Já ouviu falar em proof of work, sabe que ele é utilizado no Bitcoin, mas nunca conseguiu entender ao certo qual sua origem, como ele funciona e porquê é tão importante? A Monnos resolveu este problema gerando trabalho (de pesquisa) e provando este trabalho (escrevendo este artigo) para facilitar a sua vida.
O que é Proof of Work (PoW)?
Proof of Work se traduz literalmente ao português como Prova de Trabalho, que consiste em uma prova computacional fornecida por um participante em determinado sistema de que algum tipo de trabalho computacional relevante foi realizado naquela aplicação.
Complicado? Fique tranquilo e continue lendo o artigo que vamos explicar melhor.
O conceito de proof of work foi idealizado inicialmente para tentar resolver o problema de spams de e-mails, onde cada e-mail enviado poderia incluir uma espécie de assinatura criptográfica que provava que um computador realizou algum tipo de trabalho custoso (energia e banda larga) antes de gerar aquela assinatura e enviar aquele e-mail.
Desta forma, a pessoa (ou o servidor) que recebia o correio eletrônico poderia separar aqueles com PoW, dos que não tinham prova de trabalho e identificar spams, já que gerar proof of work suficiente para alimentar um spam seria muito custoso.
Em 2004, quase 20 anos atrás, o programador e criptógrafo Hal Finney – membro da lista de e-mails dos cypherpunks que se comunicavam com Satoshi Nakamoto – desenvolveu o conceito de “prova de trabalho reutilizável” (RPOW – reusable proof of work).
O RPOW utilizava o algoritmo de hashing SHA-256 (o mesmo utilizado pelo Bitcoin) e criava uma espécie de token que servia como prova do trabalho computacional realizado e poderia ser reutilizado por outros participantes, em uma espécie de dinheiro digital que foi o predecessor do Bitcoin como o conhecemos hoje.
Hal Finney foi o homem que recebeu a primeira transação de BTC da história, enviada pelo próprio Satoshi Nakamoto, em reconhecimento à importância de seu trabalho para a criação do whitepaper mais famoso do mundo, já que o bitcoin foi a primeira aplicação com adoção em larga escala da invenção de Finney e do proof of work.
Como funciona o Proof of Work?
O Proof of Work pode funcionar de diversas maneiras, já que a escolha da ferramenta e do método de conseguir provar trabalho computacional pode variar de um sistema para outro.
O objetivo do proof of work também pode mudar. Enquanto no BTC, por exemplo, a prova de trabalho é utilizada como método de consenso na rede, indicando a blockchain que deve ser seguida pelos nodes; na Nano o proof of work tem aplicação semelhante à dos e-mails, servindo apenas como meio de evitar um ataque spam, já que XNO não possui taxas (favorecendo possíveis spams) e utiliza outro método de consenso chamado Open Representative Voting (ORV).
Neste artigo falaremos sobre o PoW no Bitcoin, já que é a aplicação mais importante e é o maior sistema atualmente a utilizar o proof of work.
Proof of Work e a Blockchain
O Bitcoin é um sistema de dinheiro eletrônico ponta-a-ponta que utiliza um “livro razão” distribuído chamado Blockchain. Neste livro-razão, transações são armazenadas em blocos de dados e organizados de forma sequencial em uma cadeia de blocos (block-chain) compartilhada por diversos nodes que guardam um registro idêntico aos outros.
Mas ao se tratar de uma rede viva, que muda sempre que novas transações são realizadas, foi preciso implementar um método para que todos os nodes chegassem a um consenso sobre qual cadeia de blocos eles deveriam manter (ou seguir), no caso de serem transmitidas duas cadeias diferentes para, por exemplo, um mesmo bloco ou transação.
Satoshi Nakamoto então melhorou e aplicou a ideia de Hal Finney, utilizando o proof of work como método de consenso entre os participantes dessa rede a respeito deste grande livro razão que é um organismo vivo.
Desta forma, quando é feita uma nova transação considerada válida pelos nodes, essa transação é adicionada em uma mempool, que é um banco de dados temporário na rede do Bitcoin.
