Se você já ouviu falar de blockchains, provavelmente já ouviu falar de bitcoin. E se você já ouviu falar de bitcoin, você também já ouviu falar que se trata de uma moeda digital. Mas você sabia que, para mantê-la segura, é necessário uma quantidade enorme de energia? E por que isso acontece? E o mais importante: quais são as alternativas para isso? A resposta está nos mecanismos de consenso da blockchain.

Minerar novas moedas, no caso da bitcoin, toma uma grande quantidade de processamento por conta do sistema de Consenso nela utilizado: a Prova de Trabalho, ou Proof-of-Work (PoW).

Mecanismos de consenso são os processos responsáveis para fazer com que o sistema de blockchain seja seguro e confiável para todos. É um processo que, em geral, se desenvolve a partir da solicitação de um novo registro na blockchain: no caso das criptomoedas, isso pode ser a transferência das moedas de um usuário a outro.

A partir disso, a rede inicia o processo de validação dessa transação e, caso esteja tudo certo, de acordo com o mecanismo de consenso, ela é registrada no bloco atual que será conectado à blockchain. Se não, ela será descartada.

Existem várias formas de executar o processo de consenso. Por isso, hoje vamos conhecer algumas das formas mais famosas e sua relação com a descentralização das blockchains, com o uso de energia, com a velocidade do processo e o seu custo.

Proof-of-Work, ou Prova de Trabalho (PoW)

A ideia desse mecanismo foi introduzida, pela primeira vez, em 1993, com o objetivo de combater o spam de e-mails, mas somente com a criação da bitcoin, por Satoshi Nakamoto em 2009, a tecnologia passou a, de fato, ser utilizada.

O algoritmo da Prova de Trabalho funciona através de um mecanismo que faz com que vários participantes da rede tentem resolver um problema computacional criptográfico. O primeiro a resolver esse problema computacional recebe uma recompensa em criptomoedas, de forma que a Prova de Trabalho é um processo competitivo.

Os participantes da rede que competem entre si para resolver esse problema são chamados de mineradores, e, através da resolução desse problema computacional, eles estão basicamente competindo para registrar novos blocos na blockchain, blocos estes que contêm as informações de transações ocorridas na rede.

Com a competitividade criada em torno de “minerar” novos blocos e conquistar a recompensa, os mineradores têm investido cada vez mais em poder computacional e energia, criando verdadeiras “fazendas de mineração”, com galpões lotados de hardware.

De acordo com o Digiconomist, em 2018, somente os mineradores de bitcoin já eram responsáveis pelo consumo de 54 bilhões de Watts-hora.

Dessa forma, apesar de qualquer um poder participar da competição pela mineração de novos blocos, para que um minerador tenha alguma chance, ele precisa possuir equipamento muito caro e especializado.

Essa dificuldade é um traço intencional da rede que gera uma escassez de moedas, o que conduz ao aumento de seu valor.

A grande vantagem desse método é a extrema segurança. Já a desvantagem, por sua vez, é a lentidão, que leva à demora para que uma transação seja confirmada, o custo e, principalmente, a possibilidade de centralização da rede com o tempo, pois aqueles com mais recursos dominam a mineração de blocos.

Proof of Stake, ou Prova de Participação (PoS)

Em 2011, foi proposto um novo mecanismo de consenso: a Prova de Participação. A ideia básica em torno desse mecanismo é que os usuários, ao invés de despender grandes esforços computacionais, deixem uma quantidade de suas próprias criptomoedas retidas, como uma garantia de que os blocos serão registrados de maneira honesta. Afinal, caso isso não aconteça, ele perderá uma parte de suas moedas retidas, ou em stake.

Essa é uma alternativa de baixo custo que possibilita uma descentralização ainda maior nas redes, se comparada à Prova de Trabalho. Qualquer um pode participar da rede, desde que tenha uma quantidade inicial mínima de criptomoedas para colocar em stake. Feito isso, a probabilidade de registrar o próximo bloco e ganhar a recompensa é equivalente à porcentagem de criptomoedas deixadas em stake.

Mas então quem tem mais criptomoedas é beneficiado?

Sim. E como isso pode ser justo?

Bom, apesar de não ser 100% justo, ele é certamente mais justo do que a Prova de Trabalho. 

Veja bem, na Prova de Trabalho, os recursos necessários para se ganhar vantagem na competição pela mineração são poder computacional e energia elétrica. No entanto, o preço pago por esses itens não sobe de forma linear, de forma que quanto mais você adquire, melhores os preços que você consegue.

Além disso, muitos mineradores detentores de uma grande quantidade de recursos de mineração optam por se juntar em mining pools, aumentando ainda mais as suas chances de sucesso.

