Como é que as criptomoedas utilizam a criptografia?

Quando o protocolo Bitcoin foi lançado em 2009, o mundo foi presenteado com um novo tipo de sistema monetário que é assegurado e emitido de uma forma completamente diferente do dinheiro tradicional.

As moedas fiduciárias, como o Dólar dos EUA ou o Iene japonês, são asseguradas pela confiança no sistema bancário tradicional e emitidas pelo respetivo banco central de cada país. Qualquer nova moeda entra em circulação com base numa política monetária flexível decidida por cada governo doméstico. Num certo sentido, as moedas fiduciárias são garantidas pela confiança no poder financeiro de países individuais e nos exércitos que protegem esse poder.

Por outro lado, o Bitcoin, e subsequentemente todas as criptomoedas que foram criadas na sequência do lançamento do Bitcoin, são asseguradas e emitidas utilizando a prática científica da “criptografia”. 

Em última análise, o Bitcoin opera com uma política monetária predeterminada e controlada por computador que nenhuma pessoa, empresa ou governo pode alterar. Em vez de depositar confiança no governo ou nas instituições, os utilizadores de Bitcoin depositam confiança na criptografia e no conjunto de regras transparentes do protocolo que permitem que este funcione de forma fiável, independentemente do seu preço de mercado ou sentimento de mercado.

A criptografia é o estudo da encriptação e desencriptação de informações. Em suma, é a prática de alterar uma mensagem para que apenas o remetente e o destinatário ou destinatários pretendidos a possam compreender.

Se uma mensagem encriptada fosse intercetada por alguém que não fosse o destinatário pretendido, a criptografia tornaria quase impossível para o intercetor compreender a informação que continha.

Um dos primeiros exemplos de criptografia remonta ao século VII a.C., quando os antigos gregos envolviam tiras de couro com mensagens secretas escritas em torno de varas – um método de encriptação conhecido como escítala. Uma vez desenrolada, a tira de couro teria um conjunto de letras que apenas uma pessoa com uma vara semelhante de igual diâmetro conseguiria decifrar.

Em tempo de guerra, a criptografia desempenhou um papel vital na segurança das comunicações que poderiam ser intercetadas entre forças distribuídas. Na Segunda Guerra Mundial, o uso da criptografia para decifrar transmissões de rádio nazis encriptadas da máquina de cifra Enigma provou ser crucial para pôr fim à invasão na Europa.

Avançando para os dias de hoje, a criptografia desempenha agora um papel fundamental na segurança e emissão de criptomoedas como o bitcoin. 

A criptografia é um componente importante das criptomoedas, usada para: 

• Criar pares de chaves de carteira crypto
• Emitir novos bitcoin através do processo de mineração
• Assinar digitalmente mensagens de transação

A soma total de recursos computacionais direcionados para a mineração de bitcoin é o que ajuda a proteger a rede contra ataques cibernéticos. Isto é conhecido coletivamente como o “hash rate” de uma rede. Quanto mais mineradores na rede, maior o hash rate e maior a quantidade de poder computacional necessário para sobrecarregar a rede por uma maioria de 51%.

Um ataque de 51% é uma das maiores ameaças para as redes blockchain públicas. Agentes maliciosos que conseguem agrupar recursos suficientes para controlar pelo menos 51% do hash rate de uma blockchain obtêm a capacidade de bloquear transações de entrada, alterar a ordem das transações e gastar fundos duas vezes (double spend). No entanto, ao tornar o processo computacionalmente difícil, a rede bitcoin impede que maus atores tomem controlo da rede.

O hashing SHA-256 é também responsável por tornar imutáveis as transações baseadas em blockchain. 

Uma vez que as transações são agrupadas em novos blocos e verificadas por todos os outros voluntários na rede, cada mensagem de transação é submetida a hash utilizando o algoritmo criptográfico SHA-256. 

Estas transações já submetidas a hash são então sistematicamente combinadas em pares por hash para criar algo conhecido como uma “Merkle Tree”. Pares de transações são combinados por hash até que, eventualmente, todas as transações dentro do bloco sejam representadas por um único valor hash. Este valor único torna-se a Merkle Root e é armazenado no cabeçalho do bloco.

Como os hashes são determinísticos – o que significa que a mesma entrada criará sempre o mesmo valor de saída único – qualquer tentativa de intervenientes mal-intencionados de alterar um bloco de transações resultará num valor Merkle Root inteiramente novo. Outros voluntários no sistema seriam capazes de ver a Merkle Root alterada em comparação com o bloco válido e rejeitá-la, prevenindo a corrupção por unanimidade.

