Principais Conclusões
O consenso híbrido PoW/PoS combina mineração proof-of-work (PoW) com staking proof-of-stake (PoS) para melhorar a segurança e a governança da blockchain.
Em sistemas híbridos, tanto mineradores quanto detentores de tokens desempenham um papel na validação de blocos, o que torna mais difícil para qualquer parte única controlar a rede.
O principal benefício do consenso híbrido é que ele limita o poder de governança dos mineradores, permitindo que os detentores de tokens rejeitem blocos ou votem em mudanças de protocolo.
Sistemas híbridos adicionam complexidade em comparação com redes puras PoW ou puras PoS, o que pode afetar a adoção e a acessibilidade para desenvolvedores.
Introdução
O algoritmo de consenso de uma blockchain é o conjunto de regras que determina quem pode adicionar novos blocos e como a rede concorda sobre o estado atual do livro-razão. As duas abordagens mais estabelecidas são proof-of-work e proof-of-stake, cada uma com pontos fortes e fracos conhecidos.
Sistemas híbridos PoW/PoS tentam capturar os benefícios de ambas as abordagens. Ao exigir que tanto mineradores quanto detentores de tokens participem da validação de blocos, essas redes podem espalhar o poder de tomada de decisão e reduzir certos vetores de ataque. Este artigo explica como funciona o consenso híbrido, usando o Decred como exemplo principal.
Como Funciona o Proof-of-Work
Em uma blockchain puramente proof-of-work, os mineradores competem para resolver um quebra-cabeça matemático. O primeiro a encontrar uma solução válida ganha o direito de adicionar o próximo bloco e receber uma recompensa de bloco. A rede aceita a cadeia com o maior trabalho computacional acumulado como a versão legítima.
Esse design significa que os mineradores têm influência significativa sobre a rede. Qualquer mudança nas regras de consenso do protocolo requer apoio da maioria dos mineradores. Um soft fork precisa de poder de mineração suficiente por trás dele para garantir que as transações sejam processadas corretamente. Um hard fork divide a rede, com os mineradores efetivamente decidindo qual cadeia sobrevive.
O principal risco de segurança em um PoW puro é o ataque de 51%. Se uma entidade controla mais de 50% do poder de hashing da rede, ela pode potencialmente reescrever o histórico recente de transações minerando uma cadeia alternativa em segredo e liberando-a depois. Isso é caro em grandes redes como o Bitcoin, mas continua a ser uma preocupação para cadeias menores.
Como Funciona o Proof-of-Stake
No consenso proof-of-stake (PoS), o direito de adicionar um novo bloco é determinado pela quantidade de criptomoeda que um participante tem "staked" ou bloqueada como colateral. Isso elimina a mineração intensiva em energia, mas introduz um conjunto diferente de compensações.
Uma preocupação comum com o PoS puro é o problema do "nada em jogo". Em um cenário de fork, os validadores PoS têm pouco a perder ao validar múltiplas cadeias concorrentes, porque fazê-lo não custa quase nada. Isso pode minar a capacidade da rede de alcançar um único estado acordado.
Outra consideração é a distribuição de tokens. Mineradores PoW normalmente vendem uma parte de suas recompensas para cobrir custos de hardware e eletricidade, o que mantém as moedas circulando no mercado. Validadores PoS têm custos muito menores e podem acumular uma participação crescente da oferta circulante ao longo do tempo.
Como Eles se Combinam em um Sistema Híbrido
Sistemas híbridos sobrepõem a validação proof-of-stake sobre uma base de proof-of-work. Em vez de escolher um ou outro, essas blockchains usam ambos os mecanismos juntos. Uma comparação útil das duas abordagens pode ser encontrada no artigo sobre proof-of-work vs. proof-of-stake.
No design do Decred, um minerador PoW encontra um bloco válido usando trabalho computacional, mas esse bloco não é imediatamente adicionado à cadeia. Ele deve primeiro receber votos de aprovação de um conjunto de detentores de bilhetes PoS selecionados aleatoriamente. Um bloco precisa de pelo menos 3 votos de 5 bilhetes selecionados aleatoriamente para ser considerado válido.
Isso cria uma estrutura de cheques e contrapesos. Os mineradores não podem impor unilateralmente mudanças ou censurar transações sem o acordo dos stakers. Ao mesmo tempo, a camada PoW mantém o custo de gasto de energia que torna a reescrita da cadeia cara.
O Exemplo do Decred
O Decred está entre as implementações mais proeminentes do consenso híbrido PoW/PoS. Seu componente PoS exige que os participantes bloqueiem tokens DCR para comprar "bilhetes". O preço do bilhete é definido por um mecanismo de mercado que visa 40.960 bilhetes ativos a qualquer momento.
Quando um minerador PoW produz um bloco válido, 5 bilhetes são selecionados aleatoriamente para votar nesse bloco. Se pelo menos 3 dos 5 votarem para aprová-lo, o bloco é adicionado à cadeia. Se a maioria o rejeitar, as transações regulares do bloco são retornadas ao mempool. Importante, os votantes PoS podem retirar a recompensa de bloco dos mineradores sem perder sua própria recompensa, o que limita a capacidade dos mineradores de agir contra os interesses da rede.
