartigo acadêmicopublicado por Miguel Castro e Barbara Liskov do MIT em 1999 apresentando o conceito de Tolerância Prática a Falhas Bizantinas (PBFT).

PBFT é um sistema inicialmente desenvolvido para sistemas de armazenamento de baixa latência – algo que pode ser aplicável em plataformas baseadas em ativos digitais que T exigem uma grande quantidade de rendimento, mas demandam muitas transações.

Daniel Feichtinger, cofundador de uma startup chamadaHiperlivro-razãoque utiliza PBFT, explica como seu sistema distribuído funciona:

“Cada nó publica uma chave pública. Qualquer mensagem que venha através do nó é assinada pelo nó para verificar seu formato. Uma vez que respostas idênticas suficientes sejam alcançadas, então você pode concordar que é uma transação válida.”

Esse acordo constitui o que é conhecido como "consenso". Assim como o Bitcoin usa um sistema descentralizado para confirmar transações sem a necessidade de uma terceira parte confiável, o PBFT depende do grande número de nós para confirmar a confiança. Como resultado, o poder de hash não é necessário neste processo.

“Quando você interage com várias partes, você precisa de algum tipo de mecanismo de consenso para garantir que todos tenham os registros corretos”, disse Dan O’Prey, o segundo cofundador da Hyperledger.

Consenso já em ação

Mecanismos de transação baseados em consenso estão no mercado há algum tempo. A Ripple Labs utiliza essa abordagem como parte de seu protocolo subjacente, com base no conceito de PBFT.

A Ripple Labs lançou recentemente umpapel brancoem seu algoritmo de consenso que aponta oProblema dos generais bizantinos de comunicação através de um LINK não confiável, algo que o PBFT pretende resolver.

O white paper afirma:

“É provável que nenhuma solução para o problema dos generais bizantinos (que já assume sincronicidade e participantes conhecidos) pode tolerar mais de (n−1)/3 falhas bizantinas, ou 33% da rede agindo maliciosamente.”

Como um fork do Ripple, oMoeda digital Stellar apoiada por Stripe, fundada por Jed McCaleb, também abrange esses mesmos ideais. A ideia, como mostrado nos gráficos acima, é que para cada nó adicionado à Universal Nodes List de uma rede, mais forte o sistema se torna.

No entanto, há uma fraqueza fundamental nesse tipo de estrutura – a fonte de incentivo – e é uma pergunta justa a ser feita. Ao contrário da mineração, que incentivo existe para indivíduos ou entidades hospedarem nós?

Tanto a Ripple quanto a Stellar, juntamente com a Hyperledger, acreditam que haverá partes interessadas suficientes para dar suporte aos sistemas de transações baseados em PBFT.

Abordagem do Hyperledger

O projeto Hyperledger permite que os desenvolvedores criem seus próprios ativos digitais com um livro-razão distribuído alimentado por nós construídos no princípio de PBFT.

O sistema poderia ser usado para respaldar digitalmente um ativo real (como uma casa), criar novas moedas ou formar um sistema de consenso tolerante a falhas. O cofundador da Hyperledger, Feichtinger, disse que, usando o último aplicativo, a plataforma de sua empresa poderia até ser usada para sistemas avançados de TI.

Ele explicou:

“Se você fosse a Amazon executando um sistema de arquivos distribuído para AWS [Amazon Web Services] em seu datacenter, [você] quer garantir que um erro não vá corromper a AWS [e] você T precisa de incentivo. Você executa os nós que você quer, [usando] um sistema de consenso.”

A ideia para o uso do PBFT pelo Hyperledger vai além dos sistemas baseados em ativos. Ele pega a ideia de um algoritmo para consenso e o usa para distribuir todos os tipos de soluções técnicas – não apenas a solução de armazenamento de arquivos de baixa latência e alta velocidade que foi originalmente construída para fornecer.

Este pode ser um bom método para testar o poder dos nós que não usam incentivo para desenvolver sua força. O que acontecerá sem tais recompensas? Sistemas como o Hyperledger visam descobrir.

“Se você usar Byzantine Fault Tolerance, idealmente os problemas [de corrupção] serão contidos. Os outros nós podem perceber que [um] nó está se comportando mal e não responder às suas mensagens”, disse Feichtinger.

Consenso como serviço

Pode haver valor em fornecer consenso como serviço da mesma forma que provedores de nuvem vendem software como serviço ou infraestrutura como serviço. No caso de Ripple e Stellar, o consenso se torna um meio de troca de valor.

Feichtinger explicou:

“Assim como o Google executa seus próprios servidores DNS – é do interesse deles ter um DNS saudável. Isso significa que eles conseguem exibir seus anúncios mais rapidamente. Acho que o DNS é um bom exemplo para esse protocolo de baixo nível. Aumentar a saúde do sistema."

Dado o fato de que os sistemas de transação baseados em consenso ainda estão em fase experimental (muito parecido com toda a moeda digital), espere ver soluções adicionais como essas aparecerem no mercado. Se elas provarão ser uma substituição viável para sistemas de prova de trabalho dependerá de uma coisa: se elas são usadas ou não.

Palmer, cuja criação do Dogecoin depende de prova de trabalho auxiliar (ou 'merge mining') para proteger sua rede, acrescentou que precisa haver soluções novas e concretas como Hyperledger e Stellar. Elas, junto com Ripple, ele acredita, podem ajudar a desenvolver o ecossistema de ativos digitais como um todo.

Ele concluiu:

“Tempos emocionantes [estão] à frente. É ótimo ver uma inovação real no espaço da moeda digital em vez de maisBeber Kool-Aid.”

Imagem da chave de criptografiavia Shutterstock