O que é Prova de Trabalho (PoW)? Como o Bitcoin usa a prova de trabalho para obter consenso

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Ao analisar redes blockchain modernas, a palavra ‘Prova de Trabalho’ é frequentemente encontrada. Na verdade, encontramos a primeira menção de um mecanismo de consenso PoW dentro do white paper Bitcoin original criado por Satoshi Nakamoto. Mas o que é PoW e por que esse mecanismo de consenso é crucial para a tecnologia de blockchain?

Prova de trabalho representa o material básico que orienta as transações, usuários e mineradores em um livro-razão digital público. O sistema garante com sucesso a continuação oportuna de todas as transações dentro de uma rede, a fim de evitar vários tipos de atividades maliciosas.

Parece complexo? Sem problemas! Escrevemos uma explicação para a Prova de Trabalho de uma forma facilmente digerível. Nas seções a seguir, daremos uma olhada em cada atividade e motivação que está por trás das redes PoW.

O que é prova de trabalho?

A prova de trabalho representa um sistema que, por meio do poder de processamento absoluto, impede qualquer atividade maliciosa que pode potencialmente danificar a estabilidade da rede. Este conceito foi introduzido pela primeira vez em 2004 por Hall Finney, que criou a ideia de ‘prova de trabalho reutilizável. ‘ Na época, a ideia principal do PoW era evitar e-mails de spam e ataques DDOS.

Cinco anos depois, o criador anônimo do Bitcoin, Satoshi Nakamoto, implementou a ideia de Finney na primeira rede blockchain do mundo. Muito parecido com seu predecessor, o PoW baseado em blockchain também previne atividades maliciosas. Mas, além disso, é também a força motriz que torna as transações funcionais em um livro-razão descentralizado e imutável.

PoW é o principal sistema em redes de blockchain que processa transações fornecendo-lhes hashes e confirmando-as. O próprio sistema é apoiado por mineiros que participam da rede verificando novas transações para uma recompensa monetária – neste caso, Bitcoin.

Portanto, podemos pensar no PoW como um layout que tanto os mineiros quanto os usuários seguem ao interagir com uma rede blockchain.

O que é blockchain?

Blockchain é uma forma de tecnologia de razão distribuída, talvez o exemplo mais simples e popular. O próprio DLT é um sistema seguro de registros que usa um consenso de dados replicados e sincronizados que são compartilhados entre várias instâncias.

Gastos em dobro

A atividade maliciosa específica que a Prova de Trabalho impede é chamada de gasto duplo. Em redes blockchain, todas as transações são apoiadas por um token digital que representa um certo valor monetário.

Se você fosse enviar $ 50 a um amigo através da rede Bitcoin, você precisaria enviar X quantias de BTC.

Mas como saber se essa moeda ainda não foi usada para pagar outro serviço ou produto? Sem PoW, uma rede não pode verificar com precisão se um usuário não gastou tokens em dobro. Como tal, torna a tecnologia blockchain inútil e incompatível com qualquer um de seus propósitos originais.

Fonte – Ilustração de gasto duplo.

Pode-se resolver esse problema facilmente introduzindo uma autoridade central que verifica as transações e garante que as moedas não sejam gastas duas vezes. Mas, embora seja fácil fazer isso, não ajuda a trazer a descentralização. Por que se preocupar em usar redes blockchain quando elas funcionam da mesma maneira que um banco?

Satoshi Nakamoto corrigiu o problema de gastos duplos exigindo que todos os participantes da rede tivessem acesso a todo o histórico de transações do razão. Conhecendo cada transação na história de uma rede blockchain, é impossível perder se certos tokens já foram usados.

Portanto, Nakamoto pensou em ter as transações anunciadas publicamente. Com essa possibilidade, todos os usuários da rede poderiam concordar com um único histórico de transações com base na ordem em que foram recebidas e enviadas.

Timestamping

Como o tempo é linear, é a melhor ferramenta que pode nos dizer de que forma as transações são ordenadas. Ao marcar a hora em que um pagamento foi criado em uma transação, sabemos sua posição no razão geral. Assim, temos timestamping!

Na rede Bitcoin original, um servidor de carimbo de data / hora é usado para atribuir a hora de criação de uma transação. O servidor simplesmente pega o hash de um bloco, que contém várias transações, e o marca com o tempo. Então, o hash desse bloco é anunciado publicamente.

