Consenso Híbrido PoW/PoS
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Consenso Híbrido PoW/PoS

Consenso Híbrido PoW/PoS

Intermedi√°rio
Publicado em Mar 25, 2019Atualizado em Aug 7, 2023
9m
Autor: Richard Red, contribuidor Decred.
Um mecanismo de consenso na Blockchain serve para garantir que existe acordo entre participantes quanto ao estado atual da rede. O mecanismo de consenso determina quem √© capaz de adicionar novos blocos de transa√ß√Ķes e um dos seus principais objetivos √© garantir que a chain (cadeia) n√£o seja reescrita ou alterada.


Consenso Proof of Work

As blockchains com puro mecanismo de consenso Proof of Work (PoW), como a da Bitcoin, s√≥ podem ter novos blocos adicionados por mineradores, que investem em equipamentos potentes para ter maior efici√™ncia na tentativa de adivinhar a resposta para os problemas matem√°ticos. Cada vez que um minerador adivinha uma resposta v√°lida, ele pode construir um bloco permitido pela rede. Enquanto os mineradores podem escolher qualquer chain para minerar, a rede s√≥ aceitar√° a chain que possuir o maior ac√ļmulo de Proof of Work (por exemplo, maior quantidade de hashes ou palpites) como a chain leg√≠tima. Isso significa que os mineradores s√£o incentivados a minerar na chain mais longa, e quando veem um novo bloco v√°lido, tentam encontrar a resposta para o problema matem√°tico do pr√≥ximo bloco, permitindo que construam-no sobre o anterior.

A dificuldade de reescrever a blockchain √© o que torna poss√≠vel o funcionamento da rede como um ledger (livro-raz√£o ou livro cont√°bil) para transa√ß√Ķes financeiras. Quando uma transa√ß√£o aparece em um bloco, enviando moedas para uma carteira, e v√°rios blocos tiverem sido constru√≠dos sobre esse bloco (confirma√ß√Ķes), torna-se improv√°vel que o bloco (e a transa√ß√£o) possam ser reescritos ou alterados.

Se uma entidade ou organiza√ß√£o possuir Hashing Power (poder de processamento) suficiente para superar a ‚Äúchain honesta‚ÄĚ, ela pode reescrever (ou reorganizar) a blockchain ao minerar um bloco ‚Äúantigo‚ÄĚ em vez do mais recente. Aqui est√° uma descri√ß√£o simples desse tipo de ataque, mais conhecido como Ataque de 51%: O invasor faz uma transa√ß√£o no bloco X para carteira de uma corretora, e em seguida, inicia a minera√ß√£o de uma chain paralela de forma privada (esses blocos n√£o s√£o transmitidos para a rede). Uma vez que o n√ļmero necess√°rio de confirma√ß√Ķes tenha sido ultrapassado, o invasor negocia suas moedas por outras e ent√£o saca esses ativos. Quando a corretora completa o processo de retirada, ela liberam a chain paralela, e caso esta possua maior PoW (blocos) que a chain original, a rede aceitar√° ela como a chain leg√≠tima e o hist√≥rico representado pela chain original (incluindo o dep√≥sito do invasor) desaparecer√°. Dessa forma o invasor estar√° livre para gastar as mesmas moedas novamente.
Como os mineradores s√£o as √ļnicas entidades que t√™m o poder de adicionar blocos diretamente √† chain em criptomoedas baseadas puramente no PoW, isso lhes concede um papel importante na governan√ßa da rede. Dessa forma, para que qualquer altera√ß√£o nas regras de consenso da rede seja adotada, ela precisa ter apoio de maior parte do hashing power existente. Os ‚ÄúSoft Forks‚ÄĚ exigem que mineradores suficientes reconhe√ßam um novo conjunto de regras para que os usu√°rios possam esperar que suas transa√ß√Ķes sejam processadas adequadamente e inclu√≠das em blocos. Os ‚ÄúHard Forks‚ÄĚ dividem a rede em dois partes, e pela regra comumente aceita de que ‚Äúa chain com maior PoW √© a chain correta a ser seguida‚ÄĚ, os mineradores ir√£o escolher qual √© a chain leg√≠tima.


