Explicação: O que é Prova de Trabalho (PoW) em Blockchain?

O blockchain é comumente percebido através do prisma do Nakamoto Consensus do Bitcoin. Mas, para aprender mais sobre o que é o Proof of Work, é essencial olhar atentamente para a implementação sustentável do PoW.

Proof of Work (comumente abreviado como PoW) é um algoritmo de consenso usado para prevenir o ataque de 51% ou gastos duplos. Criptomoedas como o Bitcoin usam o consenso PoW para confirmar transações e produzir novos blocos adicionados à cadeia. Com o PoW, mineradores competem para completar transações na rede em troca de uma recompensa por sua velocidade e precisão.

Pontos-chave:

• Compreendendo o conceito de Proof of Work e como ele está sendo usado para proteger a rede blockchain.
• Descobrindo quais são os problemas matemáticos que os mineradores realmente estão resolvendo e quão impactantes esses cálculos são para a sociedade como um todo.
• Conheça quem está envolvido no processo de mineração usando o consenso de Proof of Work.
• Saiba quais criptomoedas ainda dependem do Proof of Work e por que o Ethereum escolheu fazer um hard fork para o Ethereum 2.0.
• Tenha uma visão holística de por que o consenso Proof of Stake é mais seguro e justo do que o Proof of Work.

Como o Proof of Work é Aplicado no Blockchain?

O algoritmo de consenso Prova de Trabalho do blockchain é o mecanismo de consenso mais antigo e o algoritmo mais popular. Claro, há muitas razões que podem ter contribuído para sua popularidade. Mas a principal razão para sua reputação é sua capacidade de promover honestidade no ecossistema descentralizado. Embora possam existir outros algoritmos, PoW ainda é sustentável para atingir o objetivo de Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT). 

Para entender completamente do que se trata a BFT, é um sistema capaz de resistir a falhas associadas ao Problema dos Generais Bizantinos. Isso significa que uma rede pode evitar situações onde alguns nós (ou mineradores) tentam agir contra o consenso. Com a ajuda das características da BFT, o algoritmo PoW funciona de maneira que os nós possam validar um bloco dentro de uma rede resolvendo um problema matemático complexo.

Enquanto o primeiro a encontrar a solução para o problema matemático recebe a permissão de consenso para escolher um bloco a ser adicionado ao blockchain. Como uma troca, o nó bem-sucedido recebe os tokens como recompensa. Por exemplo, na rede Bitcoin, a recompensa é em BTC.

No final, o consenso PoW cria uma economia fechada relativamente saudável e transparente. Principalmente para encorajar os usuários a continuarem sustentando o ecossistema.

Quais Problemas Matemáticos Estão Envolvidos no PoW?

Esses problemas matemáticos complexos referem-se a uma diversidade de complicações aritméticas incomuns. Além disso, esses problemas requerem muita potência computacional para serem resolvidos.

Abrange desde os problemas genéricos bizantinos até a função de hashing intrincada. Por exemplo:

• Uma função hash envolve um processo para gerar uma saída aleatória com um comprimento específico através de uma entrada. Enquanto um hash é um valor numérico (ou alvo) que decide quem minera o bloco com precisão.
• Resolver uma fatoração de números inteiros compreende a decomposição de um número composto em inteiros menores juntamente com as restrições e multiplicações de números primos.
• Funciona como um protocolo de quebra-cabeça de contingência para proteger a rede de um ataque DoS que requer uma ordem definida. Em vez de resolver uma função, é mais uma questão de descobrir a causa raiz.

Assim, para cada validação bem-sucedida de um bloco, uma recompensa é dada para compensar o esforço. No entanto, a escalabilidade e a segurança são o principal desafio à medida que uma rede cresce. E o poder de hash cresce paralelamente à complexidade dos quebra-cabeças. Como resultado, o Prova de Participação foi introduzido para contrabalançar as falhas que a Prova de Trabalho possui.

Quem Fundou a Prova de Trabalho?

O consenso de PoW foi fundado antes da invenção da rede Bitcoin. O algoritmo PoW foi introduzido em 1993, quando Moni Naor e Cynthia Dwork publicaram um artigo para deter os ataques DoS. O artigo discute principalmente o potencial do algoritmo para prevenir fraudes e sua sustentabilidade a longo prazo.

E antes de Satoshi Nakamoto falar famosamente sobre o algoritmo PoW na blockchain do Bitcoin, o cientista da computação e ativista criptográfico Hal Finney (Harold Thomas Finney II) introduziu outro sistema chamado RPoW, Reusable Proof Of Work em 2004. O sistema funcionava recebendo um token de Prova de Trabalho Hashcash não permutável ou não fungível. Em troca, criava um token assinado por RSA que poderia então ser transferido de pessoa para pessoa. 

Outro exemplo inicial de um algoritmo de Prova de Trabalho foi o HashCash de Adam Back. Requer que os remetentes realizem uma pequena quantidade de computação antes de enviar um email. Como resultado, os destinatários poderiam mitigar o spam. 

Como o PoW está relacionado ao Consenso de Nakamoto do Bitcoin?

PoW utiliza um modelo onde nós resolvem um quebra-cabeça matemático para produzir o próximo bloco adicionado à rede. Os líderes de bloco, que produzem o próximo bloco, são selecionados em um formato de loteria que corresponde diretamente ao poder computacional (ou seja, hash) que eles contribuem para o processo. Existem dois participantes principais no modelo de consenso PoW: mineradores e operadores de nós completos. 

