Proof-of-work vs. Proof-of-stake

A natureza peer-to-peer dos sistemas de pagamento baseados em blockchain pública significa que qualquer pessoa no mundo pode participar de sua execução, não apenas uma única empresa, banco central ou grupo seleto de pessoas.

No entanto, com a descentralização vem um desafio importante: se alguém puder participar e não houver uma entidade única para avaliar os participantes que apoiam a rede, como você garante que apenas usuários honestos participem e não agentes mal-intencionados?

É aqui que entra em jogo algo conhecido como mecanismo de consenso de blockchain.

O consenso se refere a um acordo mútuo sobre uma determinada informação entre um sistema ou grupo de pessoas. No caso de uma blockchain, o consenso se refere a um acordo mútuo entre computadores de rede distribuídos globalmente que validam novos dados de criptomoeda que são adicionados ao registro.

Blockchains são registros imutáveis de transações e de outros tipos de dados. Isso significa que quando as informações são adicionadas à blockchain, elas não podem ser removidas. Essa finalidade coloca uma enorme responsabilidade nos participantes da rede para garantir que apenas dados válidos e verificados sejam registrados. 

Os mecanismos de consenso são o coração de toda blockchain pública. Eles representam sistemas automatizados que ajudam a filtrar os participantes desonestos da blockchain e garantem que apenas usuários confiáveis e comprometidos se tornem “validadores”.

Proof-of-work (PoW) e proof-of-stake (PoS) são os dois mecanismos de consenso mais populares usados nos sistemas de pagamento de blockchain públicas. Tanto a PoW quanto a PoS resolvem o problema de filtrar participantes mal-intencionados da rede e promover um acordo, mas alcançam esse resultado de maneiras distintas.

Proof-of-work é um tipo de mecanismo de consenso que exige que os usuários de rede dediquem capacidade computacional para concluir uma tarefa, geralmente uma prova de criptografia, para participar.

O mecanismo de consenso da proof-of-work (PoW) foi introduzido pela primeira vez no início dos anos 1990 como um sistema para evitar spam por e-mail. O método exigia que os usuários resolvessem um problema criptográfico antes de enviar um e-mail. 

Para usuários legítimos que enviam apenas alguns e-mails, resolver essa única prova criptográfica não foi um problema. No entanto, para um agente mal-intencionado que procura enviar e-mails de spam em massa e prejudicar uma rede, o aumento da quantidade de capacidade computacional necessária para satisfazer o mecanismo de consenso de PoW tornaria o empreendimento muito menos atraente.

Bitcoin e proof-of-work

Em janeiro de 2009, o pseudônimo criador do Bitcoin, Satoshi Nakomoto, lançou o protocolo Bitcoin. Esse sistema de dinheiro eletrônico peer-to-peer apresentava uma versão adaptada do mecanismo de PoW para resolver um problema de longa data associado a redes de pagamento digital descentralizadas e de gasto duplo.

Ao enviar valor digitalmente, não há dinheiro físico trocando de mãos, apenas números em uma tela. Isso significa que, teoricamente, um usuário pode gastar o mesmo dinheiro duas vezes por meio de duas transações separadas. Dependendo de quão bem os servidores na rede de pagamento são sincronizados, esses pagamentos de gastos duplos podem ser processados. Isso resultaria na criação de novas unidades de moeda digital a partir do nada.

O mecanismo de consenso PoW usado no protocolo Bitcoin incorpora um sistema chamado “mineração”. Os usuários interessados em se tornar validadores, ou “mineradores”, competem usando seus computadores para ganhar o direito de propor novas entradas no registro. Os mineradores fazem isso gerando códigos aleatórios de comprimento fixo chamados hashes. Esses hashes são criados executando entradas por meio de um algoritmo de hash criptográfico para produzir códigos hexadecimais exclusivos de 64 dígitos (códigos contendo apenas números de 0 a 9 e letras de A a F).

Os mineradores geram hashes repetidamente até que alguém crie um que tenha um número igual ou maior de zeros na frente, em comparação com o hash de destino. O hash de destino é o número definido pelo protocolo que, quando vencido, concede ao minerador bem-sucedido o direito exclusivo de propor um novo lote de dados de transação a ser adicionado ao próximo bloco mais novo na cadeia. 