A partir daí, mineradores vão competir, gerando provas de trabalho computacional tentando descobrir hashs válidas a partir do modelo SHA-256. O minerador que conseguir encontrar uma hash correta, cria um novo bloco e acrescenta as transações da mempool neste bloco, que é acrescentado à sequência da blockchain e transmitida para toda a rede.
Com a computação moderna, descobrir sequência numéricas aleatórias poderia ser considerada uma tarefa trivial. É por isso que a rede do Bitcoin aumenta a dificuldade de mineração, ao limitar a quantidade de hashs válidas que podem ser descobertas.
Isso é feito para que cada bloco seja descoberto em uma intervalo médio de 10 minutos, controlando a inflação da moeda, já que cada mineração bem sucedida recompensa o minerador que gerou primeiro a PoW correta com a criação de novos bitcoins, além das taxas pagas pelos endereços que enviaram as transações.
A recompensa ao campeão da vez em gerar a prova de trabalho correspondente diminui pela metade a cada quatro anos através do halving. Atualmente a recompensa do PoW está em 6,25 BTC.
O proof of work e a segurança do Bitcoin
Por uma decisão de protocolo, a segurança do Bitcoin é totalmente dependente do proof of work, considerado por muitos especialistas como o método de consenso mais seguro e mais difícil de ser “quebrado” entre todos os disponíveis no mercado atualmente.
Isso ocorre porque, a rede sempre vai seguir a cadeia de blocos com a maior quantidade de trabalho acumulada. Quanto mais proof of work e mais poder computacional for gasto na rede, mais difícil e custoso é para um participante malicioso conseguir reverter ou enganar os nodes.
O Bitcoin recebe diversas críticas ao utilizar o proof of work, criando um ecossistema competitivo que incentiva cada vez mais o consumo de recursos escassos como energia elétrica, já que quanto mais for gasto em uma determinada cadeia de blocos, mais resistente e cara essa cadeia fica. Consequentemente, em teoria, aumentando sua segurança.
Como o Proof of Work valida uma transação de criptografia?
Enquanto estou escrevendo e você está lendo este artigo, milhares de mineradores (individuais ou empresas, sozinhos ou em pools de mineração) estão com seus equipamentos ligados, gerando sequências numéricas aleatórias.
De forma simplificada, estes mineradores estão trabalhando (work) – com equipamentos ligados, consumindo recursos. Para gerar provas (proof) deste trabalho – demonstradas através de criptografia e uso de hashs.
Hash é um algoritmo matemático que transforma qualquer bloco de dados em uma série de caracteres de comprimento fixo. No caso do Bitcoin, o algoritmo utilizado é o SHA-256.
Com o aumento (ou diminuição) de dificuldade de mineração, para controlar a inflação de BTC, um trabalho só é considerado como bloco após atingir uma quantidade mínima de zeros à esquerda.
Quanto mais trabalho computacional é gerado (hashrate), maior a chance do minerador descobrir o hash correto para a dificuldade atual, mas no fim o proof of work funciona muito mais como uma loteria, onde a hashrate equivale à “tickets” acumulados, que aumentam a chance de acertar o número correto, do que como uma corrida onde o melhor cavalo sempre ganha. O resultado ainda é aleatório e todos os participantes têm uma chance proporcional de “ganhar” a competição do próximo bloco.
Exemplo real de como funciona o proof of work
Por exemplo, considerem este último bloco transmitido à rede do Bitcoin enquanto escrevo este artigo: O bloco #737303.
Ele foi descoberto no dia 21 de maio de 2022 as 11:27am, sob a hash: 00000000000000000003149c59b818eaa37f9d642583b9d35abe19f09cdad165.
Sempre que a rede, seguindo a blockchain com maior prova de trabalho atrelada e procurar por esta sequência criptográfica (ou este bloco), as informações serão as mesmas:
Fonte: Mempool.space
Este bloco possui 3.213 transações, com uma taxa média de US $0,61, um tamanho em disco de 1,51MB e foi encontrado pela pool de mineração da Binance, que recebeu a recompensa de 6,25 BTC, mais as taxas, totalizando em 6,484 BTC de recompensa por todo o proof of work realizado e demonstrado com a hash acima.
Se alguém tentasse alterar o valor de uma transação, mesmo que apenas em 0,000001 bitcoin, o hash resultante seria irreconhecível e a rede rejeitaria a tentativa de fraude.
