O que é mineração de Bitcoin?

A mineração de bitcoins é o processo de validação de novas transações de Bitcoin antes que elas sejam adicionadas à blockchain do Bitcoin. 

No caso das moedas nacionais tradicionais, como o dólar americano ou o euro, os usuários precisam depositar confiança total em uma autoridade centralizada, como um banco central, para gerenciar a criação e a circulação de dinheiro.

Nesses sistemas fiat, todas as informações relacionadas às contas e aos saldos dos usuários são gerenciadas de forma confidencial pelas instituições financeiras. Sendo assim, é impossível que uma pessoa saiba quais são os gastos ou os saldos bancários de outra pessoa. Somente o banco tem acesso ao registro completo dessas transações.

Contudo, esse tipo de sistema apresenta três problemas principais.

• Imprevisibilidade: Como somente um banco central tem a autoridade para colocar mais dinheiro em circulação, a oferta de moeda fiat vive em constante mudança. Isso cria problemas inflacionários e pode geralmente resultar na redução do poder de compra de uma moeda ao longo do tempo.
• Falta de transparência: Os registros contábeis tradicionais são profundamente sigilosos, o que cria um sistema financeiro opaco que não é aberto a todos.
• Dependência: Por padrão, as moedas fiat fazem com que o usuário dependa do banco central e do governo de um país para a criação de pontos únicos de responsabilidade ou de falha em potencial.

É aqui que entra o bitcoin

Lançado em 2009, o Bitcoin se tornou a primeira moeda digital descentralizada e globalmente viável. Ele depende de um rigoroso protocolo de computador para governar a sua política monetária, juntamente com uma rede globalmente distribuída de voluntários para emitir, gerenciar e proteger a sua moeda.

Por ser essa uma forma de dinheiro puramente digital, todas as transações ocorrem eletronicamente pela rede Bitcoin e são gravadas em uma tecnologia de registro totalmente transparente chamada “blockchain”. 

A blockchain do Bitcoin representa um histórico transacional completo de cada pagamento que os usuários tenham enviado entre si, além de ser constantemente atualizada com novos blocos compostos por lotes de transações atuais.

O que há de especial em blockchains públicas, como a usada pelo Bitcoin, é que qualquer pessoa, em qualquer lugar do mundo, pode visualizar todas as transações que estejam acontecendo na rede, em tempo real, e acessar um arquivo completo com as transações concluídas, contendo, inclusive, todos os endereços de destinatários e remetentes e os saldos individuais.

Como isso funciona na prática? 

 

Para manter a segurança da rede distribuída do Bitcoin e regulamentar a oferta de novas moedas digitais colocadas em circulação, o Bitcoin usa um processo chamado “mineração”.

Antes de nos aprofundarmos na mecânica do Bitcoin, é importante compreendermos o motivo pelo qual o processo de mineração é necessário.

Conforme mencionado anteriormente, a rede Bitcoin não é gerenciada por um banco central ou uma instituição financeira intermediária. Em vez disso, ele é gerenciado coletivamente por voluntários espalhados no mundo todo. 

Essa descentralização representa um problema óbvio: se qualquer pessoa pode participar da rede, e se não há uma autoridade única para avaliar esses participantes, como é possível evitar a ação de infratores que talvez queiram corromper a rede?

É aqui que entra algo chamado de mecanismo de consenso.

Mecanismo de consenso do Proof-of-Work (PoW) do Bitcoin

Essencialmente, um mecanismo de consenso é um sistema controlado por computador, projetado para selecionar participantes honestos em uma rede para desempenhar uma determinada função — nesse caso, a importante função de propor novos blocos de transações.

Como os blocos e as transações dentro deles se tornam permanentes após serem adicionados à blockchain, é crucial que as transações sejam válidas. 

Por exemplo, será que Bob tem mesmo saldo necessário para enviar a Alice uma determinada quantidade de bitcoins? Bob tentou gastar o dobro do mesmo saldo duas vezes? Esses são os tipos de questões que devem ser sempre verificadas para garantir a validade das transações antes que elas sejam permanentemente adicionadas à blockchain.

Por isso, os participantes que desempenham essa função específica são conhecidos comumente como “validadores”.

Há uma variedade de diferentes mecanismos de consenso que podem ser empregados em uma rede baseada em blockchain, cada um dos quais com seu próprio método específico de filtragem de usuários desonestos. 

O Bitcoin usa o mecanismo de consenso chamado Proof-of-Work (PoW), um sistema por meio do qual os validadores são chamados de “mineradores” e têm a função de usar equipamentos computacionais específicos para produzir códigos de tamanho fixo chamados de “hashes” (veja abaixo).

O processo de mineração do Bitcoin

O processo é simples. Os mineradores competem usando suas máquinas para gerar hashes — normalmente milhões de hashes por segundo. Para conquistar o direito exclusivo de propor o próximo bloco e ganhar recompensas (que são bitcoins recém-cunhados e quaisquer taxas resultantes das transações), os mineradores precisam criar um hash com um valor igual ou inferior ao de um valor-alvo estabelecido pelo protocolo, chamado de “hash de destino”.

O hash de destino é um valor composto por uma quantidade de zeros à esquerda e tem o seguinte formato: 

00000000000000000000a8ba41fe240e0b375be097546189d04b6312085f06da

O hash de destino para cada novo bloco de transações é transmitido pela primeira vez para a rede como parte do bloco anterior. Essas informações são armazenadas no cabeçalho do bloco, onde também é armazenada grande parte das informações principais relacionadas ao bloco.

