Explicação: O que é Prova de Trabalho (PoW) no blockchain?

O blockchain é comumente percebido pelo prisma do consenso Nakamoto do Bitcoin. Mas, para saber mais sobre o que é a Prova de Trabalho, é essencial analisar atentamente a implementação sustentável do PoW.

A Prova de Trabalho (comumente abreviada como PoW) é um algoritmo de consenso usado para evitar o ataque de 51% ou gastos duplos. Criptomoedas como Bitcoin estão usando o consenso PoW para confirmar transações e produzir novos blocos adicionados à cadeia. Com o PoW, os mineradores competem para concluir transações na rede em troca de uma recompensa por sua velocidade e precisão.

As principais conclusões:

• Entendendo o conceito de Prova de Trabalho e como ele está sendo usado para proteger a rede blockchain.
• Descobrir quais são os problemas matemáticos que os mineradores estão realmente resolvendo e quão impactantes esses cálculos contribuem para a sociedade como um todo.
• Saiba quem está envolvido no processo de mineração usando o consenso de Prova de Trabalho.
• Saber quais criptomoedas ainda dependem da Prova de Trabalho e por que o Ethereum opta pelo hard fork para o Ethereum 2.0.
• Tenha uma visão holística de por que o consenso de Prova de staking é mais seguro e justo do que a Prova de Trabalho.

Como a prova de trabalho é aplicada ao blockchain?

O algoritmo de consenso Proof-of-Work blockchain é o mecanismo de consenso mais antigo e o algoritmo mais popular. É claro que há muitas razões que podem ter contribuído para sua popularidade. Mas a principal justificativa para sua reputação é sua capacidade de promover a honestidade no ecossistema descentralizado. Embora possa haver outros algoritmos, o PoW ainda é sustentável para atingir o objetivo de tolerância a falhas bizantinas (BFT). 

Para entender completamente o que é BFT, é um sistema capaz de resistir a falhas associadas ao problema dos generalistas bizantinos. Isso significa que uma rede pode evitar situações em que alguns nodos (ou mineradores) tentam agir contra o consenso. Com a ajuda das características do BFT, o algoritmo PoW funciona de forma que os nodos possam validar um bloco dentro de uma rede, resolvendo um problema matemático complexo.

Embora o primeiro a obter a solução para o problema matemático receba a permissão de consenso para escolher um bloco para adicionar ao blockchain. Como exchange, o nodo bem-sucedido recebe os tokens como recompensa. Por exemplo, na rede Bitcoin, a recompensa está em BTC.

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

Quais problemas matemáticos estão envolvidos no PoW?

Esses problemas matemáticos complexos se referem a uma diversidade de complicações aritméticas incomuns. Além disso, esses problemas exigem muito poder computacional para serem resolvidos.

Ela varia desde os problemas genéricos bizantinos até a complexa função de hashing. Por exemplo:

• A função Ahash envolve um processo para gerar uma saída randomizada com um comprimento específico por meio de uma entrada. Embora um hash seja um valor numérico (ou alvo) que decide quem extrai o bloco com precisão.
• Resolver uma fatoração de número inteiro que compreende a decomposição de um número composto em números inteiros menores em conjunto com as restrições e multiplicações de número primo.
• Ele serve como um protocolo de quebra-cabeça de contingência para proteger a rede em um ataque DoS que exige uma ordem definida. Em vez de resolver uma função, é mais buscar a causa raiz.

Portanto, 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 a rede cresce. E o hash power cresce paralelamente à complexidade dos quebra-cabeças. Como resultado, a Prova de staking foi introduzida para combater as falhas que a Prova de trabalho possui.

Quem fundou a Prova de Trabalho?

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

E antes que Satoshi Nakamoto falasse em família sobre o algoritmo PoW no blockchain Bitcoin, o cientista da computação e ativista criptográfico Hal Finney (Harold Thomas Finney II) introduziu outro sistema chamado RPoW, Prova de Trabalho Reutilizável em 2004. O sistema funcionou recebendo um token de Prova de Trabalho não intercambiável ou não fungível baseado em Hashcash. Em troca, criou um token assinado pela RSA que poderia ser transferido de pessoa para pessoa. 

Outro exemplo inicial de um algoritmo de Prova de Trabalho foi o HashCash de Adam Back. Isso exige que os remetentes realizem uma pequena quantidade de computação antes de enviar um e-mail. Como resultado, os destinatários podem mitigar o spam. 

Como o PoW está relacionado ao consenso Nakamoto do Bitcoin?

O PoW emprega um modelo em que os nodos 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 semelhante à loteria, que corresponde diretamente ao poder de computação contribuído (ou seja, hash) para o processo. Há dois participantes principais no modelo de consenso PoW:mineradores e operadores de nodos completos . 

