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, somente para 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 a resistência a adulterações. 

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 de blockchain, como redes descentralizadas alcançam consenso e quais algoritmos de consenso populares são atualmente implementados na indústria.

Principais Conclusões:

• Algoritmos de consenso são críticos para redes blockchain. Eles garantem que todos os nós concordem com um único estado de ledger resistente a adulterações, resolvam conflitos e previnam problemas como gastos duplos, mantendo assim a confiança e a integridade dentro de um sistema descentralizado.

• Um algoritmo de consenso é o mecanismo que garante que todos os nós em uma rede blockchain concordem sobre 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 de blockchain é um sistema descentralizado no qual vários 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 da validação e transmissão dos dados da transação. As transações são agrupadas em blocos, e cada novo bloco faz referência ao anterior, formando uma cadeia cronológica. Uma vez 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 participando devem concordar sobre o estado atual do livro razão. Como os nós operam de forma independente e podem receber dados em momentos diferentes, eles requerem um mecanismo para resolver conflitos e garantir que todo 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 o acordo entre nós sobre quais transações são válidas, e qual bloco deve ser adicionado ao livro-razão a seguir. Seu papel é garantir que todos os participantes honestos converjam para uma única versão autoritativa da 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 gasto duplo, inconsistência de dados e perda de confiança na integridade do sistema.

O processo de consenso não trata simplesmente de 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 manipulação, e resistente a alterações e versões conflitantes da cadeia. O design de um algoritmo de consenso afeta diretamente a segurança, desempenho e nível de descentralização de uma 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

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 pela rede e verificado por outros nós antes de ser permanentemente adicionado ao livro-razão.

Em um 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 registro, 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, datas e horas e outros dados específicos do protocolo. Essa estrutura forma uma cadeia contínua, à medida que cada novo bloco faz referência ao seu antecessor, 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. Essa atribuição, que representa o primeiro processo chave em um algoritmo de consenso, varia entre blockchains. Alguns sistemas dependem de processos competitivos, onde os nós competem para resolver um enigma criptográfico ou demonstrar uma forma de participação ou autoridade para ganhar o direito de propor o próximo bloco. Outros utilizam mecanismos de eleição ou rotação. Independentemente do método, o processo de seleção é projetado para controlar propostas de blocos para que blocos conflitantes sejam minimizados, e a rede possa avançar de forma 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. Essa propagação do bloco preliminarmente validado para toda a rede para confirmação final é a segunda etapa chave de um algoritmo de consenso.

Próximos passos

Ao receber o bloco proposto, nós em toda a rede iniciam 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 referencia corretamente o 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 a dupla-gastança e mantém a consistência do livro-razão.

A verificação também envolve checar se todas as transações estão em conformidade com as regras do protocolo, tais como limites de tamanho de transação, formatos e requisitos de taxa. Os nós examinam os metadados do bloco proposto, incluindo data e hora, para garantir que o bloco não foi formado fora das janelas de tempo permitidas. Além disso, os nós verificam quaisquer provas ou assinaturas criptográficas 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. A 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 propor um próximo bloco válido se repete.

Se o bloco proposto passar por 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 — ou seja, a formação de um bloco proposto por um nó responsável e posterior validação do bloco pela rede mais ampla — representa todo o processo de consenso de blockchain. Embora os mecanismos específicos para seleção e verificação diferem entre os algoritmos de consenso, essa 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 da blockchain.

A mudança modular

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

A escalabilidade aprimorada 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 carimbo de data e hora dos eventos para provar a sequência exata das transações sem exigir que os nós se comuniquem entre si.

Melhorias recentes em segurança e propriedades de privacidade também foram alcançadas através do uso da tecnologia de zero knowledge (ZK). Os aprimoramentos do consenso ZK aproveitam 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 os reprocessam.

Tipos de algoritmos de consenso em blockchain

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

A segunda parte deste processo (validação em toda a rede) é tipicamente bastante semelhante na maioria das blockchains e envolve várias verificações, como a verificação de assinaturas de transações, garantia de ligação correta do bloco e verificação de gasto duplo. 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 em algoritmos de consenso, como PoH e provas ZK, foram implementadas por algumas plataformas para alcançar escalabilidade ou segurança superiores. Por exemplo, Solana (SOL) possui um mecanismo de processando PoH dentro de seu protocolo de consenso proof of stake (PoS) central, um design que permite à blockchain alcançar algumas das mais altas capacidades de throughput na indústria.

Abaixo estão cinco dos algoritmos de consenso mais comuns utilizados 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-cabeças matemático. Resolver o quebra-cabeças requer um esforço computacional significativo, e é por isso que é referido como "trabalho." O primeiro minerador a resolvê-lo 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 o hashrate, alcançou recordes altos, com 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, esta segurança vem ao custo do alto consumo de energia envolvido no processo PoW, o que conflita com o aumento do foco global em padrões de sustentabilidade — uma razão chave pela qual muitos novos projetos de blockchain não adotam mais PoW. Além do Bitcoin, o PoW também é utilizado por 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 do PoW. Em vez de usar poder computacional para competir pelos direitos de proposta de bloco, o PoS seleciona validadores de bloco com base em quantos tokens eles "colocam" ou bloqueiam na rede. Quanto mais tokens apostados, maiores são 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 mais destaque quando Ethereum (ETH) transicionou de PoW para PoS em 2022. Cada rede geralmente tem sua própria variante de PoS, com pequenas mudanças 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 consenso pode potencialmente levar à usurpação da rede por um pequeno número de nós validadores com apostas significativas de 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, protocolos de restaking como o EigenLayer (EIGEN) surgiram como uma inovação significativa no mundo dos ecossistemas PoS. Restaking permite que participações bloqueadas em uma cadeia — tipicamente uma grande e rica em recursos rede como o Ethereum — sejam reutilizadas simultaneamente para garantir mecanismos de consenso em outras redes ou serviços de blockchain, como pontes e oráculos. 