A natureza determinística dos algoritmos criptográficos permite aos utilizadores da rede transacionar bitcoin sem a necessidade de um intermediário fidedigno para verificar e processar pagamentos.

Ao permanecer descentralizada e remover o envolvimento humano, as transações podem ser processadas significativamente mais rapidamente e as taxas são frequentemente muito mais baratas do que as soluções bancárias tradicionais.

O Bitcoin utiliza elliptic curve cryptography (ECC) e o Secure Hash Algorithm 256 (SHA-256) para gerar chaves públicas a partir das respetivas chaves privadas.

Uma chave pública é utilizada para criar um endereço de carteira de cripto para receber transações de entrada, enquanto a chave privada é necessária para assinar transações e provar a propriedade dos fundos.

Pode pensar na chave privada como o seu número PIN do banco e na chave pública como o seu número de conta bancária. Um hacker precisa de ambos para fazer algo indevido às suas finanças.

A chave privada é a parte crucial do par de chaves e é armazenada numa carteira de cripto. Tecnicamente, uma carteira de cripto armazena o acesso de uma pessoa aos seus fundos de cripto – não a criptomoeda em si. Os próprios fundos são simplesmente entradas de dados registadas na blockchain e podem ser identificados e desbloqueados utilizando as chaves armazenadas na sua carteira. 

A ECC é a utilização de uma curva matemática especial que é simétrica horizontalmente. Se desenhar qualquer linha através desta curva, esta intersetará a forma até um máximo de três vezes. A ECC é uma parte importante da criptomoeda e é o que permite aos utilizadores gerar uma chave pública.

Para gerar um par de chaves Bitcoin, deve primeiro criar uma chave privada.

Uma chave privada Bitcoin é um número de 256 bits gerado aleatoriamente (entre 1 e 2²⁵⁶, ou dois elevado à potência de duzentos e cinquenta e seis – um número incrivelmente grande!). Em serviços como o Kraken, este número é criado automaticamente ao configurar uma nova carteira de cripto.

A chave pública é então gerada a partir deste número utilizando a multiplicação de curva elíptica. Isto envolve pegar num ponto de partida numa curva elíptica (conhecido como ponto gerador) e multiplicá-lo pelo número de chave privada aleatório para produzir um novo ponto na curva.

Este novo ponto torna-se a chave pública com coordenadas x e y específicas. Encontrar a chave privada sabendo a chave pública é quase impossível devido à dificuldade de adivinhar um número aleatório de 256 bits. Existe aproximadamente uma probabilidade de um em 150 tredecilhões de acertar.

Teoricamente falando, seriam necessários um computador quântico com mais de 13.000.000 qubits físicos para encontrar este número num dia. Até à data, um dos computadores quânticos mais avançados do mundo, o processador IBM Eagle, possui apenas 127 qubits (ou 0,00097% da quantidade de qubits necessários).

Por outras palavras, os sistemas utilizados pelas criptomoedas são, pelo menos por agora, completamente seguros.

Para criar um endereço de carteira de bitcoin, as coordenadas x e y são processadas através do algoritmo SHA-256. 

Esta função de hash criptográfica foi desenvolvida e publicada pela Agência de Segurança Nacional dos Estados Unidos (NSA) em 2001, e essencialmente transforma qualquer entrada (neste caso, as coordenadas da chave pública) num código único de 256 bits de comprimento fixo.

Este código é apresentado em formato hexadecimal de 64 caracteres, contendo uma mistura de números de 0 a 9 e letras A-F.

As funções criptográficas ECC e SHA-256 são conhecidas como funções “trapdoor” ou “determinísticas”. Isto significa que funcionam apenas numa única direção e não podem ser revertidas para revelar as entradas originais.

Embora seja possível criar uma chave pública a partir de uma chave privada, é impossível reverter o processo e revelar a chave privada. O mesmo se aplica à tentativa de descobrir qual chave pública foi usada para criar um endereço de carteira de bitcoin. Apenas o titular da chave pública tem essa informação e pode usá-la para provar a propriedade do endereço da carteira de bitcoin.

Precisa de uma maneira melhor de entender isto? Imagine que alguém tivesse misturado uma variedade de tintas de diferentes cores de uma seleção de, como observámos antes, 150 mil milhões de mil milhões de mil milhões de mil milhões de mil milhões de mil milhões de mil milhões de mil milhões de opções para criar uma cor única. 

Se você soubesse as quantidades exatas das tintas certas, conseguiria reproduzir exatamente a mesma cor. Mas e se não soubesse? Tentar reverter o processo seria quase impossível. 

