Blockchains são protegidos por vários mecanismos, incluindo técnicas criptográficas avançadas e modelos matemáticos de comportamento e tomada de decisão. A tecnologia Blockchain é a estrutura básica da maioria dos sistemas de criptomoedas e evita que esse tipo de moeda digital seja duplicada ou destruída.
O uso da tecnologia blockchain também está sendo explorado em outras áreas onde a imutabilidade e a segurança dos dados são extremamente valiosas. Alguns exemplos incluem registro e rastreamento de doações de caridade, bancos de dados médicos e gerenciamento da cadeia de suprimentos (rastreabilidade).
No entanto, a segurança do blockchain está longe de ser um assunto simples. Portanto, é importante compreender os conceitos e mecanismos básicos que garantem a proteção eficaz destes sistemas inovadores.
Os conceitos de imutabilidade e consenso
Embora existam muitos recursos que influenciam a segurança associada ao blockchain, dois dos mais importantes são os conceitos de consenso e imutabilidade. Consenso refere-se à capacidade dos nós dentro de uma rede blockchain distribuída de concordar sobre o verdadeiro estado da rede e a validade das transações. Geralmente, o processo de obtenção de consenso depende dos chamados algoritmos de consenso.
A imutabilidade, por outro lado, refere-se à capacidade das blockchains de impedir a alteração de transações já confirmadas. Embora estas transações envolvam frequentemente a transferência de criptomoedas, também podem referir-se ao registo de outras formas de dados digitais não monetários.
A combinação de consenso e imutabilidade forma a estrutura para a segurança de dados nas redes blockchain. Embora os algoritmos de consenso garantam que as regras do sistema sejam seguidas e todas as partes envolvidas concordem com o estado atual da rede, a imutabilidade garante a integridade dos dados e dos registros de transações após a confirmação da validade de cada novo bloco de dados.
O papel da criptografia na segurança do blockchain
Blockchains dependem em grande parte da criptografia para garantir a segurança de seus dados. Uma função criptográfica extremamente importante nesse contexto é a do hashing. Hashing é um processo pelo qual um algoritmo chamado função hash recebe entrada de dados (de qualquer tamanho) e retorna uma saída determinada contendo um valor de comprimento fixo.
Não importa o tamanho da entrada, a saída sempre terá o mesmo comprimento. Se a entrada mudar, a saída será completamente diferente. No entanto, se a entrada não mudar, o hash resultante será sempre o mesmo, não importa quantas vezes você execute a função hash.
Nas blockchains, esses valores de saída, chamados hashes, são usados como identificadores exclusivos para blocos de dados. O hash de cada bloco é gerado em relação ao hash do bloco anterior, e é isso que conecta os blocos, formando assim uma cadeia de blocos. Além disso, o hash do bloco depende dos dados contidos nesse bloco, o que significa que quaisquer alterações nos dados também exigirão uma alteração no hash do bloco.
Portanto, o hash de cada bloco é gerado com base nos dados contidos naquele bloco e no hash do bloco anterior. Esses identificadores hash desempenham um papel fundamental na segurança e imutabilidade dos blockchains.
O hash também é explorado por algoritmos de consenso usados para validar transações. No blockchain Bitcoin, por exemplo, o algoritmo Proof of Work (PoW) usado para alcançar consenso e extrair novas moedas usa uma função hash chamada SHA-256. Como o nome sugere, o SHA-256 recebe uma entrada de dados e retorna um hash de 256 ou 64 caracteres.
Além de garantir a proteção dos registros de transações nos livros contábeis, a criptografia também desempenha um papel na segurança das carteiras usadas para armazenar unidades de criptomoeda. As chaves públicas e privadas emparelhadas que permitem, respectivamente, aos usuários receber e enviar pagamentos são então criadas através do uso de chave pública ou criptografia assimétrica. As chaves privadas permitem a geração de assinaturas digitais para transações, o que ajuda a autenticar a propriedade das moedas enviadas.
