O que é um algoritmo de consenso em Blockchain?

Blockchain é uma das inovações tecnológicas mais significativas das últimas duas décadas. Uma rede de blockchain é um tipo de livro-razão de dados distribuído que é imutável, apenas de adição e protegido por mecanismos criptográficos. Blockchains permitem que uma rede de participantes armazene e atualize registros sem depender de uma autoridade central, enquanto preserva a integridade dos dados e resistência à adulteração.

Para alcançar essas propriedades, a rede deve concordar continuamente sobre uma única versão válida do livro-razão de transações. Esse acordo compartilhado é conhecido como consenso, e mantê-lo é fundamental para a confiabilidade e segurança de qualquer sistema de blockchain.

Neste artigo, discutimos o que é um algoritmo de consenso, como ele funciona como parte do processo mais amplo da blockchain, como redes descentralizadas alcançam consenso e quais algoritmos de consenso populares estão atualmente implementados na indústria.

Principais Conclusões:

• Algoritmos de consenso são críticos para redes de blockchain. Eles garantem que todos os nós concordem com um único estado do ledger resistente a adulterações, resolvem conflitos e previnem problemas como o gasto duplo, mantendo assim a confiança e integridade dentro de um sistema descentralizado.

• Um algoritmo de consenso é o mecanismo que garante que todos os nós em uma rede blockchain concordem com o estado do ledger distribuído.

• Entre os algoritmos de consenso mais comumente utilizados estão prova de trabalho, prova de participação, prova de participação delegada, tolerância a falhas bizantinas prática e prova de autoridade.

O que é um algoritmo de consenso?

Uma rede blockchain é um sistema descentralizado no qual múltiplos nós mantêm um livro-razão compartilhado de transações. Cada nó é um computador (conectado à rede) que possui pelo menos uma cópia parcial do livro-razão, e participa na validação e retransmissão dos dados de transações. As transações são agrupadas em blocos, e cada novo bloco faz referência ao anterior, formando uma cadeia cronológica. Depois de adicionado à cadeia, os dados em um bloco não podem ser alterados sem afetar todos os blocos subsequentes, o que torna o livro-razão resistente a adulterações e imutável.

Para que este sistema opere de forma confiável, todos os nós participantes devem concordar sobre o estado atual do livro-razão. Como os nós operam de forma independente e podem receber dados em momentos diferentes, eles precisam de um mecanismo para resolver conflitos e garantir que cada nó honesto veja e aceite a mesma versão do livro-razão. É aqui que o algoritmo de consenso se torna essencial.

Um algoritmo de consenso é o processo utilizado para alcançar acordo entre nós sobre quais transações são válidas, e qual bloco deve ser adicionado ao livro-razão próximo. Seu papel é garantir que todos os participantes honestos converjam para uma única versão autoritativa do Blockchain, mesmo na presença de atrasos, falhas ou atores maliciosos. Sem um mecanismo de consenso eficaz, diferentes partes da Rede poderiam discordar sobre a ordem ou o conteúdo das transações, levando a problemas como duplo-gasto, inconsistência de dados e perda de confiança na integridade do sistema.

O processo de consenso não é simplesmente sobre a regra da maioria, e deve levar em conta a possibilidade de nós desonestos ou com mau funcionamento — o que significa que o sistema deve ser robusto contra manipulações, e resistente a alterações e versões conflitantes da cadeia. O design de um algoritmo de consenso afeta diretamente a segurança, o desempenho e o nível de descentralização de um Blockchain. É um dos componentes mais fundamentais da arquitetura de blockchain, e é um pré-requisito para garantir que a rede opere como um sistema confiável e unificado.

Como funcionam os algoritmos de consenso de blockchain

Os algoritmos de consenso de blockchain dependem de dois processos interconectados que garantem que todos os participantes concordem com uma única versão da rede distribuída. O primeiro processo diz respeito à maneira como as transações são reunidas, e um ou mais nós ganham o direito de propor um novo bloco contendo essas transações, enquanto o segundo processo diz respeito à forma como o bloco proposto é compartilhado na rede e verificado por outros nós antes de ser permanentemente adicionado ao livro-razão.