Mineradores

Os nodos que participam da computação são chamados de mineradores, e o processo de resolver o problema é chamado de mineração. A comunidade de mineradores deve realizar um trabalho significativo para resolver cada problema sucessivo. PoW facilita assim que um nodo cria um bloco para outros verificarem o processo que levou à solução.

Nodos

Os nodos precisam gastar tempo em cálculos complicados. Assim, o processo consome uma quantidade colossal de energia elétrica, o que é prejudicial ao meio ambiente. Os nodos descentralizados na rede devem verificar a criptomoeda do blockchain que é “minerada” para uma recompensa usando o mecanismo de Prova de Trabalho de cada minerador.

Validadores

Com base em provas criptográficas e nas regras de consenso do Bitcoin, os operadores de nodos completos atuam como os validadores finais do estado da rede. Os clientes de nodo completo também podem ser mineradores e rejeitar blocos e transações inválidos na rede. Leva uma média de 40 e 60 minutos para os validadores aprovarem transações em uma rede blockchain sob o mecanismo de consenso Prova de Trabalho.

Quão seguro é o PoW?

O algoritmo de Prova de Trabalho é muito seguro, pois pode suportar o BFT. Além disso, a forma como ele opera 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 um blockchain de prova de trabalho. 

Para alterar um bloco, os mineradores precisam criar um novo bloco com o mesmo predecessor. Nesse caso, é necessário gerar novamente todos os sucessores e refazer o trabalho que eles mantêm. Portanto, o blockchain pode evadir a adulteração de segurança.

Os prós e contras do PoW 

Prós

• Afaste-se dos ataques de DDoS.
• Justo e transparente.
• Impactos de baixas partes de criptos mantidas por mineradores em um limite.
• Incentiva o interesse do público em manter uma rede saudável.

Contras

• É caro adquirir equipamentos profissionais, periféricos e energia elétrica.
• São quebra-cabeças altamente complexos que não agregam valor à educação ou tarefas diárias, mas apenas são úteis para validar um bloco.
• Isso torna o blockchain mais centralizado, ao contrário do descentralizado.
• A mineração desaparecerá, pois as recompensas não são mais atraentes.

Quais moedas estão usando a Prova de Trabalho?

O Bitcoin continua sendo a moeda mais popular para usar o consenso PoW. No entanto, há muitas outras moedas que usam esse algoritmo. Embora antes do período de halving, o Bitcoin permanece lucrativo. Mas muitas mineradoras agora estão procurando uma alternativa, pois fica mais caro e mais difícil minerar um bloco.

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

Litecoin: Da mesma forma que o Bitcoin, o Litecoin também apresenta 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 possui transações mais rápidas e privadas no espaço cripto. As transações instantâneas agem como um ponto positivo para os mineradores investirem seu tempo em DASH.

Monero:Esta é outra altcoin popular que usa consenso PoW. Como criptomoeda de código aberto, Monero se concentra em fungibilidade, privacidade, transparência e descentralização por meio de um livro de contabilidade público.

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

ZCash:Ele visa 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 que o Bitcoin.

Ethereum Classic:Apesar do Ethereum 2.0 se mudar para PoS. O Ethereum Classic ainda está usando o consenso PoW para proteger sua rede. No entanto, como é apenas uma cadeia minoritária, o Ethereum Classic é mais vulnerável a ataques de 51% e causa um gasto duplo de moedas.

A Prova de staking é melhor do que a Prova de trabalho? 

Nos últimos anos, tem havido um crescente debate a favor da Prova de staking (PoS) no espaço cripto. Ao compararPoS vs. PoW, muitos especialistas acreditam que o PoS é, sem dúvida, melhor do que o PoW. E um dos principais argumentos contra PoW é que requer muito poder de computação, que consome muita energia e afeta negativamente o meio ambiente. Vejamos o Bitcoin como exemplo; a quantidade média de energia necessária para manter a rede Bitcoin é mais do que toda a nação da Suíça usa. 

Além disso, o consenso PoW está em alto risco de centralização. Esse consenso foi analisado por sua capacidade de baixo desempenho e escalabilidade para execução de transações on-chain.

Geralmente, o algoritmo PoS também oferece melhores benefícios econômicos (dividendos) para seus usuários, permitindo que eles executem um nodo mestre ou coloquem moedas em uma plataforma para apostas e códigos mestre. É mais justo e mais sustentável a longo prazo. 

Conclusão

Como mecanismo de consenso original, PoW representa uma confluência de incentivos teóricos de jogos, computação distribuída, consenso social, economia de mercado e provas criptográficas. Ela fez tecnologia blockchain, permitindo que as redes funcionassem com consenso seguro, sustentável e distribuído.

Se mais blockchains passarão para PoS no futuro, PoW marca uma inovação significativa no design da teoria computacional e de jogos.