Ethereum Proof-of-Work (PoW) x Proof-of-Stake (PoS): em detalhes

Você pode ter ouvido em todas as notícias que o Ethereum está fazendo a transição para o algoritmo de consenso Proof-of-Stake (PoS) após o Ethereum Merge. Por que isso, e por que agora? E o que isso significa para suas participações no Ethereum? Este artigo aborda a mudança do Ethereum para o consenso de Proof-of-Stake e por que isso é muito importante.

Vitalik Buterin explicou uma vez um conceito chamado trilema cripto. Refere-se à escolha que os desenvolvedores de rede blockchain devem fazer entre segurança, escalabilidade e descentralização. Segundo ele, as redes podem ter dois desses e ter que abrir mão do terceiro. Então, uma pergunta rápida: qual deles você acha que o Ethereum liberou?

Se você escolheu escalabilidade como resposta para a pergunta acima, você está correto. Ethereum é uma plataforma blockchain descentralizada que cria uma rede peer-to-peer para executar e validar com segurança o código do aplicativo de contrato inteligente. Como resultado, os contratos inteligentes permitem que os participantes realizem transações entre si sem a necessidade de uma autoridade central confiável (descentralização). Além disso, os participantes da rede têm total propriedade e visibilidade sobre os dados das transações, pois os registros das transações são imutáveis, verificáveis e distribuídos com segurança pela rede (segurança).

A criptomoeda conectada à rede Ethereum é chamada de Ether. Os usuários que utilizam computadores com alta capacidade computacional para resolver equações matemáticas são recompensados em Ether. Esse processo é chamado de mineração e ajuda a manter o sistema operacional (lembra da mineração Bitcoin?).

Vários cofundadores criaram o Ethereum, sendo o mais popular Vitalik Buterin, que em 2014 publicou um whitepaper apresentando-o.

Buterin e Joe Lubin, o criador da empresa de software blockchain ConsenSys, introduziram a plataforma Ethereum em 2015.

O primeiro blockchain foi o blockchain Bitcoin. Seu desenvolvedor pretendia eliminar a influência que estados, grandes bancos ou outros terceiros tinham nos sistemas financeiros.

A prova de trabalho oferece benefícios significativos, principalmente para uma criptomoeda relativamente simples, mas valiosa, como o Bitcoin. É um método testado e confiável de manter uma blockchain segura e descentralizada.

Os desenvolvedores do Bitcoin tiveram que descobrir um mecanismo para impedir que alguém tentasse fraudar o sistema e gastar as mesmas moedas mais de uma vez em uma blockchain onde os usuários mantêm um registro compartilhado. Não era uma solução ideal, mas uma solução inteligente mostrou que poderia funcionar.

Esse mecanismo envolve mineradores competindo entre si para resolver quebra-cabeças matemáticos desafiadores. O primeiro minerador a quebrar a equação tem o direito de adicionar um novo bloco à cadeia, atualizar o livro-razão e ganhar moedas recém-cunhadas.

À medida que o valor de uma criptomoeda aumenta, mais mineradores são incentivados a participar, aumentando a força e a segurança da rede. Qualquer pessoa ou grupo que tente interferir no blockchain de uma criptomoeda valiosa achará isso impossível devido à quantidade de poder de computação necessária.

Por outro lado, como blockchains compatíveis com contratos inteligentes, como o Ethereum, podem precisar processar muitas transações, é um processo que consome muitos recursos e pode ter dificuldades de dimensionamento. Como resultado, alternativas foram criadas, sendo o proof-of-stake o mais popular.

Uso intensivo de recursos

Para garantir que os nós da rede registrem transações no blockchain de maneira descentralizada, o Ethereum usa um mecanismo de consenso PoW.

No entanto, há um alto custo para a descentralização porque o procedimento exige poder computacional confiável e muita energia.

Escalabilidade

Um dos principais problemas com a rede Ethereum é que as transações são executadas lentamente e a rede não pode ser dimensionada para atender à demanda sem pagar altas taxas de transação.

Devido às características fundamentais da mineração Ethereum, a criação de blocos é limitada a 7 a 15 transações por segundo, criando um problema de escalabilidade. Em contraste, a rede Visa completa cerca de 45.000 transações a cada segundo.

O requisito de cada nó para lidar com cada transação na rede é uma restrição significativa. Se esse problema não for corrigido, os usuários do Ethereum poderão enfrentar tempos de espera mais longos devido ao congestionamento de transações. A rede Ethereum precisa aumentar a velocidade com que as transações são processadas para serem preparadas para aplicativos de classe empresarial.

Vulnerabilidade ao Ataque

Como os contratos inteligentes estão disponíveis para inspeção pública, programadores habilidosos podem encontrar códigos que contenham falhas que podem ser exploradas, resultando no roubo de dinheiro.

Blockchains usam a prova de participação como uma forma de mecanismo de consenso para estabelecer um consenso distribuído.

O staking em um sistema de prova de participação funciona de maneira semelhante à mineração em um sistema de prova de trabalho. Ele seleciona um participante da rede para adicionar o lote mais recente de transações ao blockchain e receber criptomoeda em troca.

As especificidades variam dependendo do projeto, mas de um modo geral, as blockchains PoS usam uma rede de validadores que doam ou apostam sua criptomoeda em troca da oportunidade de validar potencialmente novas transações, atualizar a blockchain e obter renda passiva.

Embora o mecanismo de consenso original do Ethereum seja o PoW, a rede procura mudar para a prova de participação por vários motivos. Na prova de participação Ethereum proposta, os validadores deixam em stake voluntariamente dinheiro na forma de Ether em um contrato inteligente Ethereum. O validador é responsável por verificar a validade dos novos blocos produzidos na rede. O Ether em stake serve como garantia e pode ser liquidado se o validador se recusar a cumprir sua parte do acordo.