Por que as criptomoedas precisam de Proof of Work?
Esta é uma pergunta difícil de ser respondida e que gera longos debates nas comunidades de criptomoedas e entre os melhores desenvolvedores do ecossistema cripto.
De acordo com o modelo do Bitcoin (BTC), conforme explorado neste artigo, o proof of work é o que garante a segurança e o consenso da rede. Evitando, por exemplo, ataques de gasto duplo (double spend).
De acordo com o modelo da Nano (XNO), conforme citado no começo do artigo, o proof of work é o que ajuda a dificultar a criação de um spam com milhares de transações na rede, feitos com a intenção de sobrecarregar os nodes.
Outros modelos possuem diferentes aplicações e objetivos, solucionando diferentes problemas.
Na Monero (XMR), por exemplo, o proof of work também é utilizado como consenso, mas a prova de trabalho é gerada através de um outro algoritmo chamado RandomX, cujo principal objetivo é garantir a privacidade das transações e a descentralização da rede, ao ser um algoritmo resistente às ASICs (utilizadas para minerar bitcoin), com a descoberta de blocos sendo perfeitamente possível através de hardwares mais acessíveis, evitando uma possível centralização gradual em grandes mineradores.
Como o Proof of Stake (PoS) difere do PoW?
Proof of Stake também é um método de consenso que se originou a partir do proof of work, mas ao invés de gerar provas baseadas no trabalho computacional realizado por alguns nodes, a prova utilizada para validar os blocos é de acordo com quanto de valor monetário “em stake” (em risco, ou em aposta) o node possui.
Desta forma, a rede é assegurada por participantes que possuem muitas moedas (ou tokens) daquela blockchain com a liquidez travada – gerando um custo de oportunidade e risco de perda dos fundos e servindo como incentivo para manter a rede segura e seguir a cadeia de blocos votada pelos maiores “stakeholders” do projeto.
O Proof of Stake (PoS), que pode ser traduzido como Prova de Participação, possui outros modelos derivados dele, como a Prova de Participação Delegada (DPoS – Delegated Proof of Stake), onde outros participantes podem delegar seu poder de voto à nodes validadores de confiança, travando seu dinheiro em confiança à honestidade destes nodes e recebem recompensas através da inflação da moeda, de forma semelhante como ocorre no Proof of Work.
Qual é o futuro do Pow?
Como em toda tecnologia, o futuro do PoW é incerto e depende de inúmeros fatores.
É fato conhecido que o modelo é alvo de inúmeras críticas, principalmente relacionadas ao alto consumo energético, alta emissão de CO2 na atmosfera e alta geração de lixo eletrônico; o que vem fazendo com que muitas empresas recusem utilizar o Bitcoin, ou outras moedas em proof of work.
Este é um dos motivos pelo qual o Ethereum (ETH), por exemplo, que utilizava um sistema misto de PoW + PoS, está passando pelo The Merge, que tem o objetivo de transformar a rede totalmente em Proof of Stake.
Ainda assim, existem muitos projetos, entusiastas, desenvolvedores e investidores que não confiam na segurança de outros métodos de consenso além do proof of work e muito provavelmente se recusariam a utilizar sistemas financeiros diferentes.
Conclusão
O proof of work foi uma tecnologia revolucionária que abriu as portas e criou o cenário ideal para a invenção da Blockchain e do Bitcoin.
Através do PoW, foi possível criar, pela primeira vez na história da humanidade, um sistema eletrônico que permitiu a existência da escassez digital, antes inconcebível.
Ao possibilitar que pessoas utilizem seus computadores, ou equipamentos especializados (ASICs) para gerar trabalho criptográfico e conseguir provar este trabalho, elas conseguiram ser recompensadas pelo trabalho realizado e criar um modelo econômico novo e que segue vivo após mais de 13 anos desde sua primeira aplicação bem sucedida.
Como qualquer inovação tecnológica, o proof of work tem suas vantagens e desvantagens, além de inúmeras possibilidades de uso. Cabe a cada um tirar suas próprias conclusões e decidir o que fazer com esta ferramenta que está a nossa disposição.