Consenso Proof of Stake

O consenso Proof of Stake (PoS) √© um m√©todo alternativo usado para decidir quem pode adicionar novos blocos e verificar o estado atual da blockchain. Em vez de mineradores que competem para resolver problemas matem√°ticos, no caso do PoS, o pr√≥ximo construtor de blocos √© determinado por um processo baseado no n√ļmero de moedas guardadas em carteiras (ou ‚Äústaked‚ÄĚ). Este processo acredita que aqueles usu√°rios com maior stake tomar√£o decis√Ķes mais respons√°veis para manter a integridade da rede.
O mecanismo de consenso PoS elimina a necessidade da minera√ß√£o extremamente custosa energicamente, mas essa falta desse gasto energ√©tico cria outro problema, √†s vezes chamado de ‚Äúnada em risco‚ÄĚ. No caso de uma chain que sofreu fork, ¬†os forjadores do PoS (‚Äúforjar‚ÄĚ √© geralmente um substitutivo para ‚Äúminerar‚ÄĚ) s√£o incentivados √† minerar em ambas as chains, porque custa muito pouco fazer isso numa chain extra e eles podem coletar recompensas em ambas as chains. E este √© um problema para a rede, porque supostamente s√≥ uma √ļnica chain deveria existir e concordar com o estado atual dela √© o prop√≥sito do mecanismo de consenso.

O PoS tem um problema adicional no que diz respeito √† distribui√ß√£o de tokens. Os mineradores do PoW t√™m custos significativos (como equipamentos e eletricidade) e normalmente vendem uma grande por√ß√£o das suas moedas mineradas para cobrir os custos de opera√ß√£o. Como resultado, v√°rias moedas mineradas acabam ficando dispon√≠veis para compra no mercado, em vez de serem acumuladas pelos mineradores. Os forjadores do PoS t√™m um custo operacional muito baixo, portanto n√£o precisam vender as moedas que recebem como recompensa pela manuten√ß√£o da rede. Os usu√°rios mais ricos que entram no processo de PoS tendem a aumentar sua participa√ß√£o na porcentagem de moedas em circula√ß√£o, isso acontece porque eles coletam as recompensas dos blocos e as taxas de transa√ß√Ķes dos usu√°rios da rede. Todo esse processo tem sido comparado ao feudalismo, segundo o qual a rede pertence ao detentores de moedas, sendo operada por eles, fazendo com que os usu√°rios paguem um aluguel pelo uso. Normalmente existe um n√ļmero de corte, no qual estar abaixo dele torna imposs√≠vel a participa√ß√£o no processo de PoS.


PoS/PoW híbrido

O objetivo dos sistemas híbridos de Proof of Work e Proof of Stake é capturar os benefícios dos respectivos sistemas e usá-los para balancear as fraquezas de cada um. O Decred está entre as poucas criptomoedas que utilizam PoW e PoS de forma reconhecível e as une para produzir um mecanismo de consenso híbrido ou multifatorial.
As ‚ÄúMasternode Coins‚ÄĚ s√£o, em alguns aspectos, tamb√©m h√≠bridas, possuindo um componente reconhecido de PoW que desempenha um papel semelhante no caso da Bitcoin, e uma fun√ß√£o adicional para nodes (n√≥s) especiais. Normalmente existe um requerimento de que esses nodes especiais detenham uma certa quantidade de criptomoedas como garantia, demonstrando que podem ser confi√°veis em agir para o melhor interesse da rede, algo muito parecido com o racioc√≠nio por tr√°s do Proof of Stake. A Dash √© uma moeda origin√°ria do masternode e refere-se √† esse modelo como Proof of Service. Esse artigo se concentrar√° em h√≠bridos com componente de Proof of Stake, e n√£o considerar√° a variedade de moedas que emulam masternodes ou Proof of Service.
O componente de PoW da Decred funciona de forma semelhante √† outros projetos baseados em PoW e usa a Hash Function (fun√ß√£o hash) Blake-256. J√° o componente de PoS da Decred e a maneira como ele √© inserido na chain √© bastante singular, merecendo mais explica√ß√Ķes.