Uma rede de nós chamada de rede de teste Ethereum é usada para avaliar o protocolo Ethereum. Além disso, as testnets são usadas para testar se está funcionando conforme o esperado.

Antes de implantar na Mainnet, essas redes são usadas por autores de contratos inteligentes ou protocolos para testar possíveis contratos inteligentes em uma configuração semelhante ao Ethereum.

Qualquer código de contrato que você escrever deve ser testado em uma rede de teste antes de ser liberado para a rede principal. A maioria dos projetos entre os dApps que se conectam com contratos inteligentes atuais tem implantações de testnet.

A maioria das redes de teste emprega um algoritmo de consenso de prova de autoridade. Alguns nós são escolhidos para validar transações e construir novos blocos, apostando suas identidades no processo.

No entanto, o custo de criar testes e entregá-los na rede de teste é substancialmente menor do que criar contratos inteligentes e implantá-los na rede principal. Isso ocorre porque devemos pagar taxas de gás antes de implantar nossos contratos inteligentes na rede principal, e esses pagamentos de gás são obrigações financeiras reais.

Normalmente, ao testar seus contratos inteligentes, você não deseja usar dinheiro real. Testnets podem ajudá-lo com isso. Você pode usar a criptomoeda gratuita oferecida pelas testnets para pagar pelo gás. Não podemos usar essa criptomoeda gratuita na rede principal porque ela não tem valor.

Em essência, antes de liberar seus contratos inteligentes na rede principal, você deve testá-los primeiro em uma rede de teste.

Tipos de redes de teste Ethereum

Rinkeby

Rinkeby é uma rede de teste de prova de autoridade para Ethereum empregada para testar desenvolvimentos e como eles serão lançados no protocolo Ethereum. É o principal fork de rede do Ethereum. Antes de iniciar seus dApps na rede principal Ethereum, você pode testá-los em um ambiente de teste usando o Rinkeby.

A Ethereum Foundation desenvolveu Rinkeby em abril de 2017, e a equipe de desenvolvedores Geth é responsável por sua manutenção. Ele emprega o mecanismo de consenso de prova de autoridade.

Esta rede de teste mostra as estatísticas da rede, incluindo vários nós, transações e blocos. Além disso, exibe o número de peers, o número total de nós conectados ao Rinkeby, o número de blocos por segundo e o número de transações por segundo.

Kovan

Outra rede de teste para o protocolo Ethereum é chamada Kovan. Kovan é uma bifurcação da rede principal, assim como Rinkeby.

Kovan foi desenvolvido pela Ethereum Foundation em junho de 2017 e agora está em manutenção pela equipe de desenvolvimento Geth. Também faz uso do mecanismo de consenso de prova de autoridade até que seja movido para uma prova de participação.

Kovan geralmente suporta as mesmas funções que Rinkeby. Nesta rede de testes Kovan, você também pode obter Ethereum grátis usando a torneira oficial.

Na rede de teste Kovan, você pode escrever tokens ERC-20, ERC-721 e ERC-1155. Ele exibe os tokens ERC-20, -721 e 1155, além dos blocos e transações mais recentes. Você também pode procurar endereços, transações, bloqueios e outras informações.

Goerli

A equipe da Parity inventou o Goerli em novembro de 2018. Ele emprega o mecanismo de consenso de prova de autoridade, como as duas redes de teste mencionadas acima, mas é a rede de teste mais recente a migrar para a prova de participação.

As moedas ERC-20, -721 e -1155 são todas mostradas no site da Goerli, juntamente com os blocos e transações mais recentes. O Goerli permite pesquisar endereços, transações, blocos e outros dados, assim como as outras redes de teste que vimos, mas ainda é a maior rede de teste do Ethereum.

A prova de trabalho envolve mineradores competindo para validar transações e resolver quebra-cabeças criptográficos para receber recompensas em bloco. A prova de participação, por outro lado, usa validadores selecionados aleatoriamente para garantir que a transação seja confiável e os paga com criptomoeda em troca. Embora uma ofereça uma solução melhor, ambas as opções têm um conjunto diferente de vantagens e desvantagens.

Em comparação com o consenso de prova de trabalho, a prova de participação oferece as seguintes melhorias:

- O menor consumo de energia da prova de participação incentiva mais nós para proteger a rede, reduzindo o risco de centralização.

- Barreiras de entrada mais baixas e menos requisitos de hardware significam que não é necessário hardware sofisticado para ter a chance de produzir novos blocos.

- Geralmente, foi teoricamente comprovado que a prova de participação, como será usada para o Ethereum, é economicamente mais segura do que a prova de trabalho.

A prova de trabalho é um método energeticamente eficiente para confirmar transações. O blockchain é menos ecológico do que outros sistemas, pois os computadores da rede devem usar muita energia e operar com frequência.

O problema fundamental com a prova de participação é que ela exige um pagamento adiantado substancial. Para se tornar um validador, que depende do tamanho de toda a rede, você deve comprar uma quantidade suficiente do token nativo da criptomoeda.

Isso poderia inevitavelmente levar a problemas de descentralização, pois grandes players criariam formas centralizadas de cofinanciar um nó, mantendo assim todo o poder de validação para si.

Nenhum mecanismo de consenso é perfeito, por isso é crucial reconhecer que tanto a prova de participação quanto a prova de trabalho têm vantagens e desvantagens. Apesar disso, acredita-se que a mudança do Ethereum para a prova de participação traga mais coisas boas do que ruins para o sistema. Os desafios definitivamente surgirão, e fica claro pelo atraso dos desenvolvedores do Ethereum no lançamento que eles estão garantindo que tudo esteja em perfeita ordem antes do lançamento.

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