A ideia principal do blockchain é que um trabalho complexo precisa ser feito para adicionar um novo bloco. É esse trabalho complexo que torna o blockchain confiável e holístico. Além disso, é paga uma recompensa por este trabalho. É assim que as pessoas recebem moedas para mineração.
Além do fato de que o trabalho precisa ser feito, precisa ser comprovado. Aqui começaremos a falar sobre a Prova de Trabalho. Changelly explica o básico desse algoritmo de consenso.
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Significado de PoW
Proof-of-Work (PoW) foi o primeiro algoritmo de consenso de blockchain descentralizado de sucesso. O PoW é usado em Bitcoin, Ethereum (a Ethereum planeja mudar para Prova de participação), Litecoin, ZCash , Monero e muitas outras blockchains.
O algoritmo mais famoso funciona da seguinte maneira: no início, os usuários da rede enviam tokens digitais entre si, então todas as transações feitas são coletadas em blocos e registradas em um registro aberto distribuído – blockchain.
No PoW, todas as transações são comprovadas com a ajuda de cálculos matemáticos complicados, cuja validade pode ser verificada por qualquer usuário da rede. Os mineradores resolvem o problema, formam um novo bloco e confirmam a transação. As tarefas se tornam mais difíceis a cada vez, à medida que o número de usuários aumenta e a carga na rede aumenta.
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Hashing significa inserir informações de qualquer comprimento e tamanho na linha de origem e retornar um resultado de um comprimento fixo especificado pela função hash do algoritmo. No contexto de criptomoedas como o Bitcoin, as transações após o hash na saída parecem um conjunto de caracteres definidos por um algoritmo de comprimento (o Bitcoin usa SHA-256).
O hash de cada bloco contém a saída de hash do bloco anterior. Isso aumenta a segurança do sistema e a ordem dos blocos criados não pode ser violada. O usuário deve primeiro determinar corretamente “nonce” – o número adicionado ao final da linha para criar um hash que comece com o número necessário de zeros. Se o minerador conseguiu resolver o problema, um novo bloco é formado: o próximo conjunto de transações é colocado nele e elas são consideradas confirmadas.
Objetivo da Prova de Trabalho
Os algoritmos de consenso são projetados para garantir a precisão das transações, verificando a precisão das ações tomadas, distribuídas entre muitos participantes da rede.
A precisão e a velocidade do blockchain dependem desse mecanismo. Ao mesmo tempo, o problema não deve ser muito complicado. Nesse caso, a geração de blocos levará muito tempo, o que significa que muitas transações incompletas ficam na rede.
Se o problema não puder ser resolvido em um tempo previsível, a criação de blocos será um acaso. Se o problema for resolvido de maneira muito simples, isso tornará o sistema vulnerável a ataques de abuso, spam e DoS.
A solução deve ser facilmente correta, caso contrário, nem todos os nodes entenderão se o cálculo foi realizado corretamente, o que significa que eles terão que confiar em outros nodes, o que não é consistente com um dos princípios essenciais do blockchain – transparência total.
Desvantagem da Prova de Trabalho
Esse algoritmo é honesto e compreensível. Pode ser confiável. No entanto, seus principais problemas são enormes despesas e um ataque de 51%.
Em 2017, foi necessária uma média de 163 kW/h de energia para concluir uma única transação no sistema Bitcoin. Com essa quantidade de energia, cinco dias e meio podem atender às necessidades de uma família de três pessoas que vivem em uma pequena casa de um andar.
Além disso, os mineradores que possuem ASICs mais rápidos e mais poderosos recebem mais do que o resto. Como resultado, o Bitcoin não é tão descentralizado como foi originalmente planejado.
Casos de uso de prova de trabalho
Onde o POW é usado? Em muitas criptomoedas. Claro, o mais famoso deles é o Bitcoin, e foi o Bitcoin que estabeleceu essa tendência. Ele usa o algoritmo Hashcash, que permite alterar a complexidade da tarefa, dependendo da capacidade computacional total da rede.
O tempo médio de formação do bloco é de 10 minutos. Um sistema semelhante é implementado em criptomoedas do tipo bitcoin, por exemplo, no Litecoin. Outro projeto importante que usa PoW é o Ethereum. Considerando que quase três quartos de todos os projetos de blockchain são implementados nessa plataforma, podemos dizer com confiança que a maioria dos aplicativos usa um modelo de consenso com prova de trabalho.
Prova de Trabalho vs. Prova de Participação
Para verificar as transações, a Prova de Participação exige que os participantes compartilhem uma parte das moedas que armazenam online. O PoS é um mecanismo alternativo de PoW, implementado pela primeira vez em 2012 na criptomoeda PPCoin (renomeada PeerCoin). A idéia por trás da Prova de Participação é resolver o problema da Prova de trabalho associado aos altos custos de energia.
O que é o mecanismo do consenso da prova de participação? Um artigo com uma explicação completa.
Os validadores confirmam a validade das transações concluídas. A vantagem do PoS é que ele é mais eficiente em termos de energia e talvez seja melhor na prevenção de ataques do que o PoW.
Os validadores apostam suas moedas nas transações bloqueando moedas. O mixer usado para concluir o bloco é selecionado na proporção do valor definido na rede. A prova de participação evita o mau comportamento da rede, transferindo a autoridade de verificação para os usuários mais ativos e interessados. O algoritmo de consenso de participação é usado no Peercoin, Decred, e em breve operará no Ethereum, no qual a transição de um algoritmo para outro foi previamente prescrita.
Quais são os outros mecanismos de consenso existentes nas criptomoedas?
Prova de trabalho e Prova de participação podem ser considerados os dois algoritmos de consenso mais populares no mundo das criptomoedas. No entanto, vários mecanismos têm suas sutilezas e características.
A lista deles pode ser bastante extensa, por isso listamos alguns dos mais famosos:
- Prova de participação delegada é um termo genérico que descreve a evolução dos protocolos básicos de consenso com base na confirmação da participação. DPoS é usado em BitShares, EOS e Tezos;
- Prova de Autoridade é um algoritmo de consenso baseado em reputação que fornece uma solução prática e eficiente para blockchains (especialmente os privados).
- Prova de Zero Conhecimento é um protocolo criptográfico que permite que um lado (o provador) confirme a verdade da declaração para a outra parte (o verificador), sem divulgar nenhuma informação adicional sobre ele (nem o conteúdo nem a fonte de onde o provador aprendeu sobre a abertura).
Considerações Finais
Apesar de todos os prós e contras dos métodos de consenso, a segurança de cada protocolo depende em grande parte do desenvolvedor. No momento, a opção mais lucrativa é combinar os dois algoritmos, para que outros meios de evidência apareçam, com base em um princípio individual de coexistência de PoS e PoW.
Separadamente, vale destacar os algoritmos Prova de capacidade e Prova de armazenamento, nos quais, para confirmar ações no sistema, eles usam um recurso real, que é a quantidade de espaço em disco.
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