O que é PoW? Conheça o mecanismo de segurança básico do Bitcoin

Informação que Deve Ser Conhecida Agora

Proof of Work (PoW) é o algoritmo de consenso projetado para impedir o problema do gasto duplo em redes de dinheiro digital. Esta é a base de segurança do Bitcoin e de várias outras altcoins. PoW desempenha um papel fundamental no processo de mineração, onde os mineradores verificam transações e adicionam novos blocos à blockchain, ao mesmo tempo que geram novas unidades de criptomoeda. Para manter a descentralização e segurança da rede, o PoW exige que os participantes invistam recursos computacionais e energia elétrica consideráveis.

O Que é PoW e Por Que é Importante?

Proof of Work é um mecanismo de consenso desenvolvido para resolver o problema do gasto duplo em ambientes de pagamento digital. De forma simples, é um método para que partes não confiáveis possam alcançar consenso sobre o estado de uma base de dados financeira.

Bitcoin e muitas outras criptomoedas escolheram o PoW como método para proteger a integridade da rede blockchain. Quando você participa de uma rede PoW, está entrando em um sistema no qual não precisa confiar em uma entidade centralizada.

Satoshi Nakamoto introduziu o PoW no white paper do Bitcoin em 2008, mas essa tecnologia tem origem muito antes. HashCash de Adam Back foi uma das primeiras aplicações de Proof of Work, usada para combater spam. Ela exige que os remetentes de e-mails realizem um cálculo para provar que não são sistemas de envio em massa de spam. Para remetentes legítimos, esse custo computacional é insignificante; mas para spammers que querem enviar milhões de e-mails, esse custo se torna extremamente alto.

Problema do Gasto Duplo: A Preocupação das Moedas Digitais

Gasto duplo é o fenômeno em que a mesma unidade de dinheiro é usada várias vezes. Este termo quase só existe no mundo do dinheiro digital, pois no dinheiro físico isso quase não acontece.

Imagine que você compra algo com dinheiro em espécie. Você entrega o dinheiro ao atendente da loja, e ele o registra na caixa registradora. Agora, você não pode simplesmente pegar essa nota e usá-la em outro lugar.

Mas no mundo digital, todo dinheiro é dado por dados. Você pode facilmente copiar um arquivo e enviá-lo para várias pessoas. O problema é que, sem mecanismos de controle, você pode enviar a mesma unidade de dinheiro digital para três pessoas diferentes — algo que o sistema de dinheiro físico tradicional nunca permitiria.

Um sistema de pagamento digital que não consegue impedir o gasto duplo inevitavelmente colapsará. A solução para esse problema são mecanismos de consenso como o Proof of Work.

Por Que o PoW é Necessário para Blockchain?

Em uma rede blockchain, todos estão continuamente enviando transações. No entanto, essas transações não são automaticamente consideradas válidas imediatamente. Elas só se tornam oficiais após serem verificadas e adicionadas à blockchain.

Imagine um grupo de amigos com um caderno para registrar suas transações de Bitcoin. Sempre que alguém quer transferir dinheiro, escreve no caderno:

“Alice envia para Bob 5 BTC; Bob envia para Carol 2 BTC”

Porém, para garantir que ninguém gaste dinheiro que não possui, é necessário registrar a origem de cada quantia. Assim, quando Bob envia 2 BTC para Carol, a entrada real será:

“Bob envia para Carol 2 BTC, vindo de uma transação anterior com Alice”

Agora, se Bob tentar usar esses mesmos 2 BTC em outra transação, todos perceberão imediatamente que esse dinheiro já foi registrado, e a transação será rejeitada.

Esse método funciona bem em grupos pequenos onde todos se conhecem e podem facilmente concordar sobre quem pode adicionar transações ao caderno.

Mas o que acontece se o grupo tiver 10.000 membros? Ou um milhão? Ninguém quer confiar em uma única pessoa desconhecida para gerenciar o registro de todos. É aí que entra o Proof of Work. PoW é um mecanismo que permite que qualquer pessoa na rede atualize a blockchain sem precisar confiar em uma autoridade central. Combinando criptografia e teoria dos jogos, garante que os usuários só possam gastar o que realmente possuem.

Como Funciona o Proof of Work?

Ao invés de adicionar uma transação de cada vez ao caderno, as redes blockchain as agrupam em blocos. Quando a rede recebe transações, os participantes que criam blocos as colocam em um candidato a bloco. As transações só são consideradas válidas quando o bloco candidato se torna um bloco confirmado, ou seja, quando é adicionado à blockchain.

O processo de verificar transações e adicionar novos blocos é chamado de mineração. Mineração é difícil e custosa, mas traz muitos benefícios. Os mineradores que criam um bloco válido são recompensados com novas criptomoedas emitidas pelo protocolo, além das taxas de transação dos usuários.

Processo de Mineração Detalhado

Proof of Work exige que os mineradores (criadores de blocos) invistam recursos como energia elétrica e computadores potentes para hashear os dados do bloco candidato até encontrarem a solução de um enigma.

Hashear os dados do bloco significa passá-los por uma função de hash para gerar uma sequência de hash. Essa sequência funciona como uma “impressão digital” dos dados — ela é única para cada bloco, e qualquer pequena alteração nos dados de entrada gerará uma sequência de hash completamente diferente.

