Um (breve) guia para protocolos de consenso de blockchain

Ouvimos muito falar sobre como os blockchains públicos vão mudar o mundo, mas para funcionar em escala global, um livro-razão público compartilhado precisa de um algoritmo de consenso funcional, eficiente e seguro.

Um algoritmo de consenso, como o do bitcoinprova de trabalho ( ONE sobre o qual ouvimos falar com mais frequência) faz duas coisas: garante que o próximo bloco em uma blockchain seja a ONE versão da verdade e impede que adversários poderosos descarrilem o sistema e bifurquem a cadeia com sucesso.

Na prova de trabalho, os mineradores competem para adicionar o próximo bloco (um conjunto de transações) na cadeia, correndo para resolver um quebra-cabeça criptográfico extremamente difícil. O primeiro a resolver o quebra-cabeça ganha na loteria. Como recompensa por seus esforços, o minerador recebe 12,5 bitcoins recém-cunhados – e uma pequena taxa de transação.

No entanto, embora seja uma obra-prima por si só, a prova de trabalho do bitcoin T é tão perfeita.

As críticas comuns incluem que requer enormes quantidades deenergia computacional, que não é bem escalável (a confirmação da transação leva de 10 a 60 minutos) e que a maior parte da mineração é centralizada em áreas do mundo onde a eletricidade é barata.

O criador do Bitcoin , Satoshi Nakamoto, nos despertou para o potencial do blockchain, mas isso T significa que T podemos KEEP buscando algoritmos de consenso mais rápidos, menos centralizados e com maior eficiência energética para nos levar ao futuro.

Embora não seja uma lista completa, a seguir estão algumas das abordagens alternativas que estão sendo discutidas por aí.

Prova de participação

A alternativa mais comum à prova de trabalho é a prova de participação.

Nesse tipo de algoritmo de consenso, em vez de investir em equipamentos de informática caros em uma corrida para minerar blocos, um "validador" investe nas moedas do sistema.

Observe o termo validador. Isso porque não existe criação de moeda (mineração) na prova de participação. Em vez disso, todas as moedas existem desde o ONE dia, e os validadores (também chamados de stakeholders, porque detêm uma participação no sistema) são pagos estritamente em taxas de transação.

Na prova de participação, sua chance de ser escolhido para criar o próximo bloco depende da fração de moedas no sistema que você possui (ou reservou para participação). Um validador com 300 moedas terá três vezes mais chances de ser escolhido do que alguém com 100 moedas.

Uma vez que um validador cria um bloco, esse bloco ainda precisa ser comprometido com o blockchain. Diferentes sistemas de proof-of-stake variam em como eles lidam com isso. No Tendermint, por exemplo, cada nó no sistema tem que assinar um bloco até que uma votação majoritária seja alcançada, enquanto em outros sistemas, um grupo aleatório de signatários é escolhido.

Agora, nos deparamos com um problema. O que desencoraja um validador de criar dois blocos e reivindicar dois conjuntos de taxas de transação? E o que desencoraja um signatário de assinar ambos os blocos? Isso tem sido chamado de 'nada em jogo' problema. Um participante que não tem nada a perder não tem razão para não se comportar mal.

No campo crescente de 'criptoeconomia', engenheiros de blockchain estão explorando maneiras de lidar com esse e outros problemas. Uma resposta é exigir que um validador bloqueie sua moeda em um tipo de cofre virtual.

Se o validador tentar assinar duas vezes ou bifurcar o sistema, essas moedas serão cortadas.

Peercoin foi a primeira moeda a implementar proof of stake, seguida por blackcoin e NXT. Ethereum atualmente depende de proof of work, mas está planejando uma mudança para proof of stake no início de 2018.

Prova de atividade

Para evitar a hiperinflação (o que acontece quando uma quantidade muito grande de uma moeda inunda o sistema), o Bitcoin só produzirá 21 milhões de bitcoins. Isso significa que, em algum momento, o subsídio de recompensa de bloco do Bitcoin terminará e os mineradores de Bitcoin receberão apenas taxas de transação.

Alguns especularam que isso poderia causar problemas de segurança resultantes de um 'tragédia dos comuns', onde as pessoas agem em interesse próprio e estragam o sistema. Então,prova de atividade foi criado como uma estrutura de incentivo alternativa para Bitcoin. Proof of activity é uma abordagem híbrida que combina proof of work e proof of stake.

