O que é o Consenso Nakamoto? O mecanismo que alimenta a Bitcoin

Saiba mais sobre o mecanismo de consenso original da blockchain, o consenso Nakamoto, que ainda hoje alimenta a Bitcoin.

Jan 09, 2024
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Nakamoto Consensus F

Principais conclusões:

  • Os mecanismos de consenso são protocolos que permitem aos nós de uma rede distribuída chegarem a um acordo sobre uma única versão da blockchain, garantindo a validade das transações e evitando a duplicação de gastos.
  • O Consenso Nakamoto, que recebeu o nome do pseudónimo do criador da Bitcoin, Satoshi Nakamoto, aborda o Problema dos Generais Bizantinos de uma forma descentralizada e sem confiança, fornecendo uma forma segura de estabelecer um consenso mesmo quando alguns nós não são fiáveis ou são maliciosos.
  • O Consenso Nakamoto emprega a Proof of Work (PoW), exigindo que os mineiros resolvam problemas matemáticos complexos para adicionar novos blocos à blockchain.
  • O sucesso do Bitcoin está intimamente ligado ao Consenso Nakamoto, que eliminou os desafios relacionados com a confiança e a segurança descentralizadas.
  • Os princípios do Consenso Nakamoto foram adotados por vários projetos de blockchain para além da Bitcoin, demonstrando a sua versatilidade.

Introdução

A tecnologiaBlockchain revolucionou as finanças ao proporcionar uma forma descentralizada e segura de registar transações. No seu cerne estão os mecanismos de consenso, um elemento fundamental que garante a integridade e a fiabilidade dos registos distribuídos.

Neste artigo, aprofundamos o conceito de mecanismos de consenso, com especial destaque para o Consenso Nakamoto – um protocolo pioneiro que está na base da funcionalidade da Bitcoin e de muitos outros sistemas de blockchain.

O que é um mecanismo de consenso na Blockchain?

Antes de nos aprofundarmos no Consenso de Nakamoto, é essencial entender o conceito mais amplo de mecanismos de consenso. Em termos simples, um mecanismo de consenso é um protocolo que permite que os nós de uma rede distribuída concordem com uma única versão do blockchain. Este acordo garante que as transações são válidas e evita o gasto duplo, que envolve um utilizador que gasta a sua criptomoeda numa transação e depois tenta gastá-la novamente antes de a rede poder incluir os detalhes da transação no bloco seguinte.

Isto cria um conflito no registo da blockchain, podendo levar a inconsistências e por em causa a integridade de todo o sistema.

Os mecanismos de consenso desempenham um papel fundamental na manutenção da segurança e fiabilidade de uma rede de blockchain, impedindo que agentes maliciosos manipulem o histórico de transações. Existem vários algoritmos de consenso, cada um com a sua abordagem única para alcançar um acordo entre os participantes da rede. Um desses mecanismos inovadores é o Consenso Nakamoto.

Saiba mais sobre mecanismos de consenso aqui.

O que é o Consenso de Nakamoto?

O Consenso Nakamoto, nomeado em homenagem a Satoshi Nakamoto, o pseudónimo criador da Bitcoin, é o mecanismo de consenso fundamental para muitas redes de blockchain. A sua principal inovação reside na sua solução elegante para o Problema dos Generais Bizantinos.

Consenso de Nakamoto e o Problema dos Generais Bizantinos

O Problema dos Generais Bizantinos é um desafio clássico da ciência da computação que reflete a dificuldade de obter consenso numa rede onde alguns dos nós podem estar com defeito ou agir intencionalmente de forma maliciosa. Descreve um cenário hipotético em que um grupo de generais tem de coordenar as suas ações para atacar ou recuar, mas alguns generais podem ser traidores, enviando informações contraditórias.

Saiba mais sobre o Problema dos Generais Bizantinos aqui.

No contexto da blockchain, estes nós defeituosos ou maliciosos podem representar entidades comprometidas que tentam perturbar a rede. O Consenso Nakamoto aborda o Problema dos Generais Bizantinos introduzindo um mecanismo descentralizado e sem confiança para alcançar o consenso, chamado Byzantine Fault Tolerance (BFT).

O que é o Byzantine Fault Tolerance (BFT)?

BFT é um conceito em blockchain e ledgers distribuídos que se refere à capacidade de um sistema de manter a sua correção e funcionalidade na presença de falhas arbitrárias ou falhas, incluindo actores maliciosos. O termo “bizantino” é derivado do “problema dos generais bizantinos” introduzido acima.

Num sistema BFT, o objetivo é garantir a integridade e a coerência do sistema mesmo quando alguns componentes, como os nós, ou os participantes falham ou se comportam de forma maliciosa. Isto é particularmente importante em sistemas descentralizados onde os nós podem estar geograficamente dispersos e podem não ser totalmente confiáveis – como num cenário de blockchain.

As principais caraterísticas do Byzantine Fault Tolerance incluem:

  • Resiliência a falhas arbitrárias: A BFT vai além da tolerância a falhas tradicionais, abordando falhas arbitrárias e maliciosas, como nós que enviam informações incorretas ou conflitantes.
  • Redundância e replicação: Os sistemas BFT utilizam frequentemente redundância e replicação para garantir que, mesmo que alguns nós apresentem falhas ou estejam comprometidos, a informação correta possa ser obtida pelos restantes nós.
  • Algoritmos de consenso: O BFT é frequentemente alcançado através de algoritmos de consenso, em que os nós do sistema chegam a um acordo sobre um determinado valor ou estado. O Consenso de Nakamoto é um exemplo de algoritmo de consenso concebido para o BFT.
  • Medidas de segurança: Os sistemas BFT podem empregar técnicas criptográficas e outras medidas de segurança para autenticar mensagens, verificar a integridade dos dados e evitar ataques maliciosos.