Incentivos e distribuição de recompensas 

Por vencer a concorrência e gastar energia computacional, o minerador é premiado com uma quantidade de Bitcoin recém-cunhado mais quaisquer taxas vinculadas às transações que eles adicionam ao novo bloco. Isso é conhecido como recompensa de bloco.

Geralmente, as recompensas de bloco seguem uma política monetária rigorosa e predefinida, na qual as recompensas são sistematicamente reduzidas ao longo do tempo. O Bitcoin, por exemplo, corta o número de moedas recém-cunhadas concedidas por bloco pela metade a cada 210.000 blocos (aproximadamente uma vez a cada quatro anos).

Isso diminui a emissão de novas moedas que entram em circulação ao longo do tempo, o que, em teoria, é projetado para ajudar a suportar os preços, presumindo que a demanda permaneça constante para a criptomoeda subjacente.

Verificação e emissão

Uma vez que um novo bloco de transações tenha sido proposto pelo minerador vencedor, os mineradores restantes na rede verificam independentemente essas transações antes que o bloco seja permanentemente adicionado à blockchain. 

Esse processo de exigir que todos os usuários na rede confirmem independentemente a validade das transações propostas significa que é praticamente impossível para um indivíduo gastar seu saldo duas vezes, contanto que pelo menos 51% da maioria de todos os validadores do sistema estejam agindo honestamente. 

Essa competição de mineração começa novamente com base no tempo de bloco que cada criptomoeda está programada para seguir. Para o Bitcoin, novos blocos são descobertos aproximadamente a cada 10 minutos. Os tempos de bloco variam entre criptomoedas: O ZCash, por exemplo, tem um novo bloco criado aproximadamente a cada 75 segundos. Isso garante que dados de transações novos e verificados sejam constantemente adicionados à blockchain e que novas unidades de criptomoeda sejam liberadas lentamente em circulação a uma taxa fixa e predeterminada.

Prós e contras da PoW

Uma vantagem fundamental do uso de um sistema de PoW é que a enorme quantidade de capacidade computacional necessária para executar uma transação fraudulenta é praticamente inviável.

Os blockchains estão sujeitos aos chamados ataques de 51%, quando um indivíduo ou grupo de indivíduos mal-intencionados obtém com sucesso um controle majoritário sobre uma taxa de hash de mineração de blockchain. Os blockchains seguem a regra de “cadeia mais longa”, na qual todos os validadores em uma rede aceitam a cadeia mais longa como a mais válida. Isso significa que, se uma parte desonesta for capaz de assumir o controle da maioria da rede, ela poderá aprovar pagamentos de gastos duplos, bloquear determinados pagamentos de entrada e destruir a confiança no registro subjacente da blockchain. 

No entanto, com os sistemas de PoW, seria necessário que os invasores comprassem ou alugassem grandes quantidades de equipamentos computacionais para executar e sustentar esse tipo de ataque. Para redes tão grandes quanto o Bitcoin, cuja energia computacional coletiva comprometida com a validação de transações (conhecida como taxa de hash) é tão grande, o risco de um ataque de 51% se torna incrivelmente improvável.

Uma grande crítica a essa segurança baseada em capacidade computacional é que uma quantidade significativa de energia envolvida no processo de mineração é desperdiçada. Apenas um minerador pode propor um bloco a cada 10 minutos, fazendo com que toda a rede consuma uma grande quantidade de eletricidade que, em última análise, nunca está diretamente envolvida na criação de um novo bloco. 

Além do uso de energia da PoW, os resíduos eletrônicos resultam de mau funcionamento dos equipamentos de mineração ou simplesmente se tornam obsoletos. Isso gerou críticas significativas e levou muitos projetos mais novos de blockchain a buscar alternativas mais eficientes de mecanismos de consenso. Embora os mineradores de PoW sejam incentivados a buscar fontes de energia econômicas e capturar energia de subprodutos (como calor) para outros usos, a mineração de PoW ainda usa uma quantidade significativa de energia. 

