Prova de Trabalho vs Prova de Participação: Mecanismos de consenso explicados

A tecnologia Blockchain tem ganhado popularidade nos últimos anos.

Uma das principais características que torna o blockchain tão atraente é sua natureza descentralizada. Transações em um blockchain são verificadas por uma rede de computadores em vez de por uma autoridade central, o que torna difícil manipular ou adulterar dados.

Mas como uma rede de blockchain garante que as transações sejam legítimas e evita um ataque fraudulento ao sistema como um todo? É aqui que entram os mecanismos de consenso como Prova de Trabalho (Proof of Work or PoW) e Prova de Participação (Proof of Stake or PoS).

Neste artigo, você aprenderá como funcionam a Prova de Trabalho e a Prova de Participação, bem como como elas se diferenciam.

O que é um mecanismo de consenso?

A mecanismo de consenso (também conhecido como modelo de consenso) é um protocolo que permite a rede descentralizada de computadores chegarem a um acordo sobre o estado do sistema. Isso é necessário para que a rede funcione corretamente.

Em termos mais simples, mecanismos de consenso ajudam a validar e verificar transações.

Existem dois principais tipos de mecanismos de consenso: Prova de Trabalho e Prova de Participação

O que é Prova de Trabalho?

Prova de Trabalho (PoW) é um mecanismo de consenso que é usado para proteger e validar transações em uma blockchain. O mecanismo de PoW funciona através de um processo chamado mineração, em que as transações são validadas resolvendo um problema matemático complexo conhecido como uma função hash criptográfica.

As pessoas que resolvem esses problemas, mineiros, são recompensadas com criptomoeda. Quanto mais poder de computação os mineradores conseguirem aplicar na mineração, maior a probabilidade de resolverem a função hash e ganharem recompensas.

A razão para a alta exigência de poder computacional é que o valor hash dos dados não pode ser calculado simplesmente retrocedendo. A solução é o resultado de tentativa e erro. Se o minerador puder tentar mais soluções dentro de um determinado período, as chances de sucesso são maiores. Isso está diretamente correlacionado com as ‘operações por segundo’ do processador do computador.

Com o PoW, os mineradores competem entre si para validar as transações e adicioná-las ao blockchain. O primeiro minerador a adicionar um bloco de transações ao blockchain é recompensado com a criptomoeda nativa da cadeia, como o Bitcoin.

A principal vantagem do Proof of Work é que é muito difícil manipular os dados em uma blockchain. Isso porque mudar até mesmo uma única transação exigiria uma enorme quantidade de poder computacional para refazer todo o trabalho realizado nos blocos anteriores. Isso torna o Proof of Work seguro contra ‘ataques de 51%”, que são quando um grupo de mineradores controla mais de 50% do poder computacional total em uma rede e, portanto, pode manipular os dados.

No entanto, também existem algumas desvantagens em usar a Prova de Trabalho, que abordaremos em seções posteriores.

Como a Prova de Trabalho funciona?

Suponha que haja uma transação que precisa ser adicionada ao blockchain. Esta transação irá para um pool de transações não confirmadas chamado mempool. Então, os mineradores pegarão essa transação do mempool e começarão a trabalhar nela. Eles fazem isso usando seu poder computacional para resolver problemas matemáticos complexos.

O problema matemático ao qual nos referimos aqui é um hash. Como não há como reverter um hash algoritmicamente, a única maneira de fazer isso é através de um método de tentativa e erro.

Portanto, quanto maior o poder de processamento do computador de mineração, maior a probabilidade de chegar à solução primeiro.

O primeiro minerador que resolve o problema adiciona o bloco de transações à blockchain e assim ganha sua recompensa de bloco. Os outros mineradores então verificam se a solução está correta e começam a trabalhar no próximo bloco de novas transações.

O que é Proof of Stake?

Proof of Stake (PoS) é um modelo de consenso que é usado para validar e proteger transações em uma blockchain. Surgiu como uma solução para algumas das desvantagens que a PoW enfrenta, particularmente consumo de energia.

Ao contrário da Prova de Trabalho, o mecanismo de consenso da Prova de Participação não exige que todos os validadores se apressem para validar uma única transação. Em vez disso, os validadores "apostam" uma certa quantia da criptomoeda nativa da rede. Isso garante que aqueles que validam a transação estejam financeiramente investidos no projeto.

Por exemplo, a Rede Ethereum recentemente migrou de um sistema de Prova de Trabalho para um sistema de Prova de Participação. Portanto, para ser um validador nesta cadeia e ganhar ETH validando transações, você teria que apostar um mínimo de 32 ETH.

Como funciona a Prova de Participação?

Uma vez que você aposta a quantidade mínima de criptomoeda necessária na cadeia, você está elegível para validar transações.

Os validadores são escolhidos aleatoriamente para validar o próximo bloco de transações. Quanto mais criptomoeda de Proof of Stake você apostar (como ETH), maiores são suas chances de ser escolhido como validador.

Uma vez que um validador tenha sido escolhido, ele valida o bloco de transações e o adiciona ao blockchain. Eles são então recompensados com criptomoeda pelos seus esforços.

Como um único validador produz blocos, como a rede garante que o validador não se envolva em atividade nefasta para benefício pessoal?

É aqui que entra o conceito de “punição”. A punição é quando a participação de um validador é retirada como uma punição por se envolver em comportamento malicioso.

Por exemplo, se um validador tentar validar dois blocos diferentes ao mesmo tempo, ele será pego e sua participação será punida. Isso serve como um desincentivo para os validadores trapacearem nos sistemas de PoS.