Um componente importante desse processo é que o servidor de carimbo de data / hora inclui o carimbo de data / hora anterior de um bloco em seu hash atual. Ao fazer isso, o servidor forma uma cadeia inquebrável em que cada carimbo de data / hora reforça a estabilidade, legitimidade e validade da rede.

Registro de data e hora em blockchain via Prova de Trabalho

A versão dos servidores de carimbo de data / hora que temos nas redes blockchain é o que chamamos de sistemas de consenso de Prova de Trabalho. Funciona de forma semelhante a um servidor de carimbo de data / hora normal, exceto que é descentralizado e não requer autoridade central.

PoW utiliza a função de hashing criptográfica chamada SHA-256. A própria rede usa um nonce para cada transação a fim de criar hashes diferentes a cada vez, caso contrário, ela produziria constantemente o hash exato em todos os momentos.

Todos esses processos são suportados pelo ato de mineração, um processo pelo qual os nós de blockchain resolvem problemas “matemáticos” complexos para verificar e confirmar transações. Depois de completar sua tarefa, a rede concede uma certa porção de recompensas de mineração de bloco para o nó, com base em sua contribuição pessoal para a rede.

Por conta disso, cada nó recebe recompensas proporcionalmente à quantidade de energia do hardware investida na rede. Quanto mais poder de processamento alguém usa para suportar a rede Bitcoin, maior o número de moedas que ele recebe.

É por isso que temos gigantescas fazendas de mineração em todo o mundo, cheias de milhares de placas gráficas cujo poder de processamento é usado para verificar transações e minerar BTC.

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Resumo Rápido

Para entender melhor como funciona a Prova de Trabalho, vamos resumir brevemente todo o processo. Afinal, a repetição é a mãe da habilidade e, com os conceitos explicados até agora, aprendemos muitas informações em um tempo incrivelmente curto.

Quando falamos sobre redes de blockchain, pensamos em um livro razão digital que é público, descentralizado e distribuído para todas as partes. Se você enviar ou receber um pagamento de alguém, a transação será gravada eternamente na rede.

Cada transação individual é empilhada em um bloco que pode transportar milhares de transações a qualquer momento. Assim que o bloco estiver pronto para verificar todas essas transações, os mineiros realizarão trabalhos extremamente trabalhosos para confirmar o bloco. Após a confirmação, ficará gravado para sempre na rede sem qualquer chance de alguém interromper ou editar as informações registradas.

A Prova de Trabalho é crucial para esse processo porque evita a adulteração de informações. Isso é feito marcando a data e hora de cada transação e bloco com base na hora e na ordem em que foram criados ou verificados. O processo de verificação é conduzido por meio de um hash, uma longa sequência de números.

Hashes são usados ​​para confirmar que os dados recebidos correspondem aos dados originais. Nesse caso, os dados originais referem-se a todas as transações anteriores confirmadas em uma rede. Se um bloco não estiver em linha com os blocos anteriores e os hashes não corresponderem, os mineiros não podem verificar as transações.

Mineração

Agora que resumimos o que é hash e carimbo de data / hora, vamos dar uma olhada melhor no ato de minerar. Se um computador simplesmente gerasse e confirmasse hashes, acabaríamos fazendo um trabalho que pode ser concluído em meros segundos. Para evitar que isso aconteça, precisamos colocar o trabalho em Prova de Trabalho.

Todas as redes de blockchain definem um certo nível de dificuldade que torna a mineração trabalhosa. Depois que cada bloco é minerado, aproximadamente a cada 10 minutos, a dificuldade é ajustada. A dificuldade é definida pela própria rede, que estabelece uma espécie de alvo para o hash. Quanto mais alto o alvo, mais difícil é minerar um bloco inteiro.

Fonte – A configuração da dificuldade acontece pela rede.

Como mencionamos anteriormente, os mineiros usam nonces ao fazer hash. Esses nonces representam um inteiro (um número usado uma vez) que possibilita aos mineiros gerar um hash que está abaixo da dificuldade alvo. Os mineradores Onc descobrem um hash válido, ele é compartilhado com toda a rede e o bloco de transação é adicionado à rede blockchain.

Prova de Trabalho VS Prova de Participação

Além da Prova de Trabalho, existe outro mecanismo de consenso denominado Prova de Participação. Os desenvolvedores estão atualmente lutando para saber qual mecanismo é melhor para redes de blockchain, já que cada modelo oferece diferentes prós e contras.