Para participar do processo de Proof of Stake da Decred, os detentores devem ‚Äútrancar‚ÄĚ suas moedas para comprar tickets (ou, ingressos). O pre√ßo de um ticket individual √© definido por um mecanismo de mercado, no qual o sistema est√° apontando, de acordo com um n√ļmero definido de tickets (40.960) - se houver mais do que o n√ļmero alvo, o pre√ßo sobe, se houver menos, diminui. Quando algu√©m compra um ticket, as moedas usadas nessa compra ficam trancadas (impossibilitando o gasto das mesmas) at√© que seus tickets sejam chamados para votar de forma pseudoaleat√≥ria, ou at√© que expirem ap√≥s cerca de 142 dias. Isso introduz um custo de oportunidade para o PoS, destinado a garantir que os eleitores estejam ‚Äúarriscando a pr√≥pria pele‚ÄĚ e atuem de acordo com os melhores interesses para rede.

Os participantes do PoS (tamb√©m conhecidos como eleitores ou detentores) t√™m tr√™s fun√ß√Ķes distintas a serem desempenhadas: o voto em bloco, o voto em mudan√ßas nas regras de consenso, e o voto no gerenciamento de projetos usando o Politeia Proposal System (Sistema de Propostas Politeia). A primeira delas, ‚Äúvoto em bloco‚ÄĚ, √© a maneira pela qual os eleitores do PoS se envolvem mais diretamente na manuten√ß√£o de um consenso.


Votando em blocos

Quando um minerador de PoW encontra um bloco válido, ele o transmite para a rede, mas para que esse bloco seja considerado realmente válido, ele deve incluir votos de pelo menos 3 a 5 tickets selecionados de forma aleatória. Os eleitores do PoS mantêm as carteiras abertas e prontas para responder com votos quando seus tickets são chamados (ou podem contratar um serviço provedor de votação (VSP), para que votem no seu lugar). Quando um ticket de PoS é chamado para votar e responde, seu dono recebe uma recompensa.
Quando os tickets s√£o chamados, eles votam para aceitar ou rejeitar transa√ß√Ķes regulares do bloco mais recente. Os nodes da rede n√£o ir√£o reconhecer um novo bloco como v√°lido at√© que ela possua pelo menos 3 votos. Se a maioria dos tickets chamados para votar rejeitarem as transa√ß√Ķes do bloco anterior, elas ser√£o retornadas √† mempool (mem√≥ria das piscinas de minera√ß√£o). Essas transa√ß√Ķes regulares incluem a recompensa do minerador em PoW, mas n√£o a recompensa dos eleitores do PoS.

Portanto, os eleitores do PoS t√™m o poder de retirar as recompensas dos mineradores sem afetar suas pr√≥prias recompensas. Isso limita o poder dos mineradores em PoW de vetar mudan√ßas nas regras de consenso da rede, que s√£o votadas pelas partes interessadas. De fato, os eleitores do PoS podem rejeitar qualquer tipo de comportamento indesej√°vel que os mineradores apresentem, basta adotar a pol√≠tica de votar ‚Äún√£o‚ÄĚ quando um comportamento malicioso ou ineficiente for detectado - impedindo que maus mineradores escrevam transa√ß√Ķes e recebam recompensas.

Essa camada de verifica√ß√£o do PoS aumenta de forma significativa a seguran√ßa da rede e a resist√™ncia contra ataques de maioria (como o Ataque de 51%). O m√©todo comum de conduzir um ataque de duplo gasto √© reescrever a blockchain ao minerar uma chain alternativa em segredo, liberando-a depois de um certo per√≠odo de tempo e aproveitando-se da anula√ß√£o das transa√ß√Ķes na chain ‚Äúantiga‚ÄĚ (por exemplo, gastando duas vezes suas entradas). Como os blocos da Decred exigem entradas de bilhetes selecionados aleatoriamente para serem considerados v√°lidos, e n√£o podem ser constru√≠dos pelos mineradores do PoW at√© que tenham recebido a entrada, n√£o √© poss√≠vel para os mineradores do PoW minerar em segredo, a menos que eles tamb√©m controlem uma propor√ß√£o significativa dos bilhetes existentes (veja esses artigos).