O Consenso Nakamoto desempenha um papel fundamental na obtenção de BFT numa rede blockchain descentralizada e distribuída, combinando a Proof of Work(PoW) com a regra da cadeia mais longa para obter consenso entre os nós distribuídos.

Como o Consenso Nakamoto alcança o Byzantine Fault Tolerance

Abaixo está um resumo dos principais componentes que tornam o Consenso Nakamoto um mecanismo de consenso seguro.

Descentralização e participação sem permissão

  • O Consenso Nakamoto permite que qualquer participante se junte à rede e se torne um nó.
  • Esta natureza descentralizada garante que não existe uma autoridade central ou um ponto único de falha no sistema.

Consenso através de mineração e Proof of Work

  • Os participantes(mineiros) na rede competem para resolver um puzzle criptográfico através de um processo conhecido como mineração.
  • O primeiro mineiro a resolver o puzzle ganha o direito de propor o próximo bloco de transações.
  • Outros nós da rede validam então o bloco proposto.

Regra da cadeia mais longa

  • Os nós seguem o princípio da cadeia mais longa, o que significa que a cadeia com o maior PoW acumulado é considerada a blockchain válida e aceite.
  • Este mecanismo ajuda a evitar a duplicação de gastos e garante que todos os nós convergem para uma única versão da verdade.
  • A regra da cadeia mais longa é um dos conceitos fundamentais que compõem a NC e outras blockchain baseadas em PoW.

Incentivos económicos e teoria dos jogos

  • Os mineiros são economicamente incentivados a agir honestamente e a seguir as regras do protocolo.
  • As tentativas de comportamento malicioso, como a criação de blocos inválidos ou o gasto duplo, seriam economicamente dispendiosas e, por isso, são desencorajadas.

Finalidade probabilística

  • Embora o Consenso Nakamoto não ofereça finalidade instantânea, ele oferece finalidade probabilística: À medida que mais blocos são adicionados à blockchain, a probabilidade de uma transação ser irreversível aumenta.
  • Na prática, quanto mais fundo uma transação estiver enterrada na blockchain, menor será a probabilidade de ser revertida.

Ao basear-se nestes princípios, o Consenso Nakamoto fornece um mecanismo robusto para alcançar o BFT num ambiente descentralizado. A natureza distribuída do consenso PoW ajuda a rede a resistir a falhas arbitrárias, incluindo a presença de nós bizantinos (maliciosos).

Os incentivos económicos e os aspetos teóricos do jogo também contribuem para a segurança geral e a resiliência do sistema, tornando-o resistente a ataques e garantindo que a maioria dos nós honestos converge para um estado consistente e seguro da blockchain.

Proof of Work e o Consenso Nakamoto

No centro do Consenso Nakamoto está o conceito de PoW, um mecanismo criptográfico que exige que os participantes, conhecidos como mineradores, resolvam problemas matemáticos complexos para adicionar um novo bloco à blockchain. O primeiro mineiro a resolver o problema transmite a solução para a rede e, se validada por outros nós, o novo bloco é adicionado à cadeia.

O PoW serve múltiplos propósitos dentro do Consenso Nakamoto. Em primeiro lugar, atua como um mecanismo de resistência Sybil, impedindo que um único participante controle vários nós e domine a rede. Em segundo lugar, introduz um elemento de competição entre os mineiros, assegurando que o processo de adicionar um novo bloco consuma muitos recursos e tempo, o que acrescenta um nível de segurança à rede.

Apesar da sua eficácia, o PoW foi alvo de críticas devido à sua natureza de utilização intensiva de energia, com as operações de extração a exigirem uma potência computacional significativa. Este facto levou à exploração e desenvolvimento de mecanismos de consenso alternativos, como o Proof of Stake(PoS) e o Delegated Proof of Stake(DPoS), que foram concebidos para resolver os problemas ambientais associados ao PoW.

Consenso de Nakamoto e Bitcoin

O sucesso da Bitcoin como criptomoeda está intimamente ligado ao Consenso de Nakamoto, que aborda os desafios de longa data da confiança e segurança descentralizadas.

A natureza transparente e descentralizada do Consenso de Nakamoto alinha-se com o ethos da Bitcoin, enfatizando a resistência à censura, a imutabilidade e a falta de confiança.

O Consenso Nakamoto para além da Bitcoin

Embora o Consenso Nakamoto tenha tido origem na criação da Bitcoin, os seus princípios foram adotados e adaptados por vários outros projetos de blockchain. O Ethereum, a segunda maior criptomoeda em termos de capitalização de mercado, operava inicialmente num Consenso Nakamoto baseado em PoW, mas passou agora para um sistema baseado em PoS através do The Merge.

Outras plataformas de blockchain, incluindo Litecoin, Bitcoin Cash e muitas outras, também utilizam o Consenso Nakamoto como mecanismo subjacente para chegar a um acordo entre os participantes da rede. A versatilidade deste modelo de consenso permitiu a sua adoção e experimentação generalizadas em vários ecossistemas de blockchain.

Conclusão

O mecanismo do Consenso Nakamoto é uma das bases no desenvolvimento e proliferação da tecnologia de blockchain. A sua abordagem inovadora para resolver o Problema dos Generais Bizantinos através da utilização da Proof of Work abriu caminho para sistemas de transação seguros, descentralizados e transparentes.

Embora as preocupações ambientais associadas ao PoW tenham levado à exploração de mecanismos de consenso alternativos, o Consenso Nakamoto continua a ser um conceito fundamental e influente na evolução contínua da tecnologia blockchain.

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Qual é a diferença entre o Consenso Nakamoto e a Proof of Work?

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