É assim que estas funções criptográficas “trapdoor” funcionam e o que permite que as suas entradas sejam irreconhecíveis quando comparadas com a saída.

Novas unidades de bitcoin entram em circulação através de um processo chamado mineração.

A mineração faz parte do mecanismo de consenso de prova de trabalho empregado pela blockchain da Bitcoin para selecionar participantes honestos para adicionar novos blocos de dados.

Isto é feito através do uso de hashing SHA-256. Milhares de voluntários da rede – conhecidos como nós de mineração – competem uns contra os outros usando computadores especialmente construídos para gerar triliões de hashes por segundo.

Os mineradores primeiro pegam no cabeçalho do bloco – a parte que contém todas as informações de nível superior sobre o bloco, incluindo o seu carimbo de data/hora, o valor-alvo para os mineradores superarem e outros componentes-chave –  do bloco mais recente na cadeia e ajustam o número de algo chamado nonce. 

Nonce é uma mnemónica que representa um número usado apenas uma vez. É a parte de um cabeçalho de bloco que pode ser alterada para criar um novo valor hashed.

O objetivo da competição de mineração baseada em criptografia é simples. Os mineradores usam as suas máquinas para ajustar automaticamente o número nonce no cabeçalho do bloco e executá-lo através do algoritmo de hashing SHA-256 para produzir um valor.

O minerador que produzir um valor que tenha o mesmo número ou mais zeros à frente do que o valor-alvo, ganha a competição. Se o valor não superar o valor-alvo, os mineradores ajustam o número nonce novamente, reprocessam o cabeçalho do bloco e produzem um novo valor.

Este processo é repetido até que alguém seja bem-sucedido.

O bitcoin recém-cunhado é atribuído a cada minerador bem-sucedido com base num cronograma de emissão fixo pré-programado no código-fonte da Bitcoin pelo seu criador, Satoshi Nakamoto. 

A criptografia desempenha um papel vital no processamento de transações de bitcoin e na manutenção da segurança da rede através do processo de mineração. Você pode consultar o artigo do Kraken Learn Center O que é a Mineração de Bitcoin? para saber mais.

As assinaturas digitais são cruciais para permitir que os remetentes provem que possuem a chave privada correspondente a uma chave pública específica sem terem de revelar a sua chave privada a alguém.

O Bitcoin usa um algoritmo de assinatura digital de curva elíptica (ECDSA) para aprovar e enviar criptograficamente transações de uma carteira de cripto.

Isto envolve o remetente a pegar numa mensagem de transação com hash – que compreende o endereço da carteira do destinatário, a quantidade de BTC a ser enviada, quaisquer taxas associadas e de onde o bitcoin veio originalmente – adicionando a sua chave privada e criando uma assinatura digital usando outro processo matemático unidirecional.

Mais especificamente, envolve um processo semelhante à criação acima mencionada de uma chave pública a partir de uma chave privada, com a adição de alguns passos extra.

É criado um número aleatório (semelhante a uma chave privada), que é então multiplicado pelo mesmo ponto gerador usado para criar a chave pública da carteira, para criar um novo ponto numa curva elíptica. Vamos chamar a este Ponto A. 

A coordenada X do Ponto A é então multiplicada pela chave privada do remetente e adicionada à mensagem de transação com hash. Tudo isto é então dividido pelo número aleatório gerado no início para produzir um novo valor. Este valor serve como assinatura digital.

Para verificar a assinatura digital, o destinatário deriva dois pontos numa curva elíptica. Primeiro, a mensagem é dividida pelo valor da assinatura digital para obter o ponto gerador. Em seguida, a coordenada X do ponto gerador é dividida pelo valor da assinatura digital para revelar o segundo ponto na curva.

Finalmente, traçar uma linha através destes dois pontos produz um terceiro e último ponto na curva elíptica. Este ponto final deve ter exatamente a mesma coordenada X que o Ponto A, provando assim que a assinatura digital foi criada usando a chave privada correspondente correta.

Felizmente, uma carteira de cripto digital realiza todo este processo de verificação automaticamente, sem necessidade de qualquer intervenção do utilizador.

A criptografia desempenha um papel essencial não só na segurança das redes de criptomoedas contra a corrupção, mas também ao fornecer um meio irrefutável de provar a propriedade dos fundos sem forçar os utilizadores a ceder as suas informações sensíveis de chave privada.

Sem ela, as redes de criptomoedas seriam provavelmente forçadas a depender de intermediários de confiança e centralizados para proteger as suas informações e facilitar pagamentos — algo que contradiz completamente a natureza descentralizada das criptomoedas públicas baseadas em blockchain.

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