Em uma blockchain, os usuários continuamente iniciam transações enviando-as para a rede. Essas transações são transmitidas para todos os nós, e são coletadas e temporariamente armazenadas em um pool de transações não confirmadas. Em vez de adicionar imediatamente cada transação ao livro-razão, a rede agrupa um lote de transações em um bloco. Cada bloco contém uma coleção de transações, juntamente com metadados, como uma referência ao bloco anterior, timestamps e outros dados específicos do protocolo. Esta estrutura forma uma cadeia contínua, pois cada novo bloco faz referência ao seu predecessor, garantindo a ordem cronológica e prevenindo adulterações.

No entanto, os nós não podem adicionar um bloco à blockchain à vontade. A rede deve determinar qual nó ou quais nós têm a autoridade para propor o próximo bloco. Esta atribuição, que representa o primeiro processo chave em um algoritmo de consenso, varia entre blockchains. Alguns sistemas dependem de processos competitivos, pelos quais os nós correm para resolver um quebra-cabeça criptográfico ou demonstrar uma forma de stake ou autoridade para ganhar o direito de propor o próximo bloco. Outros usam mecanismos de eleição ou rotação. Independentemente do método, o processo de seleção é projetado para controlar as propostas de bloco para que os blocos conflitantes sejam minimizados e a rede possa progredir de maneira ordenada.

O nó ou (nós) que ganham o direito de adicionar o próximo bloco ao livro-razão transmitem o bloco proposto para outros nós para revisão. Esta propagação do bloco preliminarmente validado para toda a rede para confirmação final é a segunda etapa chave de um algoritmo de mecanismo de consenso.

Próximos passos

Ao receber o bloco proposto, nós em toda a rede começam um processo de verificação. Este processo consiste em múltiplas verificações para garantir que o bloco adere às regras do protocolo da blockchain. Os nós primeiro verificam se o bloco proposto refere-se corretamente ao bloco anterior na cadeia, mantendo a integridade sequencial do livro-razão. Eles então validam cada transação incluída no bloco, confirmando que as assinaturas digitais são válidas e que as entradas das transações não foram gastas em blocos ou transações anteriores. Isto previne o duplo gasto e mantém a consistência do livro-razão.

A verificação também envolve checar se todas as transações estão conformes às regras do protocolo, como limites de tamanho de transação, formatos e requisitos de taxa. Os nós examinam os metadados do bloco proposto, incluindo marcas de data e hora, para garantir que o bloco não foi formado fora das janelas de tempo permitidas. Adicionalmente, os nós verificam quaisquer provas criptográficas ou assinaturas que demonstrem a elegibilidade ou autoridade do proponente para enviar o bloco (conforme determinado pelo mecanismo de consenso em uso).

Se qualquer etapa de verificação falhar, os nós rejeitam o bloco proposto. Rejeição significa que o bloco não é adicionado à blockchain e é descartado por todos os nós honestos. Essa rejeição protege a rede de dados inválidos e potenciais ataques. A rede continua a confiar no último bloco aceito enquanto o processo de proposição de um próximo bloco válido se repete.

Se o bloco proposto passar em todas as verificações, o consenso é alcançado. Todos os nós honestos aceitam o bloco e o adicionam permanentemente à sua cópia local da blockchain. Este acordo coletivo assegura que a blockchain permaneça um registro único e consistente em todos os nós. Uma vez que o bloco é adicionado, os nós passam a coletar novas transações e a se preparar para o próximo ciclo de proposta de bloco.

Esta abordagem de duas etapas — isto é, a formação de um bloco proposto por um nó responsável e a posterior validação do bloco pela rede mais ampla — representa todo o processo de consenso da blockchain. Embora os mecanismos específicos para seleção e verificação diferem entre os algoritmos de consenso, esta estrutura geral garante que a rede opere de forma confiável sem controle centralizado. Ela protege contra erros, comportamento malicioso e inconsistências que poderiam minar a confiança no sistema do blockchain.

A mudança modular

Nos últimos anos, os designs de blockchain modulares tornaram-se cada vez mais populares. Blockchains modulares, ao contrário de seus equivalentes monolíticos tradicionais, dividem suas principais camadas operacionais em componentes distintos. Frequentemente, a camada de consenso é processada em um ambiente diferente das camadas de ajuste e disponibilidade de dados (DA). Tal modularidade ajuda a alcançar uma funcionalidade geral mais eficiente, rápida e/ou barata. 