O design h√≠brido do PoW/PoS aumenta significativamente os custos de ataque √† uma rede porque existem dois sistemas distintos que devem ser contornados pelo invasor. O componente PoS, em particular, √© configurado de tal forma que os tickets s√≥ podem ser adquiridos de forma lenta. Um n√ļmero limitado de tickets pode ser comprado em cada bloco/intervalo, e comprar o n√ļmero m√°ximo faz com que o pre√ßo suba drasticamente. Al√©m disso, uma vez que esses tickets tenham sido comprados, os fundos usados para compr√°-los ser√£o trancados por um tempo, deixando um invasor exposto a qualquer desvaloriza√ß√£o das suas moedas, os quais seriam afetadas diretamente como resultado de um ataque.

A exigência de que cada bloco seja votado por detentores selecionados aleatoriamente significa que a blockchain deve ser compartilhada com todos os participantes à medida que for minerada, aumentando a segurança da rede. O sistema híbrido da Decred foi projetado para também conceder aos detentores poder sobre os mineradores do PoW.


Votando na mudança de consenso

A Decred decidiu, no in√≠cio, tornar os detentores de PoS em uma for√ßa dominante de tomada de decis√Ķes na governan√ßa da blockchain. Escrito nas regras de consenso est√° um procedimento de atualiza√ß√£o pelo qual qualquer mudan√ßa nas regras de consenso da rede s√≥ pode ser implantada ap√≥s passar por um processo de vota√ß√£o. As altera√ß√Ķes s√≥ podem ser feitas se aprovadas por pelo menos 75% dos tickets de vota√ß√£o. Esse processo come√ßa quando uma certa propor√ß√£o de mineradores (95%) e eleitores (75%) est√£o rodando o software atualizado com as √ļltimas altera√ß√Ķes nas regras. Se a proposta tiver 75% de apoio ap√≥s um per√≠odo de vota√ß√£o de 4 semanas, ela ser√° aceita. Caso contr√°rio, ser√° rejeitada, e se ela n√£o possuir a maioria necess√°ria, uma nova vota√ß√£o ser√° iniciada. Se uma proposta for aceita, a altera√ß√£o da regra ser√° ativada um m√™s depois.


Projeto de Gerenciamento: Politeia

As recompensas dos blocos da Decred s√£o divididas entre mineradores PoW (60%), eleitores do PoS (30%) e uma ‚Äúpoupan√ßa‚ÄĚ (10%) para financiar o desenvolvimento de softwares de c√≥digo aberto que promove os objetivos do projeto. Os detentores de tickets t√™m soberania para votar como esse fundo deve ser gasto, quais recursos devem ser adicionados e determinar pol√≠ticas por meio da plataforma Politeia.


Considera√ß√Ķes Finais

Como os eleitores do PoS recebem 30% das recompensas de um bloco, eles n√£o podem simplesmente manter suas participa√ß√Ķes em ‚Äústake‚ÄĚ. A maioria dos DCRs rec√©m-minerados vai para os mineradores de PoW em troca da fun√ß√£o que desempenham na prote√ß√£o da rede, impedindo o problema do ‚Äúnada em risco‚ÄĚ que os sistemas de puro PoS t√™m. Os mineradores normalmente teriam que vender uma parte significativa das recompensas que recebem para cobrir seus custos operacionais, garantindo que uma boa quantidade de DCRs esteja dispon√≠vel no mercado.

A blockchain da Decred apresenta uma arquitetura √ļnica e √© um dos exemplos mais not√°veis de um sistema h√≠brido de PoW/PoS. Da mesma forma que projetos de consenso em PoS s√£o um agrupamento geral com varia√ß√Ķes significativas, futuros projetos que implementam abordagens h√≠bridas de PoW/PoS tamb√©m ser√£o √ļnicos e n√£o necessariamente seguir√£o a estrutura da Decred.

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