Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)

TL;DR

O Proof of Work (PoW) e o Proof of Stake (PoS) são os mecanismos de consenso mais comuns. Eles são adotados pelas principais criptomoedas para proteger e garantir o funcionamento de sua rede.

O Bitcoin usa o Proof of Work para validar transações e proteger a rede. Além de outras funções, o PoW evita gastos duplos (double-spending). A blockchain é protegida por participantes chamados de mineradores, que usam poder computacional para competir pelo direito de confirmar novos blocos e atualizar a blockchain. Quando um minerador confirma um novo bloco com sucesso, ele recebe recompensas em BTC da rede. Em dezembro de 2021, ao minerar um bloco de Bitcoin com sucesso, um minerador pode obter uma recompensa de bloco de 6,25 BTC mais as taxas de transação.

A principal diferença entre o PoW e o PoS é a maneira como eles determinam quem pode validar um bloco de transações. O Proof of Stake é a alternativa mais popular ao Proof of Work. É um mecanismo de consenso que visa melhorar algumas das limitações do PoW, como questões de escalabilidade e alto consumo de energia. No PoS, os participantes são chamados de validadores. Eles não precisam usar hardware de alto poder computacional para competir pela chance de validar um bloco. Em vez disso, eles precisam fazer staking (bloquear) de criptomoedas nativas da blockchain. A rede então seleciona um vencedor com base na quantidade de criptomoedas em staking. O usuário selecionado como validador, receberá uma proporção das taxas de transação do bloco que validar. Quanto mais moedas em staking, maior a chance de ser escolhido como validador.

Introdução

Para assegurar que as transações registradas em uma blockchain são válidas, as redes adotam diferentes mecanismos de consenso. O Proof of Work (PoW) é o mecanismo mais antigo. Criado por Satoshi Nakamoto, é considerado por muitos como uma das alternativas mais seguras. O Proof of Stake (PoS) foi criado mais tarde, mas hoje é usado na maioria dos projetos de altcoins.

Além do Bitcoin, outras criptomoedas importantes também usam o PoW, como Ethereum (ETH) e Litecoin (LTC). O PoS é usado pela Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) e outras altcoins. É importante lembrar que a Ethereum pretende mudar seu mecanismo de PoW para PoS em 2022.

O que é Proof of Work (PoW) e como ele funciona?

Proof of Work (PoW) é o algoritmo de consenso adotado pela rede do Bitcoin e muitas outras criptomoedas para prevenir gastos duplos (double-spending). Foi apresentado por Satoshi Nakamoto no whitepaper do Bitcoin, publicado em 2008.

Basicamente, o PoW determina como a blockchain do Bitcoin obtém consenso distribuído. Ele é usado para validar transações peer-to-peer trustless, sem a necessidade de intermediários terceirizados.

Em uma rede PoW como a do Bitcoin, as transações são verificadas por mineradores. São participantes que utilizam uma grande quantidade de recursos para garantir que a rede continue funcionando corretamente e de forma segura. Entre outras tarefas, os mineradores criam e validam blocos de transações. Mas, para competir pelo direito de validar o próximo bloco, eles usam hardware de mineração altamente especializado para solucionar problemas matemáticos complexos.

O primeiro minerador que conseguir encontrar uma solução válida para esses problemas matemáticos ganha o direito de adicionar seu bloco à blockchain e receber o que chamamos de recompensa de bloco. As recompensas de bloco são compostas de criptomoedas recém-geradas mais as taxas de transação. A quantidade de criptomoedas da recompensa de bloco varia em cada rede. Por exemplo, na blockchain do Bitcoin, um minerador bem-sucedido recebe como recompensa de bloco, 6,25 BTC mais as taxas de transação (em dezembro de 2021). No entanto, o número de novos BTCs gerados por bloco é reduzido em 50% a cada 210.000 blocos (aproximadamente a cada quatro anos) devido a um mecanismo conhecido como halving.

Se quiser saber mais sobre o modelo Proof of Work, confira o artigo O que é Proof of Work (PoW)?.

O que é Proof of Stake (PoS) e como ele funciona?

Proof of Stake (PoS) é um algoritmo de consenso introduzido em 2011 como alternativa ao Proof of Work. O seu objetivo é solucionar os problemas de escalabilidade das redes PoW. O PoS é o segundo algoritmo mais popular, adotado por criptomoedas como a Binance Coin (BNB), Solana (SOL) e Cardano (ADA).

