O que é Proof of Stake (PoS)?

TL;DR

Proof of Stake é um mecanismo de consenso popular, usado como alternativa ao Proof of Work. Em vez de usar poder computacional, os validadores fazem staking de moedas para validar transações. Isso reduz drasticamente o consumo de energia necessário. O Proof of Stake também oferece melhorias em termos de descentralização, segurança e escalabilidade.

No entanto, sem acesso às criptomoedas, o uso do Proof of Stake pode ser menos acessível. Além disso, existe o potencial de um ataque de 51% em blockchains de baixa capitalização de mercado. Como o Proof of Stake é altamente versátil, ele possui uma ampla gama de variações para diferentes blockchains e casos de uso.

Introdução

Atualmente, o Proof of Stake é de longe a escolha mais popular para redes blockchain. Mas com tantas variações, pode ser difícil de entender seus conceitos centrais. Hoje em dia, é improvável que você o veja em sua forma original. No entanto, todos os tipos de Proof of Stake utilizam os mesmos conceitos principais. Entender esses conceitos lhe ajudará a fazer melhores escolhas em relação às blockchains que você usa e a entender como elas funcionam.

O que é Proof of Stake?

O algoritmo de consenso do Proof of Stake foi introduzido em 2011 no fórum Bitcointalk. Ele foi proposto como uma solução aos problemas do Proof of Work. Embora o objetivo de ambos seja a obtenção de consenso da blockchain, o processo que eles adotam é bem diferente. Com o Proof of Stake, em vez de fornecer uma prova através de um método computacionalmente intensivo, os participantes apenas provam que fizeram staking de moedas.

Como funciona o Proof of Stake?

O algoritmo do Proof of Stake usa um processo que seleciona, de forma pseudoaleatória, um grupo de validadores de um grupo de nodes (nós). O sistema usa uma combinação de fatores, incluindo o tempo de staking, um elemento de randomização e o valor (riqueza) do node.

Em sistemas Proof of Stake, os blocos são "forjados" e não minerados. Entretanto, ainda é possível que você ouça o termo "minerado" ocasionalmente. A maioria das criptomoedas Proof of Stake são lançadas com um fornecimento de moedas "pré-forjadas" para permitir a inicialização imediata dos nodes.

Os usuários que participam do processo de "forjamento" devem bloquear uma certa quantidade de moedas na rede como stake. O tamanho dos stakes determina as chances de um node ser selecionado como o próximo validador - quanto maior o valor em staking, maiores as chances. Alguns métodos exclusivos são adicionados ao processo de seleção para evitar o favorecimento dos nodes mais ricos da rede. Os dois métodos mais utilizados são Randomized Block Selection (seleção aleatória de blocos) e Coin Age Selection (seleção por tempo de staking).

Randomized Block Selection

No método Randomized Block Selection, os validadores são selecionados por nodes com uma combinação do menor valor de hash e o maior valor de staking. Como os tamanhos dos stakes são públicos, os outros nodes geralmente conseguem prever qual será o próximo "forjador".

Coin Age Selection

O método Coin Age Selection seleciona os nodes com base no tempo de staking de seus tokens. O parâmetro Coin Age é calculado multiplicando o número de dias de staking pelo número de moedas em staking.

Após forjar um bloco, o Coin Age do node é redefinido para zero e o node deve aguardar um período para forjar outro bloco - isso impede que nodes com grandes quantias em staking dominem a blockchain.

Validação das transações

Cada criptomoeda usa seu próprio algoritmo de Proof of Stake e tem seu próprio conjunto de regras e métodos para oferecer a melhor combinação possível de recursos para a rede e seus usuários.

Quando um node é escolhido para forjar o próximo bloco, ele verificará se as transações no bloco são válidas. Em seguida, ele assina o bloco e o adiciona à blockchain. Como recompensa, o node recebe as taxas de transação do bloco e, em algumas blockchains, uma recompensa em moedas.

Se um node quiser abandonar a sua função de "forjador", seu valor em staking e as recompensas obtidas serão liberadas após um determinado período. Com isso, a rede tem tempo hábil para verificar se o respectivo node não adicionou blocos fraudulentos à blockchain.

Quais blockchains usam o Proof of Stake?

A maioria das blockchains pós-Ethereum usam o mecanismo de consenso Proof of Stake. Normalmente, cada blockchain faz suas próprias modificações para atender às necessidades da rede. Discutiremos mais detalhes sobre as modificações neste artigo. Atualmente, a própria Ethereum está em processo de mudança para o Proof of Stake, com a atualização Ethereum 2.0.

Redes blockchain que usam o Proof of Stake ou uma variação dele incluem:

1. BNB Chain

2. BNB Smart Chain

3. Solana

4. Avalanche

5. Polkadot

Vantagens do Proof of Stake

O Proof of Stake oferece muitas vantagens em relação ao Proof of Work. Por esse motivo, novas blockchains quase sempre usam Proof of Stake. Algumas das vantagens incluem:

Adaptabilidade

À medida que as necessidades dos usuários e as blockchains mudam, o Proof of Stake também muda. Isso é evidente com o grande número de adaptações disponíveis. O mecanismo é versátil e pode se adaptar facilmente à maioria dos casos de uso das blockchains.

Descentralização

Mais usuários são incentivados a executar nodes, pois é uma tarefa mais acessível. Esse incentivo e o processo de randomização também aumentam a descentralização da rede. Embora existam pools de staking, com o Proof of Stake, o validador tem uma chance muito maior de "forjar" um bloco com sucesso. No geral, isso reduz a necessidade de staking pools.