A melhora na escalabilidade também foi alcançada em sistemas de consenso através do uso de prova de histórico (PoH). PoH é um método criptográfico que cria um registro verificável e com data e hora dos eventos para provar a sequência exata das transações sem exigir que os nós se comuniquem entre si.

Melhorias recentes em propriedades de segurança e privacidade também foram alcançadas através do uso de tecnologia de zero conhecimento (ZK). As melhorias no consenso ZK alavancam um protocolo de validação que usa provas matemáticas para verificar que um lote de transações está correto sem revelar os dados subjacentes ou exigir que os nós o reprocessem.

Tipos de algoritmos de consenso em blockchain

Como descrito acima, cada algoritmo de consenso realiza duas funções principais: primeiro, selecionar o nó ou grupo de nós responsáveis por propor o próximo bloco; e segundo, validar o bloco proposto em toda a rede mais ampla. 

A segunda parte deste processo (validação em toda a rede) é tipicamente bastante similar na maioria das blockchains e envolve várias verificações, como verificar assinaturas de transação, assegurar a ligação correta do bloco e checar para evitar gastos duplos. No entanto, a primeira parte pode diferir dramaticamente, dependendo do algoritmo de consenso utilizado. Essas diferenças têm um grande impacto na descentralização da rede, uso de energia, desempenho e vulnerabilidade a ataques.

Além disso, melhorias nos algoritmos de consenso, como provas PoH e ZK, foram implementadas por algumas plataformas para alcançar escalabilidade ou segurança superiores. Por exemplo, Solana (SOL) possui um mecanismo de processamento PoH em seu protocolo de consenso proof of stake (PoS) central, um design que permite que a blockchain alcance uma das maiores capacidades de throughput da indústria.

Abaixo, estão cinco dos algoritmos de consenso mais comuns usados em redes de blockchain hoje. Embora existam muitos outros algoritmos de consenso em uso, esses cinco são utilizados por uma sólida maioria das redes mais populares na indústria de blockchain.

Proof of work (PoW)

Proof of work (PoW) é um dos dois algoritmos de consenso mais populares, introduzido com o Bitcoin (BTC), a primeira blockchain viável, lançada em 2009. No algoritmo de consenso PoW, mineradores (nós especializados) competem para resolver um complexo quebra-cabeça matemático. Resolver o quebra-cabeça requer um esforço computacional significativo, por isso é referido como "trabalho". O primeiro minerador a resolver tem o direito de propor o próximo bloco e ganhar uma recompensa, tipicamente na forma de novas moedas e taxas de transação.

PoW é amplamente considerado como altamente seguro porque um atacante precisaria controlar a maioria do poder computacional da rede para manipular a cadeia. No início de 2026, o gasto computacional total do Bitcoin, conhecido como taxa de hash, atingiu recordes altos, com uma média de mais de 1 zetahash por segundo (1 ZH/s). Isso aumentou significativamente o custo econômico de montar um ataque na rede. 

No entanto, essa segurança vem ao custo do alto consumo de energia envolvido no processo PoW, o que entra em conflito com o foco global aumentado em padrões de sustentabilidade — uma razão chave pela qual muitos novos projetos de blockchain não adotam mais o PoW. Além do Bitcoin, o PoW também é utilizado pelo Litecoin (LTC) e Dogecoin (DOGE), entre outros.

Proof of stake (PoS)

Proof of stake (PoS) é o outro método de consenso amplamente utilizado ao lado de PoW. Em vez de usar poder computacional para competir pelos direitos de proposta de bloco, o PoS seleciona validadores de blocos com base em quantos tokens eles "apostam" ou bloqueiam na rede. Quanto mais tokens apostados, maiores as chances de serem escolhidos para propor o próximo bloco.

Ao contrário do PoW, o PoS é muito mais eficiente em termos de energia e frequentemente permite um processamento de transações mais rápido. O PoS foi amplamente popularizado com o lançamento de cadeias como Cardano (ADA) e Polkadot (DOT), e ganhou maior destaque quando o Ethereum (ETH) transitou de PoW para PoS em 2022. Cada rede normalmente tem sua própria variante de PoS, com pequenas alterações nos critérios de seleção.