O PoW e o PoS têm o mesmo objetivo de obter consenso na blockchain, mas o PoS usa uma maneira diferente para determinar quem valida um bloco de transações. Não há mineradores em blockchains PoS. Em vez de depender de computadores poderosos para competir pelos direitos de validação de bloco, os validadores do PoS dependem de seus patrimônios (holdings) de criptomoedas.

Para ser elegível para validar um bloco, os participantes precisam bloquear uma certa quantidade de moedas em um contrato inteligente específico na blockchain. Esse processo é conhecido como staking. O protocolo PoS irá então designar um participante para validação do próximo bloco. Dependendo da rede, essa seleção pode ser feita de forma aleatória ou de acordo com o valor de participações (holdings em stake). O validador selecionado pode receber as taxas de transação do bloco que validou como recompensa. Normalmente, quanto mais moedas bloqueadas em staking, maior a chance de ser selecionado.

Consulte o artigo sobre Proof of Stake (PoS) para mais detalhes.

Diferenças entre Proof of Work e Proof of Stake

Ambos são mecanismos de consenso que garantem a segurança e o funcionamento da rede blockchain, mas existem diferenças entre eles. A principal diferença é, obviamente, a maneira como o PoW e o PoS determinam qual participante valida as novas transações. Para entender melhor, vamos dar uma olhada na tabela abaixo:

	Proof of Work (PoW)	Proof of Stake (PoS)
Quem pode minerar/validar blocos?	Quanto maior o poder computacional, maior a probabilidade de minerar um bloco.	Quanto mais moedas em staking, maior a probabilidade de validar um novo bloco.
Como um bloco é minerado/validado?	Os mineradores competem para solucionar problemas matemáticos complexos usando seus recursos computacionais.	Normalmente, o algoritmo determina o vencedor de forma aleatória, levando em consideração a quantidade de moedas em staking.
Equipamento de mineração	Hardware de mineração profissional, como ASIC, CPU e GPU	Qualquer computador ou dispositivo móvel com conexão à Internet
Como as recompensas são distribuídas?	A primeira pessoa a minerar o bloco recebe a recompensa de bloco	Os validadores podem receber uma parte das taxas de transação do bloco que validaram
Como a rede é protegida?	Quanto maior o hash, mais segura é a rede	O staking bloqueia as criptomoedas na blockchain para garantir a segurança e funcionamento da rede

O Proof of Stake é melhor que o Proof of Work?

Os apoiadores do Proof of Stake argumentam que o PoS tem alguns benefícios sobre o PoW, especialmente em termos de escalabilidade e velocidade das transações. Eles também afirmam que o mecanismo PoS é menos prejudicial ao meio ambiente do que o PoW. Por outro lado, muitos defensores do PoW argumentam que o PoS, como uma tecnologia mais recente, ainda não provou seu potencial em termos de segurança de rede. O fato de que as redes PoW requerem uma quantidade significativa de recursos (hardware de mineração, eletricidade, etc.) encarece e dificulta a execução de ataques. Isso é particularmente verdadeiro para o Bitcoin, que é a maior blockchain PoW.

Conforme mencionado, a Ethereum (ETH) pretende mudar seus sistema PoW para PoS com a atualização da Ethereum 2.0. A ETH 2.0 é uma atualização muito esperada para a rede Ethereum que deve melhorar seu desempenho e resolver os problemas de escalabilidade. Após a implementação do PoS na Ethereum, qualquer pessoa com pelo menos 32 ETH poderá participar do staking para se tornar um validador e receber recompensas.

O PoS é melhor que o PoW? O que fez a segunda maior criptomoeda em capitalização de mercado decidir adotar um novo mecanismo de consenso?

Risco de centralização

Nas blockchains Proof of Work, a mineração envolve o uso de poder de computação para hash dos dados do bloco até que uma solução válida seja encontrada. Para as principais criptomoedas de hoje, as soluções de mineração estão cada vez mais difíceis e o processo de alcançar grandes quantidades de hashes pode ser muito caro em termos de hardware e eletricidade.

Portanto, alguns mineradores preferem acumular seus recursos em pools de mineração para aumentar as chances de obter as recompensas de bloco. Alguns grandes pools de mineração investem milhões de dólares e controlam milhares de hardwares de mineração ASIC para gerar o máximo de poder de hashing possível.