Prova de participação delegada (DPoS)

Prova de participação delegada (DPoS) é uma variante representativa mais democrática do PoS padrão. No DPoS, os titulares de tokens, incluindo os usuários comuns, delegam suas participações a um grupo de nós validador confiáveis. Validadores que atraem mais participações delegadas a eles têm uma chance mais alta de receber o direito de propor o próximo bloco. Essencialmente, esse grupo menor de nós validadores revezam-se propondo e validando blocos de transações em nome da comunidade mais ampla.

Este modelo permite um consenso mais rápido e maior escalabilidade, uma vez que menos nós estão envolvidos na proposição de blocos em qualquer momento. Também promove o engajamento do usuário, já que até mesmo pequenos titulares de tokens podem influenciar os resultados do consenso por meio da delegação. No entanto, os críticos argumentam que isso pode reduzir a descentralização, pois concentra o poder em um punhado de delegados. Exemplos de redes usando 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. É projetada para funcionar de forma eficiente em redes de computadores descentralizadas com um número limitado de validadores conhecidos (tipicamente blockchains privados). No PBFT, nós atingem consenso através de uma série de rodadas que envolvem propor um bloco, votar nele e chegar a um acordo final, desde que ⅔ dos nós concordem.

O PBFT oferece finalização rápida de transações e alta taxa de transferência, tornando-o atraente para casos de uso empresarial. 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, este último impulsionando o ecossistema Cosm (ATOM).

Prova de autoridade (PoA)

Prova de autoridade (PoA) é um algoritmo de consenso no qual os propositores de blocos são entidades pré-aprovadas e identificadas, muitas vezes empresas ou indivíduos com forte reputação. Em vez de competir através do 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. Isso permite alta finalização e alto rendimento de transações, mas é frequentemente criticado por ser demasiadamente centralizada. Redes como VeChain (VET) e numerosas cadeias empresariais com permissão implementaram o consenso 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, de três indicadores cruciais — descentralização, segurança e escalabilidade —, as blockchains só podem melhorar um ou dois, frequentemente em detrimento do terceiro. Nenhum algoritmo de consenso tradicional ainda foi capaz de melhorar todos os três simultaneamente. 

Isso levou a uma pesquisa significativa e inovação no espaço de Blockchain para desenvolver soluções que abordem os três componentes do dilema o mais eficazmente possível. Várias alternativas sustentáveis, tecnologias de nicho e aprimoramentos de consenso foram introduzidos na busca para enfrentar o dilema.

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 drenagem de recursos do PoW.

No PoSpace, um validador da rede prova que alocou uma quantidade específica de capacidade não utilizada de disco rígido — em vez de poder computacional bruto — à Rede para processar transações. Enquanto o PoSpace requer uma capacidade de armazenamento significativa, é leve em despesas computacionais — pelo menos em comparação com o PoW. 

O PoSt vai um passo além, exigindo evidências de que o espaço alocado pelo aspirante a validador permaneceu dedicado à tarefa e inalterado durante um período contínuo. Esta abordagem visa promover alta descentralização, já que os discos rígidos são mais acessíveis e amplamente distribuídos do que os 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 enquanto mantém os custos de energia baixos. Enquanto isso, Filecoin (FIL) tem utilizado isso para assegurar um marketplace de armazenamento descentralizado funcional. No entanto, apesar de sua promessa teórica dessas plataformas, a adoção pelo mainstream continua limitada.

Melhorias no consenso moderno

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

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

Escolhendo o mecanismo de consenso 

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

Conclusão

Algoritmos de consenso são a espinha dorsal das redes blockchain. Eles são críticos para garantir que todos os participantes concordem com uma única versão imutável do livro razão. Enquanto o processo geral envolve tanto a seleção de um propositor de bloco quanto a validação do bloco na rede, é o método particular de seleção do propositor que realmente diferencia esses algoritmos.

Com o tempo, tornou-se saliente que algoritmos de consenso fundamentais não podem resolver completamente o trilema blockchain. Para resolver o problema, melhorias nos modelos de consenso básicos — como PoH e provas ZK — foram introduzidas nos últimos anos.

Hoje, avaliar o design de um algoritmo de consenso vai além de comparar segurança, velocidade ou descentralização. A interoperabilidade emergiu como uma consideração cada vez mais importante. É por isso que muitas plataformas de blockchain modernas, particularmente no nível de Camada 2, estão sendo construídas para garantir comunicação fluida com outras redes via soluções inovadoras como AggLayer e Otimismo Superchain.

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