 

O proof-of-stake (PoS) é um sistema baseado em loteria que exige que os participantes da rede comprem e bloqueiem os tokens nativos de um protocolo em um smart contract. Os participantes com tokens em stake têm a chance de serem selecionados aleatoriamente para propor novos blocos.

Três anos após o lançamento do Bitcoin, dois desenvolvedores conhecidos como Scott Nadal e Sunny King desenvolveram o mecanismo de consenso de PoS para lidar com as ineficiências de energia impostas pelo sistema de proof-of-work.

Quanto mais tokens uma pessoa colocar em stake, maior a chance de ser selecionada. Pense nisso como comprar vários bilhetes de loteria. Você aumenta suas probabilidades tendo mais bilhetes, mas isso não garante que você ganhará. Uma pessoa que comprou apenas um bilhete, ou nesse caso, que tenha realizado stake da quantidade mínima de tokens necessária, ainda pode ser selecionada.

Essa ideia usa o mesmo princípio que a PoW, exigindo que os validadores invistam seu próprio dinheiro, mas elimina a necessidade de operar máquinas especializadas que consomem muita energia.

Incentivos e distribuição de recompensas 

A maioria dos sistemas de PoS modernos oferece aos validadores juros anuais fixos para ajudar a proteger a rede e verificar novos dados. 

No entanto, alguns oferecem recompensas na forma de tokens nativos (acumulados a partir de taxas de transação) proporcionais ao número de tokens que uma pessoa tem em stake. Isso normalmente acontece por meio de pools de stake delegado, onde vários validadores reúnem seus fundos para formar uma única unidade de stake. A manutenção e o funcionamento do pool de stake são realizados por uma pessoa eleita, ou grupo de pessoas eleito, com o conhecimento especializado necessário para desempenhar o papel.

No caso de um validador ou operador delegado de um pool agir de forma desonesta, o protocolo tem a capacidade de remover à força parte ou todos os seus ativos em stake. Conhecido como “slashing”, esse sistema incentiva ainda mais o bom comportamento na rede.

Verificação e emissão

Para participar do processo de stake, a maioria dos protocolos de blockchain de PoS exige que os usuários depositem um valor mínimo para se qualificarem. Para a nova blockchain de PoS do Ethereum, 32 Ether, a criptomoeda nativa da blockchain, são necessários para se tornar um validador.

Na Polkadot, outra blockchain de PoS, o requisito mínimo de stake varia de apenas 10 DOT, a criptomoeda nativa da Polkadot, a até 350 DOT.

Há uma grande variação entre blockchains de PoS em relação a como os blocos de transações são verificados. Normalmente, o tempo será dividido em slots ou épocas. Uma quantidade de stakers é atribuída a cada slot, então um é escolhido aleatoriamente para propor um novo bloco. Os demais stakers do grupo atestam de forma independente a validade do bloco.

Prós e contras da PoS

O principal benefício das blockchains de proof-of-stake é que elas são significativamente mais eficientes no consumo de energia do que os protocolos de PoW. Isso porque é necessário um equipamento de computação muito menos sofisticado e com menor uso intenso de energia para validar e verificar transações baseadas em PoS em comparação com a PoW. Na verdade, agora é possível realizar o stake por meio de exchanges e outras plataformas de terceiros utilizando um laptop ou o telefone celular de uma pessoa.

Os pools de stake delegado têm a vantagem adicional de permitir que os usuários com pouco ou nenhum conhecimento especializado se envolvam no processo de validação, enquanto a mineração bem-sucedida requer uma compreensão técnica profunda do software e hardware necessários. Além disso, as recompensas de mineração não são garantidas, enquanto os stakers podem, muitas vezes, desfrutar de retornos anuais fixos.

A principal desvantagem do stake é que os recursos de um usuário não podem ser acessados, uma vez que estão bloqueados em um smart contract de stake até que o período de vinculação passe. Isso reduz a liquidez do mercado da criptomoeda subjacente e impede que os investidores acessem seus recursos em stake durante movimentos críticos de mercado.

Agora você está pronto para dar o próximo passo e comprar algumas criptomoedas!