Atualmente, em dezembro de 2021, os 4 maiores pools de mineração controlam cerca de 50% do poder de hash total do Bitcoin. O domínio dos pools de mineração torna muito difícil a mineração individual de entusiastas cripto.

Mas quão descentralizada é a mineração então? Por um lado, ainda não existe uma entidade única capaz de controlar as confirmações na rede. Se isso acontecesse, um ataque de 51% seria possível e a rede perderia seu valor. Alguns argumentam que, embora a mineração ainda seja descentralizada, ela não tem mais um alto grau de descentralização. Certas áreas como produtores de equipamentos de mineração e produtores de energia ainda dominam a mineração e reduzem a descentralização geral de blockchains Proof of Work.

O mecanismo de consenso Proof of Stake tem uma abordagem diferente e substitui o poder de mineração pelo processo de staking. Esse mecanismo diminui as barreiras de entrada e possibilita que qualquer indivíduo confirme transações, reduzindo a ênfase na localização, no equipamento e em outros fatores. Seu stake é determinado simplesmente pela quantidade de tokens que você possui.

No entanto, a maioria das redes PoS exige que você execute um node validador para começar a confirmar as transações. Pode ser um processo caro, mas não tanto quanto manter várias plataformas de mineração. Os usuários então oferecem seus tokens em staking para certos validadores, em um modelo semelhante ao dos pools de mineração. Portanto, embora o Proof of Stake facilite a participação de usuários individuais, ele ainda é suscetível ao mesmo problema de centralização dos pools de mineração.

Riscos de segurança

Além do risco de centralização, o fato de que os quatro maiores pools de mineração têm a maior parte do poder de hashing da rede Bitcoin, pode potencialmente aumentar o risco de um ataque de 51%. Um ataque de 51% refere-se a um possível ataque à segurança de um sistema blockchain por um agente ou organização mal-intencionada que se torna capaz de controlar mais de 50% do poder total de hash da rede. Nesse caso, o invasor poderia alterar o algoritmo de consenso da blockchain e se beneficiar com gastos duplos, rejeição ou alteração de registros de transações ou até bloquear o processo de mineração de outros mineradores. No entanto, é improvável que isso aconteça com o Bitcoin devido ao tamanho de sua rede.

Por outro lado, em um ataque a uma blockchain PoS, seria necessário possuir mais de 50% das moedas na rede. Isso faria com que a demanda no mercado e o preço da moeda aumentassem, o que poderia custar bilhões de dólares. Mesmo que ocorresse um ataque de 51%, o valor das moedas em staking cairia drasticamente, conforme a rede fosse comprometida. Portanto, é pouco provável que um ataque de 51% aconteça com uma criptomoeda que usa o consenso PoS, especialmente se for uma moeda de grande capitalização de mercado.

Aspectos negativos do Proof of Stake

Muitos veem o Proof of Stake como a melhor alternativa ao Proof of Work, mas é importante notar que também existem deficiências no algoritmo PoS. Devido ao mecanismo de distribuição de recompensas, os validadores com mais ativos em staking têm mais chances de validar o próximo bloco. Quanto mais moedas um validador acumula, mais moedas ele pode usar no staking e receber recompensas. Muitos criticam dizendo que esse sistema “deixa os ricos mais ricos”. Esses validadores “mais ricos” também podem influenciar a votação na rede, já que as blockchains PoS geralmente concedem direitos de governança aos validadores.

Outra preocupação são os riscos de segurança para as criptomoedas de menor capitalização de mercado que adotam o mecanismo PoS. Conforme mencionado, é pouco provável que um ataque de 51% aconteça com criptomoedas mais populares, como o ETH ou o BNB. No entanto, ativos digitais com um valor menor são mais vulneráveis a ataques. Os hackers podem adquirir moedas suficientes para obter vantagens em relação aos outros validadores. Com isso, eles podem abusar do sistema PoS, sendo frequentemente escolhidos como validadores. As recompensas obtidas podem ser usadas no processo de staking, aumentando as chances de serem escolhidos novamente na próxima rodada.

Considerações finais

O Proof of Work e o Proof of Stake são mecanismos consolidados no ecossistema cripto. É difícil afirmar qual dos protocolos de consenso funciona melhor. O PoW pode ser criticado por criar altas emissões de carbono durante a mineração, mas provou ser um algoritmo eficiente para garantir a segurança das redes blockchain. No entanto, com a atualização da Ethereum, de PoW para PoS, o Proof of Stake pode se tornar o mecanismo mais utilizado por novos projetos no futuro.