Embora essas especificidades estejam além do escopo deste artigo, a natureza da criptografia assimétrica impede que qualquer detentor que não seja o detentor da chave privada acesse fundos armazenados em uma carteira de criptomoeda, mantendo assim esses fundos seguros até que o proprietário decida gastá-los (como desde que a chave não seja compartilhada ou comprometida).
Criptoeconomia
Além da criptografia, um conceito relativamente novo chamado criptoeconomia também desempenha um papel na manutenção da segurança das redes blockchain. Está relacionado a um campo de estudo denominado teoria dos jogos, que modela matematicamente a tomada de decisões por atores racionais em situações com regras e recompensas predefinidas. Embora a teoria dos jogos tradicional possa ser amplamente aplicada a um grande número de casos, a criptoeconomia modela e descreve especificamente o comportamento dos nós em sistemas blockchain distribuídos.
Em resumo, a criptoeconomia é o estudo da economia dentro dos protocolos blockchain e dos possíveis resultados que seu modelo pode trazer com base no comportamento de seus participantes. A segurança através da criptoeconomia baseia-se na noção de que os sistemas blockchain fornecem maiores incentivos para que os nós atuem honestamente, em vez de se envolverem em comportamentos maliciosos ou ilícitos. Mais uma vez, o algoritmo de consenso Proof of Work usado na mineração de Bitcoin fornece um bom exemplo dessa estrutura de incentivos.
Quando Satoshi Nakamoto criou a estrutura para mineração de Bitcoin, ele a projetou intencionalmente para ser um processo caro e que consumisse muitos recursos. Devido à sua complexidade e requisitos computacionais, a mineração PoW envolve um investimento considerável de dinheiro e tempo, independentemente da localização e localização do nó de mineração. Portanto, tal estrutura dissuade fortemente atividades maliciosas e incentiva significativamente atividades de mineração honestas. Nós desonestos ou ineficientes serão rapidamente expulsos da rede blockchain, enquanto mineradores honestos e eficientes terão a oportunidade de obter grandes recompensas em blocos.
Além disso, este equilíbrio de riscos e benefícios também protege contra potenciais ataques que possam comprometer o consenso, colocando uma taxa de hash majoritária de uma rede blockchain nas mãos de um único grupo ou entidade. Esses ataques, chamados de ataques de 51%, podem ser extremamente prejudiciais se executados com sucesso. Mas devido à competitividade da mineração Proof of Work e à escala da rede Bitcoin, a probabilidade de um ator malicioso assumir o controle da maioria dos nós é extremamente mínima.
Além disso, o custo em poder computacional necessário para obter 51% de controle de uma rede blockchain tão grande seria astronômico, o que desencoraja imediatamente embarcar em tal investimento por uma recompensa potencial relativamente pequena. Este aspecto destaca uma característica dos blockchains conhecida como “Problema dos Generais Bizantinos” ou Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT), que é essencialmente a capacidade de um sistema distribuído continuar funcionando normalmente mesmo que alguns de seus nós sejam comprometidos ou atuem de forma maliciosa.
Enquanto o custo de estabelecer uma maioria de nós maliciosos permanecer proibitivo e existirem melhores incentivos para atividades honestas, o sistema será capaz de prosperar sem perturbações significativas. Deve-se notar, no entanto, que redes blockchain menores são certamente mais suscetíveis a ataques majoritários, já que a taxa total de hash dedicada a esses sistemas é consideravelmente menor que a do Bitcoin.
Para concluir
Através do uso combinado da teoria dos jogos e da criptografia, os blockchains são capazes de atingir altos níveis de segurança como sistemas distribuídos. Contudo, tal como acontece com quase todos os sistemas, é essencial que estas duas áreas de especialização estejam devidamente integradas. Um equilíbrio delicado entre descentralização e segurança é de facto essencial para o estabelecimento de uma rede de criptomoedas fiável e eficiente.
À medida que os usos do blockchain continuam a evoluir, seus sistemas de segurança também se adaptarão para atender às necessidades de diferentes usos. As blockchains privadas que estão sendo desenvolvidas para empresas, por exemplo, dependem muito mais da segurança através do controle de acesso do que dos mecanismos da teoria dos jogos (ou criptoeconomia), essenciais para a segurança da maioria das blockchains públicas.