Em outras palavras, os mineradores devem:

• Verificar e coletar as transações pendentes
• Organizar essas transações em um bloco candidato
• Inserir os dados do bloco na função de hash para gerar uma sequência de hash

Se encontrarem uma sequência de hash válida para o bloco candidato, a divulgam na rede, adicionam o bloco à blockchain e recebem a recompensa de mineração.

Verificação do Bloco

Quando um minerador divulga um bloco candidato e sua sequência de hash na rede, os demais participantes repetem o processo de hash para verificar sua validade.

Embora encontrar uma sequência de hash válida possa exigir inúmeras tentativas, verificá-la é fácil. Basta passar os dados do bloco pela função de hash e conferir se o resultado corresponde à sequência de hash fornecida.

Essa é a característica especial do Proof of Work: criar uma prova que seja muito difícil (y requer muitos recursos), mas verificar essa prova é muito fácil.

Nonce: A Chave do Processo de Tentativa e Erro

Os mineradores não podem simplesmente passar os mesmos dados repetidamente pela função de hash, pois sempre obterão o mesmo resultado. Portanto, eles precisam acrescentar uma parte variável aos dados a cada tentativa.

Essa parte variável é o nonce — um número que os mineradores alteram a cada tentativa. Alterando o nonce, eles geram entradas diferentes, levando a diferentes sequências de hash.

Resumindo, mineração é um processo de tentativa e erro: os mineradores pegam os dados do blockchain, adicionam um nonce, fazem o hash de tudo e verificam se o resultado atende às condições do protocolo. Se não atender, alteram o nonce e tentam novamente.

Dificuldade Ajustável

Quanto maior a taxa de hash na rede, mais difícil fica encontrar uma sequência de hash válida. Isso é intencional, para garantir que os blocos não sejam encontrados muito rapidamente.

Tentar adivinhar milhões ou bilhões de sequências de hash pode consumir muitos recursos computacionais e energia elétrica. Mas, se você encontrar uma sequência de hash válida, o protocolo recompensa com criptomoeda.

Aspecto de Segurança: Criptografia de Chave Pública

E se alguém tentar fraudar? Como impedir que um minerador insira uma série de transações fraudulentas no seu bloco?

A resposta está na criptografia de chave pública. Cada transação é assinada com a chave privada do remetente. Qualquer pessoa na rede pode comparar essa assinatura com a chave pública e verificar se a transação é válida.

Além disso, a rede verifica se o remetente realmente possui o dinheiro que tenta gastar. Se você tentar gastar mais do que possui, a transação será rejeitada.

Qualquer bloco contendo transações inválidas será automaticamente rejeitado pela rede.

Economia da Honestidade

O maior benefício do Proof of Work é: fraudar é muito caro, mas ser honesto traz lucros.

Se você tentar fraudar, gastará recursos próprios sem qualquer recompensa. Assim, qualquer minerador racional agirá de forma honesta para maximizar seus lucros. Esse mecanismo torna a honestidade a melhor estratégia, sem precisar confiar em ninguém.

Proof of Work versus Proof of Stake: Duas Abordagens Diferentes

Existem muitos outros algoritmos de consenso além do PoW, mas uma das abordagens mais populares é o Proof of Stake (PoS). Essa ideia surgiu pela primeira vez em 2011 e foi implementada no Ethereum e em alguns outros projetos.

Como Funciona o Proof of Stake

No sistema Proof of Stake, não há mineração tradicional. Em vez disso, os participantes chamados de validadores (validator) são selecionados aleatoriamente para propor novos blocos. Se o bloco for válido, eles recebem uma recompensa das taxas de transação.

No entanto, nem todos podem se tornar validadores. Os participantes precisam bloquear uma certa quantidade de dinheiro nativo da blockchain, chamado de stake. Essa stake funciona como uma garantia — como uma caução que os réus devem pagar para não fugir, os validadores bloqueiam sua participação para garantir que não haja trapaças.

Se agirem de forma desonesta, sua stake (ou parte dela) será confiscada. Isso cria um incentivo econômico para agir honestamente, assim como no PoW, mas por um mecanismo diferente.

( Vantagens e Desvantagens

Vantagens do PoS:

• Consome significativamente menos energia do que o PoW, pois não exige computadores potentes rodando 24/7
• Mais sustentável ambientalmente

Desvantagens do PoS:

• Histórico de operação mais curto que o do PoW
• Apesar de poder ser considerado desperdício de recursos, o PoW é o único algoritmo de consenso que demonstrou eficácia por mais de uma década
• Desde seu lançamento, o Bitcoin PoW protege transações no valor de trilhões de dólares

Para afirmar com segurança que o PoS pode competir com a segurança do PoW, essa tecnologia precisa ser testada por um período mais longo.

Conclusão

Proof of Work é a solução inicial e comprovada para o problema do gasto duplo em dinheiro digital. O Bitcoin demonstrou que não precisamos de entidades centralizadas para evitar fraudes.

Usando criptografia, funções de hash e teoria dos jogos, participantes de uma rede totalmente descentralizada podem alcançar consenso sobre o estado de uma base de dados financeira sem confiar uns nos outros.

Até hoje, o PoW continua sendo o mecanismo mais seguro e confiável que temos.