O que são algoritmos de consenso?

As redes blockchain dependem de vários processos para funcionar de maneira segura e eficaz, um dos quais é um algoritmo de consenso. Embora existam diferentes métodos de consenso, cada um funcionando de forma distinta, quase todos são projetados para alcançar o mesmo objetivo final, que é garantir que todos os dados da blockchain sejam validados e precisos.

Neste guia da AAG Academy, explicaremos os algoritmos de consenso e seus objetivos com mais detalhes, abordaremos como eles funcionam e examinaremos os diferentes tipos de algoritmos de consenso em uso atualmente.

O que é um algoritmo de consenso?

Um algoritmo de consenso permite que usuários ou máquinas cheguem a um acordo sobre as transações de uma blockchain e sobre os dados do registro distribuído como um todo. Apesar da variedade de métodos de consenso atualmente utilizados pela indústria de criptomoedas, todos eles têm o mesmo objetivo: garantir a validade e segurança dos dados registrados na blockchain. 

Para explicar a importância dos algoritmos de consenso e como eles funcionam, vamos usar uma analogia simples. Imagine uma grande equipe de pessoas trabalhando juntas no mesmo banco de dados. Se cada uma dessas pessoas puder adicionar ou modificar dados como quiser, não há garantia de que eles sejam precisos. Seria fácil para apenas uma pessoa inserir dados falsos que corrompam o sistema.

Um banco de dados impreciso não é bom, e isso é especialmente verdadeiro quando se trata de transações de criptomoedas. Portanto, um algoritmo de consenso é usado para impedir que uma pessoa ou mesmo um grupo de pessoas adicione dados na rede antes que eles sejam verificados por todos. Nada pode ser registrado em um banco de dados blockchain, a menos que pelo menos 51% de todos os participantes concordem que é válido.

Qual o objetivo dos mecanismos de consenso blockchain?

Nos sistemas financeiros tradicionais, seu banco ou empresa de cartão de crédito garantem que você tenha os fundos necessários disponíveis quando você tenta fazer uma transação. Eles também mantêm o saldo da sua conta atualizado. Quando você gasta dinheiro, a transação é registrada e os fundos são debitados, garantindo que você não possa gastar esse dinheiro novamente.

O problema desse sistema é que ele é centralizado, e a maioria das criptomoedas foi projetada para evitar qualquer tipo de centralização. Em vez disso, elas dependem de sistemas descentralizados, como redes blockchain que têm um grande número de participantes. Como resultado, é necessário um método descentralizado para verificar e registrar transações.

Os algoritmos de consenso são a solução. Eles foram projetados para garantir que os dados não possam ser adicionados a uma blockchain a menos que sejam válidos e verificados. Isso impede o gasto duplo – que é a capacidade de uma pessoa gastar as mesmas moedas ou tokens de criptomoeda duas vezes – e ajuda a bloquear indivíduos mal-intencionados e fraudadores de adicionar dados falsos para seu ganho próprio.

Os mecanismos de consenso também garantem justiça e confiabilidade. Porque são algoritmos escritos na blockchain, não pode haver discriminação de nenhum tipo. Todos têm o mesmo nível de acesso. Além disso, como não há uma única entidade ou pequena equipe no controle, não há necessidade de se preocupar com interrupções ou instabilidades quando essa pessoa ou equipe estiver fora de ação.

Como funcionam os algoritmos de consenso?

Existem muitos tipos diferentes de algoritmos de consenso, cada um operando de maneira diferente. No entanto, todos são projetados para alcançar o mesmo objetivo final, que é estabelecer confiança entre pares – ou aqueles que decidem se os dados são válidos. Para entender como eles fazem isso, vamos descrever o processo mais comum do início ao fim.

Em primeiro lugar, uma transação é submetida à rede para aprovação e processamento. Os nós da rede, que são essencialmente computadores, analisam os detalhes da transação para garantir sua validade. Isso inclui verificar o saldo da carteira do remetente para confirmar que eles têm os fundos necessários e verificar se eles possuem a chave privada que comprova a propriedade dos ativos que estão usando.