Na prova de atividade, a mineração começa de uma forma tradicional de prova de trabalho, com mineradores correndo para resolver um quebra-cabeça criptográfico. Dependendo da implementação, os blocos minerados não contêm nenhuma transação (eles são mais como modelos), então o bloco vencedor conterá apenas um cabeçalho e o endereço de recompensa do minerador.

Neste ponto, o sistema muda para proof of stake. Com base nas informações do cabeçalho, um grupo aleatório de validadores é escolhido para assinar o novo bloco. Quanto mais moedas um validador possui no sistema, maior a probabilidade de ele ou ela ser escolhido. O modelo se torna um bloco completo assim que todos os validadores o assinam.

Se alguns dos validadores selecionados não estiverem disponíveis para completar o bloco, então o próximo bloco vencedor é selecionado, um novo grupo de validadores é escolhido, e assim por diante, até que um bloco receba a quantidade correta de assinaturas. As taxas são divididas entre o minerador e os validadores que assinaram o bloco.

As críticas à prova de atividade são as mesmas que à prova de trabalho (é necessária muita energia para minerar blocos) e à prova de participação (não há nada que impeça um validador de assinar duas vezes).

Decred é a única moeda atualmente que utiliza uma variação de prova de atividade.

Prova de queimadura

Com a prova de queima, em vez de despejar dinheiro em equipamentos de computador caros, você "queima" moedas enviando-as para um endereço onde elas são irrecuperáveis. Ao comprometer suas moedas com a terra do nunca, você ganha um privilégio vitalício para minerar no sistema com base em um processo de seleção aleatório.

Dependendo de como a prova de queima é implementada, os mineradores podem queimar a moeda nativa ou a moeda de uma cadeia alternativa, como Bitcoin. Quanto mais moedas você queimar, maior a chance de ser selecionado para minerar o próximo bloco.

Com o tempo, sua participação no sistema diminui, então, eventualmente, você vai querer queimar mais moedas para aumentar suas chances de ser selecionado na loteria. (Isso imita o processo de mineração do bitcoin, onde você tem que investir continuamente em equipamentos de computação mais modernos para manter o poder de hash.)

Embora a proof of burn seja uma alternativa interessante à proof of work, o protocolo ainda desperdiça recursos desnecessariamente. Outra crítica é que o poder de mineração simplesmente vai para aqueles que estão dispostos a queimar mais dinheiro.

A única moeda que usa proof of burn é a slimcoin, uma Criptomoeda baseada em peercoin. Ela usa uma combinação de proof of work, proof of stake e proof of burn, mas é apenas semi-ativo Neste momento.

Prova de capacidade

Como vimos, a maioria desses protocolos alternativos emprega algum tipo de esquema pay-to-play. A prova de capacidade não é diferente, mas aqui você "paga" com espaço no disco rígido. Quanto mais espaço no disco rígido você tiver, melhor será sua chance de minerar o próximo bloco e ganhar a recompensa do bloco.

Antes de minerar em um sistema de prova de capacidade, o algoritmo gera grandes conjuntos de dados conhecidos como "plots", que você armazena no seu disco rígido. Quanto mais plots você tiver, maior será sua chance de encontrar o próximo bloco na cadeia.

Ao investir em terabytes de espaço no disco rígido, você ganha uma chance maior de criar blocos duplicados e bifurcar o sistema. Mas com a prova de capacidade, ainda temos o problema de não haver nada em jogo para deter os malfeitores.

As variações da prova de capacidade incluem prova de armazenamento eprova de espaço. Burstcoin é a única Criptomoeda que usa uma forma de prova de capacidade.

Prova de tempo decorrido

A fabricante de chips Intel criou seu próprio protocolo de consenso alternativo chamadoprova de tempo decorrido. Este sistema funciona de forma semelhante à prova de trabalho, mas consome muito menos eletricidade.

Além disso, em vez de fazer com que os participantes resolvam um quebra-cabeça criptográfico, o algoritmo usa um ambiente de execução confiável (TEE) – como o SGX – para garantir que os blocos sejam produzidos de forma aleatória, mas sem o trabalho necessário.

A abordagem da Intel é baseada em um tempo de espera garantido fornecido pelo TEE. De acordo com a Intel, o algoritmo poof-of-elapsed-time escala para milhares de nós e rodará eficientemente em qualquer processador Intel que suporte SGX.

O ONE problema com esse protocolo é que ele exige que você confie na Intel — e confiar em terceiros T é o que estávamos tentando evitar com os blockchains públicos?

Imagem de chicletesvia Shutterstock