Em junho de 2023, os stakeholders do Decred aprovaram duas mudanças significativas de consenso através do processo de votação on-chain. O DCP-0011 atualizou o algoritmo de hashing PoW de BLAKE-256 para BLAKE3 e introduziu o algoritmo de ajuste de dificuldade ASERT. O DCP-0012 ajustou a distribuição da recompensa de bloco para que 1% vá para os mineradores PoW, 89% para os votantes PoS e 10% para o Tesouro.
Essa é uma mudança substancial em relação à distribuição original de 60/30/10 e reflete a preferência da comunidade por um modelo de governança mais dominado por PoS.
A governança do Decred também se estende além da validação de blocos. Os stakeholders votam em atualizações de protocolo através de um processo de ratificação on-chain: uma mudança só pode ser ativada se pelo menos 75% dos bilhetes de votação a aprovarem ao longo de um período de quatro semanas. As decisões de gastos em nível de projeto usam o sistema de propostas Politeia, financiado pela alocação de 10% do Tesouro.
Benefícios de Segurança do Consenso Híbrido
O modelo híbrido eleva significativamente o custo de um ataque de maioria. Em uma rede puramente PoW, um atacante precisa controlar mais de 50% do poder de hashing. Em um sistema híbrido, o atacante também deve controlar uma grande parte dos bilhetes de staking ativos.
No caso do Decred, adquirir bilhetes suficientes para sobrepor consistentemente o voto PoS é difícil. Os bilhetes só podem ser comprados em quantidades limitadas por bloco, e comprar grandes quantidades faz o preço dos bilhetes subir. Uma vez comprados, os fundos utilizados ficam bloqueados até que o bilhete vote ou expire, o que expõe o atacante a qualquer desvalorização do DCR resultante de um ataque fracassado.
Outro benefício de segurança é a transparência. Como cada bloco deve ser transmitido e votado por detentores de bilhetes selecionados aleatoriamente, os mineradores não podem construir uma cadeia em segredo. Isso remove a possibilidade do ataque "minerar em privado, liberar depois" que é o mecanismo central de um gasto duplo PoW.
Limitações e Considerações
Sistemas híbridos acrescentam complexidade arquitetônica. Desenvolvedores que constroem ou integram com uma cadeia híbrida PoW/PoS devem considerar a camada adicional de validação, que pode retardar o desenvolvimento e reduzir o pool de ferramentas e expertise disponíveis.
A exigência de dois fatores também pode introduzir latência. Os blocos precisam esperar pelos votos dos bilhetes antes de serem finalizados, o que pode resultar em tempos de confirmação ligeiramente mais longos do que uma cadeia pura PoW comparável.
Além disso, o consenso híbrido como uma categoria de design cobre uma ampla gama de implementações. Redes de masternodes, por exemplo, combinam mineração PoW com um papel de staking para nós especiais, mas funcionam de maneira diferente da abordagem do Decred. Nem todos os sistemas híbridos oferecem as mesmas propriedades de governança ou garantias de segurança.
FAQ
O que é consenso híbrido PoW/PoS?
Consenso híbrido PoW/PoS é um design de blockchain que requer tanto mineradores (usando trabalho computacional) quanto stakers (bloqueando tokens como colateral) para participar da validação de blocos. O objetivo é combinar as propriedades de segurança do proof-of-work com os benefícios de governança do proof-of-stake.
Qual blockchain usa consenso híbrido PoW/PoS?
O Decred é o exemplo mais conhecido. Seu design exige que mineradores PoW encontrem blocos válidos e que detentores de bilhetes PoS votem nesses blocos antes que sejam adicionados à cadeia. Em 2023, os stakeholders do Decred votaram para mudar a recompensa de bloco para 1% PoW, 89% PoS e 10% Tesouro.
Como o consenso híbrido melhora a segurança?
Ao exigir tanto poder de mineração quanto bilhetes de staking para adicionar um bloco válido, sistemas híbridos aumentam o custo de um ataque de maioria. Um atacante precisa controlar uma parte significativa de ambos os recursos simultaneamente, o que é consideravelmente mais caro do que controlar apenas um.
O proof-of-stake delegado usa detentores de tokens para eleger um conjunto fixo de validadores de bloco, sem nenhum componente de mineração. O híbrido PoW/PoS mantém a camada de mineração intensiva em energia e adiciona votação PoS em cima disso, dando aos stakeholders poder de veto sobre os mineradores. As estruturas de governança e as suposições de segurança são diferentes entre as duas abordagens.
Considerações Finais
O consenso híbrido proof-of-work/proof-of-stake representa uma abordagem para equilibrar o poder dos mineradores e dos stakeholders na governança de blockchain. Ao combinar ambos os mecanismos, esses sistemas podem oferecer uma resistência mais forte a certos tipos de ataques e processos de atualização mais democráticos do que cadeias puramente PoW.
Leitura Adicional
O que é Proof of Work (PoW)?
O que é Proof of Stake (PoS)?
Proof of Work (PoW) vs. Proof of Stake (PoS)
O que é um Algoritmo de Consenso de Blockchain?
O que é um Ataque de 51%?
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