Uma vez que a transação foi validada, ela é adicionada a um pool com outras transações válidas, onde aguarda confirmação. Um grupo de transações é eventualmente retirado deste pool e agrupado em um bloco por um minerador ou validador. Quando o bloco é fechado, ele é transmitido para o restante da rede para que outros nós possam verificar seu conteúdo e confirmar que é válido.

Neste ponto, é alcançado o consenso. Apenas os blocos que obtiverem a concordância da maioria, ou seja, pelo menos 51% de todos os nós na maioria dos casos, podem ser adicionados à cadeia. Já os blocos não aceitos são rejeitados e a rede segue adiante sem eles. Vale ressaltar que uma transação não é considerada completa até que seja inserida em um bloco e adicionada à cadeia.

Esse processo garante a segurança da blockchain, tornando praticamente impossível a exploração de vulnerabilidades, como o gasto duplo, sem executar um ataque de 51% ou obter o controle da maioria do poder de validação da rede. Porém, é importante ressaltar que isso é muito difícil de acontecer, principalmente em redes blockchain maiores, com milhões de usuários contribuindo ativamente.

Tipos de algoritmos de consenso

Quando pensamos em algoritmos de consenso no mundo das criptomoedas, os primeiros que vêm à mente geralmente são a prova de trabalho (PoW) e a prova de participação (PoS). PoW é usado pelo Bitcoin, que basicamente deu origem a toda a indústria de criptomoedas, bem como por muitas outras criptomoedas. Ele depende de computadores poderosos que resolvem quebra-cabeças criptográficos complexos.

PoS agora é usado pelo Ethereum – desde “The Merge” em 2022 – e todas as criptomoedas que são construídas em cima dele. É muito mais eficiente do que o PoW, porque depende de staking, em que validadores e outros participantes contribuem com seus próprios tokens como garantia, em vez de hardware de alta qualidade e com alto consumo de energia.

Temos guias detalhados sobre prova de trabalho e prova de participação para aqueles que desejam aprender mais sobre como esses mecanismos de consenso funcionam, mas é importante observar que eles não são os únicos usados atualmente na indústria de criptomoedas. Eles certamente são os mais populares, mas existe uma longa lista de alternativas que não podemos ignorar.

Quantos algoritmos de consenso existem?

Além de PoW e PoS, aqui estão listados seis outros mecanismos de consenso que estão em uso atualmente, incluindo uma breve descrição de como eles funcionam. Guias detalhados sobre cada um deles estarão disponíveis na AAG Academy em breve.

• Prova de Participação Delegada (Delegated proof-of-stake – DPoS)
  Funciona de forma semelhante ao PoS padrão, exceto que os votantes determinam quais validadores são escolhidos.
• Prova de importância (Proof-of-importance – PoI)
  Os participantes da rede recebem “pontuações de importância” e aqueles com as pontuações mais altas são escolhidos para realizar a validação.
• Prova de capacidade (Proof-of-capacity – PoC)
  As soluções para quebra-cabeças criptográficos complexos são armazenadas em meios digitais, como unidades de armazenamento, e depois usadas para criar novos blocos.
• Prova de Tempo Decorrido (Proof-of-elapsed-time – PoET)
  Os validadores são escolhidos de forma justa com base em quanto tempo eles têm esperado para processar um novo bloco.
• Prova de Autoridade (Proof-of-authority – PoAu)
  Outro mecanismo de consenso semelhante ao PoS, mas em vez de usar staking de tokens, é a identidade dos participantes da rede que é usada como garantia. Os validadores enviam documentos de identidade oficiais para a rede, que  tem a capacidade de punir os validadores que não se comportarem adequadamente, colocando assim sua reputação em risco.
• Prova de atividade (Proof-of-activity – PoA)
  Essencialmente uma combinação de PoW e PoS, este método requer que os participantes resolvam quebra-cabeças complexos para criar novos blocos e, em seguida, muda para um sistema de staking para determinar quais nós os preencherão.

Referências :

• Consensus mechanism cryptocurrency
• How crypto transactions work
• Blockchain consensus
• Consensus mechanisms in blockchain