Apesar de sua eficiência energética e melhor desempenho em comparação com o PoW, o PoS tem uma vulnerabilidade própria: este algoritmo de mecanismo de consenso pode potencialmente levar à usurpação da rede por um pequeno número de nós validadores com participações significativas em tokens. Este problema pode não ser tão evidente em cadeias altamente descentralizadas como o Ethereum, mas pode se tornar um risco real quando a descentralização — medida pelo número de validadores ativos na rede — é limitada.

Nos últimos anos, os protocolos restaking como EigenLayer (EIGEN) surgiram como uma inovação significativa no mundo dos ecossistemas PoS. O restaking permite que as participações bloqueadas em uma cadeia — tipicamente uma rede grande e rica em recursos como o Ethereum — sejam reutilizadas simultaneamente para proteger mecanismos de consenso em outras redes ou serviços de blockchain, como pontes e oráculos.

Prova de participação delegada (DPoS)

Delegated proof of stake (DPoS) é uma variante mais democrática e representativa do PoS padrão. No DPoS, os titulares do token, incluindo usuários comuns, delegam suas participações a um grupo de nós validadores de confiança. Validadoras que atraem mais participações delegadas a eles têm uma maior chance de receber o direito de propor o próximo bloco. Essencialmente, este grupo menor de nós validadores se revezam propondo e validando blocos de transações em nome da comunidade mais ampla.

Este modelo permite um consenso mais rápido e uma maior escalabilidade, já que menos nós estão envolvidos na proposição de blocos a qualquer momento. Também promove o engajamento do usuário, já que mesmo pequenos titulares de token podem influenciar os resultados do consenso através da delegação. No entanto, os críticos argumentam que isso pode reduzir a descentralização porque concentra o poder em um punhado de delegados. Exemplos de redes que usam DPoS são EOS (EOS) e TRON (TRX).

Tolerância a Falhas Bizantinas Prática (PBFT)

A Tolerância a Falhas Bizantinas Prática (PBFT) foi originalmente desenvolvida para sistemas de computação distribuída na década de 1990 e posteriormente adaptada para uso em tecnologia de blockchain. Ela é projetada para funcionar de forma eficiente em redes de computadores descentralizadas com um número limitado de validadores conhecidos (tipicamente blockchains privados). No PBFT, os nós alcançam consenso através de uma série de rodadas que envolvem propor um bloco, votar nele e chegar a um acordo final, contanto que ⅔ dos nós concordem.

PBFT oferece finalização rápida de transações e alto throughput, tornando-o atraente para casos de uso empresariais. No entanto, não escala bem para milhares de nós, o que limita seu uso em redes abertas e descentralizadas. Modelos inspirados em PBFT são utilizados em blockchains como Hyperledger Fabric e Tendermint, o último impulsionando o ecossistema Cosmos (ATOM).

Prova de autoridade (PoA)

Prova de autoridade (PoA) é um algoritmo de consenso no qual os proponentes de blocos são entidades previamente aprovadas e identificadas, geralmente empresas ou indivíduos com forte reputação. Em vez de competir através de poder computacional ou tokens investidos, os validadores são selecionados com base em sua identidade e confiabilidade.

PoA é tipicamente utilizado em blockchains com permissão, nas quais velocidade, eficiência e confiança baseada em identidade são mais importantes do que descentralização. Ela possibilita rápida finalização e alto rendimento de transações, mas é frequentemente criticada por ser muito centralizada. Redes como VeChain (VET) e inúmeras cadeias empresariais com permissão implementaram consenso de PoA.

O trilema blockchain

Desde o seu nascimento, a indústria de blockchain tem lutado com o chamado trilema blockchain. O termo se refere ao fato de que, dentre três indicadores cruciais — descentralização, segurança e escalabilidade — os blockchains podem, geralmente, melhorar um ou dois, muitas vezes em detrimento do terceiro. Nenhum algoritmo de consenso tradicional foi ainda capaz de melhorar todos os três simultaneamente.