Mineradores

Os nós que participam da computação são chamados de mineradores, e o processo de resolver o problema é chamado de mineração. A comunidade de mineradores é necessária para realizar um trabalho significativo para resolver cada problema sucessivo. PoW facilita, uma vez que um nó cria um bloco, que outros verifiquem o processo que levou à solução.

Nós

Os nós precisam gastar tempo em computações trabalhosas. Como tal, o processo consome uma quantidade colossal de energia elétrica, o que é prejudicial ao meio ambiente. Os nós descentralizados na rede devem verificar a criptomoeda da blockchain que é "minerada" por uma recompensa usando o mecanismo de Prova de Trabalho individual dos mineradores.

Validadores

Com base em provas criptográficas e nas regras de consenso do Bitcoin, os operadores de nós completos atuam como os validadores finais do estado da rede. Clientes de nós completos também podem ser mineradores e rejeitar blocos e transações inválidas na rede. Demora em média de 40 a 60 minutos para que os validadores aprovem transações em uma rede de blockchain sob o mecanismo de consenso de Prova de Trabalho.

Quão Seguro é o PoW?

O algoritmo de Prova de Trabalho é muito seguro, pois pode resistir ao BFT. Além disso, a forma como funciona o torna ainda mais seguro. Além disso, o hash de cada bloco contém o hash do anterior; isso aumenta a segurança e impede qualquer violação de bloco em uma blockchain de prova de trabalho. 

Para alterar um bloco, os mineradores precisam criar um novo bloco com o mesmo predecessor. No qual, é necessário regenerar todos os sucessores e refazer o trabalho que eles contêm. Portanto, a blockchain pode evitar manipulações de segurança.

Os Prós e Contras da PoW 

Prós

• Evitar os ataques DDoS.
• Justo e transparente.
• Impactos de baixas porções de criptos mantidas por mineradores em um limite.
• Incentiva o interesse público em manter uma rede saudável.

Contras

• Custo elevado para adquirir peças de computador de equipamentos profissionais, periféricos e energia elétrica.
• São quebra-cabeças altamente complexos que não agregam valor na educação ou em tarefas diárias, mas apenas são úteis para validar um bloco.
• Isso torna a blockchain mais centralizada em vez de descentralizada.
• A mineração se tornará menos comum à medida que as recompensas deixarem de ser atrativas.

Quais Moedas Estão Usando Prova de Trabalho?

O Bitcoin continua a ser a moeda mais popular a utilizar o consenso PoW. No entanto, há muitas outras moedas que usam este algoritmo. Embora antes do período de halving, o Bitcoin permaneça lucrativo. Mas muitos mineradores estão agora buscando uma alternativa, à medida que fica mais caro e difícil minerar um bloco.

Naturalmente, todos começam a perguntar qual é a melhor criptomoeda para minerar. Para citar alguns, aqui estão nossas descobertas: 

Litecoin: Semelhante ao Bitcoin, o Litecoin também apresenta o SegWit no qual o limite de tamanho do bloco aumenta ao remover os dados da rede. O que diferencia o Litecoin do Bitcoin são seus tempos de transação extremamente rápidos a um custo muito menor.

DASH: Ele se destaca por transações mais rápidas e privadas no espaço cripto. As transações instantâneas agem como um ponto positivo para os mineradores investirem seu tempo no DASH.

Monero: Esta é outra altcoin popular que utiliza consenso PoW. Como uma criptomoeda de código aberto, o Monero foca em fungibilidade, privacidade, transparência e descentralização através de um livro público.

Bitcoin Cash: é uma altcoin derivada do hard fork da rede Bitcoin. Embora use PoW, que pode parecer um consenso seguro, o Bitcoin Cash é uma das vítimas gravemente danificadas do ataque de 51%.  

ZCash: Tem como objetivo fornecer privacidade por meio do anonimato, ao contrário de qualquer criptomoeda. A rede Zcash usa as mesmas funções de hash Proof-of-Work SHA-256 do Bitcoin.

Ethereum Classic: Apesar de Ethereum 2.0 migrar para PoS. O Ethereum Classic ainda usa o consenso PoW para proteger sua rede. No entanto, por ser apenas uma cadeia minoritária, o Ethereum Classic é mais vulnerável a ataques de 51% e ao duplo gasto de moedas.

Prova de Participação é melhor do que Prova de Trabalho? 

Houve um debate crescente a favor da Prova de Participação (PoS) no espaço cripto nos últimos anos. Ao comparar PoS vs. PoW, muitos especialistas acreditam que PoS é, sem dúvida, melhor do que PoW. E um dos principais argumentos contra o PoW é que ele requer muita potência de computação, o que consome muita energia e afeta negativamente o meio ambiente. Pegue o Bitcoin como exemplo; a quantidade média de energia necessária para manter a rede Bitcoin é maior do que a nação inteira da Suíça utiliza. 

Além disso, o consenso PoW está em alto risco de centralização. Esse consenso tem sido analisado por sua baixa capacidade de performance e escalabilidade para a execução de transações na cadeia.

De modo geral, o algoritmo PoS também oferece melhores benefícios econômicos (dividendos) para seus usuários, permitindo-lhes operar um nó mestre ou colocar moedas em uma plataforma para apostas e códigos mestres. É mais justo e sustentável a longo prazo. 

Conclusão

Como o mecanismo de consenso original, PoW representa uma confluência de incentivos de teoria dos jogos, computação distribuída, consenso social, economia de mercado e provas criptográficas. Ele fez a tecnologia blockchain, permitindo que as redes funcionem com consenso seguro, sustentável e distribuído.

Independentemente de mais blockchains passarem para PoS no futuro – o PoW marca uma inovação significativa no design de teoria computacional e dos jogos.