Também dentro do cabeçalho do bloco há um valor chamado “nonce”. Ao criar um hash para descobrir o hash de destino, todos os mineradores pegam o cabeçalho do bloco anterior, trocam o nonce por um número novo e o executam por meio do Algoritmo de Hash Seguro 256 (SHA-256). Cada vez que o valor nonce é alterado, um hash totalmente novo é gerado.

Como os hashes também são gerados de maneira puramente aleatória, criar um hash vencedor é simplesmente uma questão de tentativa e erro. O processo de tentativa e verificação vai prosseguindo até que um minerador consiga criar um hash que tenha uma quantidade igual ou superior de zeros à esquerda à do hash de destino.

Embora possa parecer fácil encontrar esse valor, na realidade isso é algo incrivelmente difícil, e é por essa razão que algumas empresas enchem galpões enormes com equipamentos de mineração sofisticados para tentar ter a melhor chance de gerar um hash vencedor antes de todos os demais.

Como os mineradores são obrigados a comprar ou alugar equipamentos de mineração, além de pagar para manter e fazer essas máquinas funcionarem para terem uma pequena possibilidade de obter retorno, pessoas mal-intencionadas são desencorajadas de agirem com desonestidade. Além disso, quando outros nós na rede reconhecem que um nó mal-intencionado está tentando adicionar transações inválidas, eles podem simplesmente rejeitar o bloco proposto, desperdiçando assim o tempo e os recursos investidos pelo agente desonesto.

O que são hashes, exatamente?

Hashes criados para fins de mineração de bitcoin são gerados por meio do algoritmo criptográfico SHA-256, que é essencialmente uma fórmula matemática que pega uma inserção de dados de qualquer comprimento e a transforma em um código hexadecimal de 64 dígitos com comprimento fixo.

Pense na geração de hash criptográfico como uma máquina de criação de senhas especiais que transforma qualquer inserção de dados — seja uma única palavra, uma sequência aleatória de caracteres do teclado ou uma edição inteira de O Senhor dos Anéis — em uma combinação exclusiva de 64 caracteres.

Esses hashes têm várias características interessantes. Eles são:

• Unidirecionais: Não é possível pegar um hash e saber qual foi a sua inserção de dados original.
• Determinísticos: Se a mesma inserção for executada por meio da mesma função de hash criptográfico, ela sempre apresentará o mesmo código de comprimento fixo.
• Exclusivos: Cada código de hash gerado é completamente exclusivo à sua respectiva inserção de dados.

Por exemplo, se você alterasse uma única letra de uma palavra do livro "O Senhor dos Anéis" e a executasse pelo algoritmo SHA-256 novamente, essa alteração aparentemente imperceptível resultaria em um código hexadecimal completamente diferente e imediatamente perceptível.

Dificuldade de mineração

Conforme mencionado acima, um bitcoin recém-cunhado entra em circulação por meio de recompensas do bloco todas as vezes que um minerador consegue descobrir o hash de destino e recebe o direito de adicionar um novo bloco à blockchain.

Para garantir que as novas moedas não sobrecarreguem o mercado como resultado do aumento da rede pelo número sempre crescente de novos mineradores, um sistema de ajuste de dificuldade do algoritmo foi codificado no protocolo do Bitcoin por seu criador, Satoshi Nakamoto.

O algoritmo de dificuldade de mineração de bitcoins estabelece que a cada 2.016 blocos (aproximadamente a cada duas semanas), o protocolo faz uma verificação para saber quanto tempo levou para os mineradores descobrirem o hash vencedor de cada bloco.

O tempo médio do bloco do Bitcoin é definido para 10 minutos, o que significa que, em média, um minerador da rede deve encontrar um hash vencedor a cada 10 minutos. Isso foi projetado para ajudar a regular o fluxo de novas moedas que entram na oferta circulante, fornecendo assim uma taxa de emissão previsível para a moeda.

Mais especificamente, o que o algoritmo faz é verificar quanto tempo levou para os mineradores descobrirem 2.016 blocos e comparar esse tempo aos 20.160 minutos que o processo deveria levar (10 x 2.016). 

Se os blocos forem descobertos mais rapidamente do que o tempo desejado, o algoritmo ajustará automaticamente o nível para dificultar a descoberta do hash vencedor pelos mineradores, e vice-versa. O mecanismo faz isso por meio da adição ou da remoção de zeros à esquerda do hash de destino subsequente no próximo lote de 2.016 blocos, que é chamado de "época".

À medida que a dificuldade aumenta, também aumentam os custos associados à mineração. Em alguns casos, o aumento da dificuldade de mineração de bitcoin acabou fazendo com que mineradores de menor porte que não conseguiam viabilizar seus custos operacionais de eletricidade e hardware abandonassem as suas operações. 

Como os mineradores com uma pequena porcentagem do poder de mineração provavelmente não descobrirão o próximo bloco e, portanto, raramente receberão recompensas, eles frequentemente agrupam os seus recursos nos chamados pools de mineração. 

Atualmente, a maior parte da mineração de bitcoin é feita por esses grupos. Os pools de mineração compartilham seu poder de processamento e dividem proporcionalmente entre os membros quaisquer recompensas de bloco que vierem a ganhar.

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