Eficiência energética

Em comparação com o Proof of Work, o Proof of Stake é incrivelmente eficiente em termos de energia. O custo de participação depende do custo do staking de moedas e não do custo do poder computacional para a solução de problemas. Esse mecanismo de consenso proporciona uma redução significativa na energia necessária para sua execução.

Escalabilidade

Como o Proof of Stake não depende de máquinas físicas para obtenção de consenso, seu sistema oferece mais escalabilidade. Não há necessidade de grandes fazendas de mineração ou de fornecimento de grandes fontes de energia. A adição de mais validadores à rede é mais barata, mais simples e mais acessível.

Segurança

O Staking funciona como um incentivo financeiro para que o validador não processe transações fraudulentas. Se a rede detectar uma transação fraudulenta, o validador perderá uma parte de seu staking e seu direito de participação na rede. Portanto, se o valor em staking for maior que as recompensas obtidas, o validador não tem motivos para atuar maliciosamente (ele perderia mais dinheiro).

Para controlar efetivamente a rede e aprovar transações fraudulentas, um node precisaria de uma participação majoritária na rede. Esse tipo de golpe é conhecido como ataque de 51%. Dependendo do valor de uma criptomoeda, pode ser praticamente impossível obter o controle da rede, pois seria necessário adquirir 51% de todo o fornecimento em circulação.

No entanto, isso também pode representar uma desvantagem que explicaremos a seguir.

Desvantagens do Proof of Stake

Embora o Proof of Stake tenha muitas vantagens em comparação com o Proof of Work, ele ainda possui alguns aspectos negativos:

Forking

Com o mecanismo de Proof of Stake padrão, não há desincentivo para a mineração de ambos os lados de um fork. No Proof of Work, a mineração em ambos os lados gera desperdício de energia. No caso do Proof of Stake, o custo é muito menor, o que significa que os usuários podem "apostar" no sucesso dos dois lados do fork.

Acessibilidade

Para fazer staking, você precisa de um fornecimento do token nativo da blockchain. Ou seja, você precisará comprar o token em uma corretora ou através de outro método. Dependendo do valor mínimo exigido, talvez você precise de um investimento significativo para fazer staking de forma eficaz.

Com o Proof of Work, você pode alugar ou comprar equipamentos de mineração baratos. Dessa forma, é possível participar de um pool, começar a validar transações e obter ganhos rapidamente.

Ataque de 51%

Embora seja tecnicamente possível realizar um ataque de 51% em uma rede Proof of Work, esse tipo de ataque é significativamente mais provável em sistemas Proof of Stake. Se o preço de um token cair muito ou a blockchain tiver baixa capitalização de mercado, o valor necessário para comprar mais de 50% dos tokens da rede será relativamente mais baixo. Neste caso, o suposto comprador teria controle sobre a rede.

Proof of Work vs. Proof of Stake

Ao comparar os dois mecanismos de consenso, existem algumas diferenças fundamentais.

	Proof of Work (PoW)	Proof of Stake (PoS)
Equipamento necessário	Equipamento de mineração	Poucos equipamentos (ou nenhum)
Consumo de energia	Alto	Baixo
Tendência	Centralização	Descentralização
Método de validação	Prova computacional	Staking de moedas

No entanto, há uma grande variedade de mecanismos de Proof of Stake em blockchains. Dependendo do mecanismo, haverá variação em relação às diferenças citadas.

Outros mecanismos de consenso que baseados no Proof of Stake

O Proof of Stake é altamente adaptável. Os desenvolvedores podem modificar o mecanismo para adequá-lo aos casos de uso específicos de uma blockchain. Abaixo estão alguns dos mais comuns.

Delegated Proof of Stake (DPoS)

O Delegated Proof of Stake permite que o usuário faça staking de moedas sem precisar se tornar um validador. Neste caso, os usuários fazem staking em nome de um validador as recompensas do bloco são compartilhadas. Quanto mais usuários "delegadores" fizerem staking em nome de um potencial validador, maior será sua chance de seleção para validação de um bloco. Geralmente, os validadores podem alterar o valor compartilhado com os delegadores, definindo uma recompensa como incentivo. A reputação de um validador também é um fator importante para os delegadores.

Nominated Proof of Stake (NPoS)

O Nominated Proof of Stake é um modelo de consenso desenvolvido pela Polkadot. Ele tem muitas semelhanças com o Delegated Proof of Stake, mas há uma diferença fundamental. Se um nomeador (delegador) fizer staking em nome de um validador malicioso, ele também pode perder seus ativos em staking.

Os nominadores podem escolher até 16 validadores para fazer staking. A rede distribuirá igualmente seu valor em staking entre os validadores escolhidos. A Polkadot também usa várias abordagens de teoria dos jogos e de sistemas de eleição para determinar quem forjará um novo bloco.

Proof of Staked Authority (PoSA)

A BNB Smart Chain usa Proof of Staked Authority para obter consenso de rede. Esse mecanismo de consenso combina o Proof of Authority e o Proof of Stake, permitindo que os validadores se revezem na criação de novos blocos. Um grupo de 21 validadores ativos é elegível para participar. Eles são selecionados de acordo com a sua quantia de BNB em staking (ou de acordo com a quantia delegada em nome deles). Este grupo é determinado diariamente e a BNB Chain registra e armazena essa seleção.

Conclusão

Desde a criação do Bitcoin, a forma como adicionamos blocos de transações a uma rede mudou significativamente. Agora não dependemos mais de poder computacional para obtenção de consenso criptográfico. O sistema Proof of Stake tem muitas vantagens e, historicamente, já foi comprovado que ele funciona. Aparentemente, com o passar do tempo, é possível que o Bitcoin seja uma das poucas redes de Proof of Work restantes. Até o momento, parece que o Proof of Stake veio para ficar.