Se você já ouviu falar sobre a Prova de Participação (PoS), provavelmente já ouviu falar Ethereum 2.0 também. Para tornar sua rede mais eficiente, escalável e econômica, os desenvolvedores decidiram criar uma nova rede para Ethereum baseada em PoS.

Embora o conceito de PoS remonte a 2011, ele só está sendo implementado agora. Se for bem-sucedido, o Ethereum pode se tornar uma das primeiras implementações maiores da Prova de Participação. Mas o que é PoS e como ele é diferente em comparação com PoW?

Essencialmente, a diferença está no fato de quem dá suporte à rede. Em vez de mineradores, o PoS utiliza validadores. A nova rede é completamente diferente do PoW, pois não requer mineração e não há necessidade de prever hashes.

Na prova de aposta, a rede seleciona aleatoriamente um usuário que deve propor um bloqueio. Se o bloco for válido, ele recebe a recompensa que consiste nas taxas de transação do bloco. Com isso em mente, podemos concluir que um validador ganha mais conforme aumentam as taxas de transação.

O PoS seleciona o usuário com base em vários fatores que decidem se ele será o único a enviar um bloqueio. Primeiro, um usuário deve apostar tokens para se tornar um validador.

O que está apostando? O ato de bloquear os tokens nativos da rede. Essencialmente, staking é o processo de fornecer garantias para ser elegível para se tornar um participante da rede. No caso do Ethereum 2.0, o usuário deve depositar 32 ETH.

Por que o staking é tão importante e por que os usuários devem ‘pagar’ para validar a rede? Porque é o método usado para incentivar a honestidade e desincentivar a trapaça. Se um validador não funcionar bem ou se comportar de forma mal-intencionada, a rede assumirá a aposta do validador.

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PoS é melhor do que PoW?

Como o Ethereum está mudando de PoW para PoS, certamente deve haver uma motivação para explicar por que os desenvolvedores estão migrando agora. Isso significa que PoS é melhor do que PoW e, em caso afirmativo, por que?

Como você já deve ter adivinhado, o PoS elimina a potência do hardware necessária para verificar as transações. Como resultado, o mecanismo é mais ecológico e reduz os custos de administração de uma fazenda de mineração. As fazendas de bitcoins consomem muita eletricidade e alguns especialistas acreditam que isso seja um obstáculo, pois contribui para a poluição mundial.

No caso do Ethereum 2.0, os desenvolvedores também mudaram para o PoS por mais um motivo. Segundo o criador Vitalik Buterin, o Proof of Stake deixará a rede mais descentralizada e segura. Além disso, o mecanismo de consenso também ajudará a diminuir as taxas e tornar o Ethereum mais escalonável para seus usuários.

Até agora, o Bitcoin com seu design de Prova de Trabalho é a única rede que provou com sucesso que pode funcionar em grande escala. O que Ethereum pode fazer com uma rede PoS ainda está para ser visto, já que não temos confirmações de se o novo design irá realmente funcionar ou melhorar a rede.

Outro problema com a Prova de aposta é que essas redes são menos seguras em comparação com o PoW. Sem a segurança trazida pelos mineiros, pode ser mais fácil manipular ou até mesmo atacar redes de blockchain de PoS.

Com os fatos acima mencionados em mente, tudo o que podemos fazer é esperar e ver o desempenho do Ethereum 2.0. Se ele ultrapassar o Bitcoin em termos de escalabilidade, podemos considerar o PoS certamente uma opção melhor. Caso contrário, PoW continua sendo o rei das redes blockchain.

Conclusão

Prova de trabalho é um mecanismo de consenso utilizado para combater o gasto duplo, um problema que permite aos usuários gastar a mesma criptomoeda mais de uma vez. Satoshi Nakamoto implementou PoW no Bitcoin por meio de vários processos, incluindo mineração, hashing e timestamping.

Todos esses processos combinados permitem que o livro razão do Bitcoin permaneça descentralizado, distribuído e público. Além do PoW, também temos um novo mecanismo de consenso chamado Prova de Participação, que deixa completamente de fora a noção de mineração.

PoS é melhor do que PoW? Em teoria, sim. No entanto, isso ainda precisa ser provado na prática por meio de uma grande rede de blockchain que atende a milhares de usuários. Ethereum 2.0 é a primeira tentativa séria que os desenvolvedores estão fazendo. Se o projeto é bem-sucedido na utilização de PoS, ainda não se sabe. Até então, PoW continua a ser a forma superior de organizar redes de blockchain.

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