Mecanismos de consenso de Blockchain – prova de trabalho vs prova de estaca e mais mineração de nuvem de bitcoin

Cada nó (computador) na rede verifica e processa independentemente cada transação e, portanto, deve ter acesso ao estado atual do banco de dados, a modificação solicitada por uma determinada transação e uma assinatura digital que comprove a origem e a precisão de uma transação. A questão, então, é como todos os nós alcançam o consenso (acordo) sobre os dados. O maior problema que os blockchains buscam resolver é chamado de “Problema dos Generais Bizantinos”. Qual é o problema dos generais bizantinos?

Esse problema, que existe há mais tempo que o blockchain, é basicamente o seguinte: como você mantém uma rede de entidades focadas no mesmo objetivo em alinhamento baseado puramente em mensagens passadas entre elas, sem que as informações sejam corrompidas por um malicioso? ator dentro da rede?


Por exemplo, se alguém está tentando enviar uma criptografia através de uma rede, como você pode ter certeza de que os detalhes da transação não foram adulterados e alterados por um nó mal-intencionado na rede?

Prova de trabalho é atualmente o mais popular mecanismo de consenso para blockchains. A ‘prova de trabalho’ que o nome descreve é ​​o processo pelo qual a rede blockchain prova que um nó da rede do minerador (nós de rede que agrupam as transações em blocos e as validam) fez o trabalho necessário para criar um bloco válido (grupo de transações ). Embora seja difícil para os nós gerar um bloco válido (é preciso muito poder de processamento do computador), é muito fácil para a rede verificar se um bloco é válido.

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Para que um bloco seja confirmado como válido, os mineiros devem criar dois hashes: um hash de todas as transações no bloco, e um hash provando que gastaram a energia necessária para gerar o bloco, resolvendo um quebra-cabeça criptográfico especial com um pré-teste. definir o nível de dificuldade. Especificamente, o enigma é encontrar um número que, quando combinado com os dados nas transações e passado pelo algoritmo de hash, encontre um número dentro de um intervalo especificado definido pelo programa da criptomoeda.

Um hash é uma função unidirecional. Não pode ser revertido. Desta forma, pode ser confirmado que cada bloco exigiu trabalho para gerá-lo. Cada bloco também contém o hash do bloco anterior, portanto, uma vez que todos os blocos são combinados no blockchain, torna praticamente impossível modificá-los, pois isso exigiria refazer todo o trabalho feito para gerar cada bloco único no blockchain.

Do ponto de vista ambiental e de eficiência, isso não é ideal e seria muito difícil escalar para o uso convencional. Para piorar a situação, o poder de computação e os custos de eletricidade necessários para se manter competitivo na mineração aumentaram drasticamente ao longo do tempo. Isso produziu uma centralização significativa nas redes de mineração, pois somente as maiores e mais poderosas organizações podem realmente competir.

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Além da ética questionável deste problema, a centralização também leva a um potencial problema de segurança chamado de ataque de 51%. É quando um mineiro, provavelmente um pool ou grande conglomerado, controla 51% de um blockchain poder de computação da rede. Se isso acontecesse, eles poderiam interromper toda a rede invalidando transações reais ou validando suas próprias transações fraudulentas para “duplicar os gastos” (usando os mesmos fundos mais de uma vez).

PoS funciona por mineiros que prendem algumas de suas próprias criptomoedas para que eles não possam ser usados ​​em contas especiais “piquetadas”. Os nós que possuem tokens piquetados podem então verificar blocos de transações como nos sistemas PoW, mas os cálculos criptográficos necessários para verificar os blocos são muito mais simples (e, portanto, requerem muito menos energia do computador). Em vez de usar quebra-cabeças complicados que dão vantagens a computadores mais potentes como no PoW, os sistemas PoS são estruturados de tal forma que os nós que têm mais moedas criptografadas têm maior chance de resolver o quebra-cabeça criptográfico.

Um dos outros problemas-chave do PoS é o problema do “nada em jogo”, em que os mineiros podem não ter nada a perder ao votar em várias histórias de blockchain no caso de uma bifurcação (uma blockchain dividida em duas). No caso de uma bifurcação, a estratégia mais lucrativa para um minerador é minerar em cada cadeia, portanto, ganhar recompensas independentemente de qual bifurcação é reconhecida pela rede.