Prova de Trabalho vs. Prova de Participação: Qual é melhor?

Ambos os modelos de consenso têm diferentes benefícios e desvantagens. A Prova de Trabalho é mais adequada para estabelecer a confiança em um sistema distribuído, enquanto a Prova de Participação é mais adequada para reduzir o custo de manter essa confiança.

No entanto, em geral, a Prova de Trabalho é mais adequada para situações onde há necessidade de segurança contra ataques, enquanto a Prova de Participação é mais adequada para situações onde há necessidade de transações rápidas e eficientes.

Limitações da Prova de Trabalho

A Prova de Trabalho foi inventada por Cynthia Dwork e Moni Naor em 1993 como uma forma de prevenir ataques DDoS (Distributed Denial of Service). Foi somente mais tarde que ela foi adaptada para uso como um mecanismo de consenso em criptomoedas.

Como é um modelo de consenso legado, ele tem sua cota de limitações que precisam ser superadas para abordar o trilema do blockchain de descentralização, escalabilidade e segurança.

Intensivo em energia

A Prova de Trabalho é muito intensiva em energia. Isso não é apenas porque os mineradores precisam executar computadores poderosos para validar transações em troca de recompensas por bloco, mas também porque todos os mineradores precisam operar para todas as transações, mesmo que apenas um deles seja recompensado.

Isso resulta em um grande desperdício de energia e também deixa uma pegada de carbono significativa.

Por exemplo, somente o Bitcoin consome cerca de 110 terawatts-hora de energia por ano, o que é mais do que o consumo anual de energia de países como Finlândia, Noruega e Bangladesh. Algumas estimativas colocam esse número em até 150 terawatts-hora por ano, o mesmo consumo de energia que todo o país da Argentina.

Baixa taxa de transferência

O sistema de Prova de Trabalho também sofre de baixa taxa de transferência de transações. Isso ocorre porque o tempo necessário para minerar um novo bloco e adicioná-lo ao blockchain é fixo.

Para o Bitcoin, esse tempo é aproximadamente fixo em 10 minutos. Isso significa que a rede pode processar no máximo 7 transações por segundo. Em comparação, a Visa processa cerca de 1.700 transações por segundo (com algumas estimativas chegando a 65.000 transações por segundo).

Caro

Outro inconveniente das blockchains de Prova de Trabalho é que elas exigem alto poder computacional para participar do processo de mineração. Isso cria uma barreira de entrada para a maioria das pessoas e também centraliza o poder entre aqueles que podem pagar computadores caros capazes de entregar tal poder.

O alto custo de entrada também leva à centralização do poder entre os mineradores, o que vai contra a natureza descentralizada da tecnologia blockchain.

Limitações da Prova de Participação

Scott Nadal e Sunny King são os dois desenvolvedores que inventaram a Prova de Participação. Segundo eles, o mecanismo de consenso de Prova de Trabalho usado pela rede Bitcoin e suas bifurcações são prejudiciais ao meio ambiente e apresentam problemas de escalabilidade que prejudicariam a adoção em massa de criptomoeda como sistema de pagamento.

Assim, a Proof of Stake foi desenvolvida para ser mais eficiente em termos de energia e superar os desafios óbvios apresentados pela Proof of Work.

Mas a Proof of Stake também tem limitações.

Problema do “nada em jogo”

O problema do “nada em jogo” é um desafio inerente na Proof of Stake, onde um invasor pode facilmente bifurcar o blockchain e criar duas versões diferentes da verdade. Isso ocorre porque não há incentivo para os validadores permanecerem leais a uma cadeia, pois eles podem verificar transações em ambas as cadeias e receber recompensas de ambas.

O problema de nada em jogo foi primeiro proposto pelo cofundador do Ethereum Vitalik Buterin em 2014 e ainda é um desafio que precisa ser enfrentado pelos desenvolvedores.

Alta exigência de participação

Outra limitação do Proof of Stake é que ele exige que os validadores tenham uma alta participação na rede. Isso ocorre porque os validadores só seriam motivados a agir no melhor interesse da rede se tivessem muito a perder.

Embora isso possa parecer uma coisa boa, na verdade centraliza o poder entre aqueles que podem comprar muitos tokens.

Por exemplo, para se tornar um validador na rede Ethereum 2.0, você precisaria apostar um mínimo de 32 ETH. Esta é uma quantia grande para o investidor médio e entusiasta de tecnologia. Menos seguro

O algoritmo de consenso Proof of Stake também é mais vulnerável a ataques de 51%. Isso ocorre porque exigiria apenas que um atacante controlasse mais de 50% da aposta na rede para bifurcar o blockchain.

Essencialmente, uma “

baleia”, ou alguém com capital suficiente para ter um impacto perceptível no mercado por meio de grandes negociações,pode potencialmente se tornar um validador e ter uma influência significativamente maior na verificação de transações.

O Futuro da Prova de Trabalho vs. Prova de Participação

A batalha entre Prova de Trabalho e Prova de Participação continuará, pois ambos os modelos têm seus prós e contras.

É importante notar que ambos os mecanismos ainda estão em estágios iniciais e não foram totalmente testados. Como tal, é difícil dizer qual é o melhor.

O que sabemos com certeza é que a tecnologia blockchain continuará a evoluir independentemente de qual algoritmo de consenso eventualmente prevalecer.

Em resumo, tanto a Prova de Trabalho quanto a Prova de Participação têm suas vantagens e desvantagens, mas, em última análise, cabe aos desenvolvedores de projetos decidir qual é mais adequado para suas necessidades.

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