Isto levou a uma pesquisa e inovação significativas na área de blockchain para desenvolver soluções que abordem os três componentes do trilema da forma mais eficaz possível. Várias alternativas sustentáveis, tecnologias de nicho e aprimoramentos de consenso foram introduzidos na busca para enfrentar o trilema.

Alternativas sustentáveis e abordagens de nicho

Prova de espaço (PoSpace) e Prova de espaço-tempo (PoSt) foram projetadas como alternativas "verdes" e igualitárias à abordagem de alto consumo de recursos do PoW.

No PoSpace, um validador da rede prova que alocou uma quantidade específica de capacidade de disco rígido não utilizada — em vez de potência bruta de computação — à rede para processar transações. Embora o PoSpace exija uma capacidade de armazenamento significativa, ele é leve em dispêndio computacional — pelo menos em comparação ao PoW. 

O PoSt vai um passo além, exigindo evidências de que o espaço alocado pelo validador aspirante permaneceu dedicado à tarefa e inalterado por um período contínuo. Esta abordagem visa promover alta descentralização, uma vez que discos rígidos são mais acessíveis e amplamente distribuídos do que chips de mineração especializados.

Duas redes inovadoras têm estado ativas na implementação de soluções baseadas em PoSpace e PoST. Chia (XCH) foi pioneira nesta abordagem para aumentar exponencialmente sua descentralização, mantendo baixos os custos energéticos. Enquanto isso, Filecoin (FIL) tem utilizado isso para assegurar um marketplace de armazenamento descentralizado funcional. No entanto, apesar da promessa teórica dessas plataformas, a adoção convencional permanece limitada.

Aperfeiçoamentos modernos de consenso

Como observado em seções anteriores, provas PoH e ZK têm sido algumas das tecnologias mais populares introduzidas nos últimos anos para lidar com as limitações dos algoritmos de consenso tradicionais. Por exemplo, ao implementar PoH dentro de seu modelo de consenso principalmente baseado em PoS, Solana alcançou uma taxa máxima de 65.000 transações por segundo (TPS). Embora redes de Camada 2 altamente escaláveis com capacidades de TPS similares ou até mais rápidas tenham surgido nos últimos anos, essas plataformas transferem parte do trabalho de processamento para ambientes off-chain, comprometendo a segurança em certo grau. Olhando estritamente para cadeias de Camada 1, Solana ainda se destaca como a rede mais escalável, pelo menos entre as alternativas populares.

Embora o PoH seja principalmente sobre ganhos de escalabilidade, as provas ZK brilham em melhorias de segurança, particularmente para cadeias de Camada 2. Notamos acima que essas cadeias comprometem o componente de segurança do trilema blockchain até certo ponto ao mover alguns elementos do processamento de transações off-chain. Ao mesmo tempo, as cadeias de Camada 2 têm estado ativas na adoção de provas ZK, incluindo modelos altamente seguros como ZK-SNARK e ZK-STARK, para mitigar riscos de segurança. E com o surgimento de ambientes de unificação para cadeias de Camada 2, como AggLayer e Superchain do Otimismo, essas redes de Camada 2 fortaleceram ainda mais seus perfis de segurança.

Escolhendo o mecanismo de consenso correto 

A tabela abaixo compara os principais algoritmos de consenso e suas principais fortalezas e casos de uso.

Conclusão

Algoritmos de consenso são a espinha dorsal das redes de blockchain. Eles são fundamentais para garantir que todos os participantes concordem com uma única versão inalterável do livro-razão. Embora o processo geral envolva tanto a seleção de um propositor de bloco quanto a validação do bloco em toda a rede, é o método particular de seleção de propositor que realmente diferencia esses algoritmos.

Com o tempo, tornou-se evidente que os algoritmos de consenso fundamentais não podem resolver completamente o trilema blockchain. Para resolver a questão, aprimoramentos aos modelos de consenso centrais — como PoH e provas ZK — foram introduzidos nos últimos anos.

Hoje, avaliar um design de algoritmo de consenso vai além de comparar segurança, velocidade ou descentralização. A interoperabilidade surgiu como uma consideração crescente. É por isso que muitas plataformas modernas de blockchain, particularmente ao nível da Camada 2, estão sendo construídas para garantir uma comunicação sem descontinuidades com outras redes por meio de soluções inovadoras como AggLayer e a Superchain de Otimismo.

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