Isso poderia, em teoria, levar a consenso nunca sendo atingido pela rede, ou para duplicar os gastos em que um invasor pode enviar uma transação, iniciar uma bifurcação do blockchain de um bloco atrás da transação e enviar o dinheiro para eles mesmos em vez de para onde foram enviados anteriormente. Isso é mais possível em um sistema PoS do que em PoW, já que o custo de trabalhar em várias cadeias é muito menor.

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Um problema que o PoS ajuda a mitigar, no entanto, é o problema de 51%. Mesmo que um minerador possuísse 51% de uma criptomoeda, não seria de seu interesse atacar um sistema no qual eles possuíssem a maioria da participação. Isso, é claro, não leva em conta atores mal-intencionados e bem financiados que podem simplesmente querer derrubar uma rede blockchain a qualquer custo.

Com o PoS clássico, é pouco provável que mineiros com saldos pequenos mineirem um bloco, da mesma forma que mineiros PoW com pouca potência de computador dificilmente conseguirão um bloco. Isso não só poderia ser visto como menos justo, mas também poderia levar a uma rede menos segura, já que, se pequenos mineradores fossem incentivados melhor, a rede teria mais nós e, portanto, seria mais segura.

O LPoS incentiva nós menos potentes ao permitir que eles arrendem seus saldos de criptomoedas para “nós de piquetagem” que possuem mais fichas de piquetagem e, consequentemente, são mais propensos a minerar um bloco válido. Todas as moedas alugadas para esses nós aumentam o “peso” do nó de piquetagem, o que aumenta suas chances de adicionar um bloco ao blockchain. As recompensas recebidas pelos nós de piquetagem são então compartilhadas proporcionalmente entre todos os leasers. Os locatários ainda podem mover ou gastar suas fichas a qualquer momento, automaticamente “quebrando o contrato”, por assim dizer.

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Embora isso resolva alguns problemas, como o potencial de ocorrência de garfos (todos os nós não alternarão para um fork que não seja finalizado por 15 de 21 nós produtores) e problemas de escalabilidade que ocorrem com PoW e PoS, um blockchain de DPoS é, por definição, mais centralizado, e não fornece pontos de entrada acessíveis para que alguém possa minerar blocos e ganhar recompensas.

Os blockchains não precisam se contentar com apenas um tipo de mecanismo de consenso. O tipo mais popular de cadeia híbrida é o híbrido PoW / PoS, que normalmente usa um consenso PoW inicial de forma limitada e, em seguida, usa o PoS para validar os blocos adicionados ao blockchain. Usar o PoS resolve o problema de ataque de 51% enquanto usa menos energia; O PoW resolve o problema de nada em jogo enquanto assegura outra camada de imutabilidade do blockchain.

Nesse mecanismo de consenso, cada nó publica uma chave pública. As transações que passam pelo nó são assinadas pelo nó e verificadas, e uma vez que respostas idênticas sejam alcançadas dentro da rede, um consenso é alcançado por meio do qual a transação é válida. Esse mecanismo simples não requer nenhum poder de hashing e é particularmente útil para sistemas de armazenamento.

PBFT tem dois problemas potenciais. Primeiro, todas as partes envolvidas devem concordar com a lista exata de participantes confiáveis. Em segundo lugar, a participação em tal sistema de acordo é tipicamente definida por uma autoridade central. Embora esses fatores possam não ser adequados para uma criptocorrência descentralizada pública, ela pode ser útil para outras coisas, como plataformas de detenção de ativos digitais privadas.

Muitos mecanismos de consenso surgiram como resultado, a maioria pretendendo resolver o mesmo problema (General Bizantino). Como blockchain ainda é um campo relativamente novo, não está claro qual consenso mecanismos vai se mostrar mais útil e quais vão cair em desuso. Tal como está agora, diferindo mecanismos de consenso são um dos fatores fundamentais que diferencia as diferentes criptomoedas.