Na Prova de Participação, não é necessário nenhum equipamento caro para minerar um bloco e, por mais que isso seja contra intuitivo, isso o torna um método menos centralizador para a rede blockchain.

As vantagens são a eficiência no consumo de energia elétrica, a alta segurança e a grande escalabilidade. Já a grande desvantagem é o atrelamento das recompensas à quantidade de moedas retidas, bem como ao tempo de stake.

Delegated Proof of Stake, ou Prova de Participação Delegada (DPoS)

A Prova de Participação Delegada funciona de uma forma um pouco diferente. Nessa forma de consenso, detentores de tokens na rede de blockchain podem selecionar um produtor de novos blocos através de votação. Assim, qualquer um pode, em potencial, ser um produtor de blocos, desde que encontre uma forma de persuadir os stakeholders.

No caso da EOS, a primeira blockchain a implementar esse mecanismo, há apenas 21 produtores de blocos, ou “witnesses”, como são conhecidos. Cada um desses indivíduos é pago para produzir novos blocos, e a taxa também é decidida pelos stakeholders, ou seja, os detentores de tokens da rede.

As vantagens desse método são a eficiência de consumo energético e a velocidade do mecanismo. Já a desvantagem é a alta centralização do sistema.

Proof of Authority, ou Prova de Autoridade (PoA)

A Prova de Autoridade é mais adequada para blockchains privadas. Blockchains que usam esse mecanismo tem um algoritmo de consenso colaborativo. Nesse sistema, transações e blocos são validados por contas pré-aprovadas. Os Nodes que fazem essa validação rodam o software de consenso e registram as transações nos blocos.

Um exemplo de uso desse mecanismo de consenso em blockchain é em redes de teste, usadas para testar aplicações antes de implantá-las em redes públicas.

A Prova de Autoridade tem como vantagens a velocidade e a eficiência energética. Já sua desvantagem principal é a centralização extrema do mecanismo.

Proof of Elapsed Time, ou Prova de Tempo Decorrido (PoET)

A Prova de Tempo Decorrido é um mecanismo de consenso competitivo que é frequentemente usado por blockchains privadas para decidir direitos de mineração em um sistema. Em uma blockchain privada, é exigido que cada participante se identifique antes de se juntar à rede.

A Prova de Tempo Decorrido seleciona um Node aleatoriamente para validar um bloco, dando a todos a mesma chance. Funciona assim: o algoritmo gera um tempo de espera aleatório para cada participante na rede, durante esse tempo, o Node ficará inativo. Assim, quando o Node com a menor quantidade de tempo terminar sua espera, ele poderá registrar um bloco.

Esse mecanismo funciona de forma parecida com a Prova de Trabalho, mas, pela possibilidade de que os Nodes “durmam” durante o tempo em que não estão ativos, a eficiência energética é maior. 

Esse sistema funciona bem para controlar o custo do processo de consenso, além de funcionar para projetos internos ou naqueles em que todos os participantes são conhecidos.

Suas vantagens são o baixo custo de manutenção e a alta escalabilidade. Porém suas desvantagens passam pela alta necessidade de hardware especializado e a necessidade de que os participantes da rede sejam conhecidos.

Proof of Capacity (PoC) e Proof of Space (PoSpace)

As blockchains que utilizam os mecanismos de Proof of Space e Proof of Capacity têm um sistema de consenso colaborativo. Nesses mecanismos, os Nodes que estão registrando transações, ou os “farmers”, alocam uma quantidade disponível e não utilizada de sua memória ou espaço de disco.

Qualquer um pode ser um farmer, portanto esses mecanismos possibilitam uma grande capacidade de descentralização da rede.

Além disso, ao invés de usar uma grande capacidade de processamento, o farmer aloca apenas uma quantidade de “sobra” da sua memória.

Esse também não é um mecanismo competitivo, de forma que essa é uma alternativa mais verde em relação a outros algoritmos de consenso na blockchain, além de ser, também, mais justa.

Suas vantagens são o uso de um espaço de hardware que está “sobrando” e o baixo impacto ambiental. A desvantagem, nesse caso, é apenas a novidade de tecnologia, que ainda não foi largamente testada.

Conclusão

Agora você já sabe como funcionam e para que servem os mecanismos de consenso, bem como os diferentes mecanismos existentes, suas vantagens e desvantagens específicas para os sistemas de blockchain. Se ficou alguma dúvida ou deseja acrescentar algo, deixe aqui nos comentários que terei o maior prazer em responder.

E aproveite que está aqui no blog para ler outros artigos. 

Até o próximo!