Blockchains são protegidos por meio de uma variedade de mecanismos que incluem técnicas criptográficas avançadas e modelos matemáticos de comportamento e tomada de decisão. A tecnologia Blockchain é a estrutura subjacente da maioria dos sistemas de criptomoeda e é o que impede que esse tipo de dinheiro digital seja duplicado ou destruído.

O uso da tecnologia blockchain também está sendo explorado em outros contextos onde a imutabilidade e a segurança dos dados são altamente valiosas. Alguns exemplos incluem o ato de registrar e rastrear doações de caridade, bancos de dados médicos e gerenciamento da cadeia de suprimentos.

No entanto, a segurança do blockchain está longe de ser um assunto simples. Portanto, é importante compreender os conceitos e mecanismos básicos que conferem proteção robusta a estes sistemas inovadores.


Os conceitos de imutabilidade e consenso

Embora muitos recursos atuem na 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 sobre a validade das transações. Normalmente, 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 alterações de transações já confirmadas. Embora estas transações estejam frequentemente relacionadas com a transferência de criptomoedas, também podem referir-se ao registo de outras formas não monetárias de dados digitais.

Combinados, consenso e imutabilidade fornecem a estrutura para segurança de dados em redes blockchain. Embora os algoritmos de consenso garantam que as regras do sistema estão sendo seguidas e que todas as partes envolvidas concordam com o estado atual da rede - a imutabilidade garante a integridade dos dados e dos registros de transações após a confirmação de cada novo bloco de dados como válido.


O papel da criptografia na segurança do blockchain

Blockchains dependem fortemente da criptografia para alcançar a segurança de seus dados. Neste contexto, as chamadas funções de hashing criptográfico são de fundamental importância. Hashing é um processo pelo qual um algoritmo (função hash) recebe uma entrada de dados de qualquer tamanho e retorna uma saída (hash) que contém um tamanho (ou comprimento) previsível e fixo.

Independentemente do tamanho da entrada, a saída sempre apresentará o mesmo comprimento. Mas 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.

Dentro dos blockchains, esses valores de saída, conhecidos como 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 cria uma cadeia de blocos vinculados. O hash do bloco depende dos dados contidos nesse bloco, o que significa que qualquer alteração feita nos dados exigiria uma alteração no hash do bloco.

Portanto, o hash de cada bloco é gerado com base nos dados contidos nesse bloco e no hash do bloco anterior. Esses identificadores de hash desempenham um papel importante na garantia da segurança e imutabilidade do blockchain.

O hash também é aproveitado nos algoritmos de consenso usados ​​para validar transações. No blockchain Bitcoin, por exemplo, o algoritmo Proof of Work (PoW) utiliza uma função hash chamada SHA-256. Como o nome indica, o SHA-256 recebe a entrada de dados e retorna um hash de 256 bits ou 64 caracteres.

Além de fornecer proteção aos registros de transações nos livros contábeis, a criptografia também desempenha um papel na garantia da 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 criadas através do uso de criptografia assimétrica ou de chave pública. As chaves privadas são utilizadas para gerar assinaturas digitais para transações, possibilitando autenticar a propriedade das moedas que estão sendo enviadas.

Embora os detalhes estejam além do escopo deste artigo, a natureza da criptografia assimétrica impede que qualquer pessoa, exceto 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 (desde que o privado a chave não é compartilhada ou comprometida).


Criptoeconomia

Além da criptografia, um conceito relativamente novo conhecido como criptoeconomia também desempenha um papel na manutenção da segurança das redes blockchain. Está relacionado a um campo de estudo conhecido como 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 uma variedade de casos, a criptoeconomia modela e descreve especificamente o comportamento dos nós em sistemas de blockchain distribuídos.

Em suma, a criptoeconomia é o estudo da economia dentro dos protocolos blockchain e dos possíveis resultados que o seu design pode apresentar com base no comportamento dos 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 do que para adotarem comportamentos maliciosos ou defeituosos. Mais uma vez, o algoritmo de consenso Proof of Work usado na mineração de Bitcoin oferece um bom exemplo dessa estrutura de incentivos.

Quando Satoshi Nakamoto criou a estrutura para a mineração de Bitcoin, ela foi intencionalmente projetada para ser um processo caro e que consumia muitos recursos. Devido à sua complexidade e às exigências computacionais, a mineração PoW envolve um investimento considerável de dinheiro e tempo - independentemente de onde e quem está o nó de mineração. Portanto, tal estrutura proporciona um forte desincentivo à actividade maliciosa e incentivos significativos à actividade mineira honesta. Nós desonestos ou ineficientes serão rapidamente expulsos da rede blockchain, enquanto os mineradores honestos e eficientes têm o potencial de obter recompensas substanciais por bloco.

Da mesma forma, este equilíbrio de riscos e recompensas também concede proteção contra potenciais ataques que poderiam minar o consenso, colocando a taxa de hash majoritária de uma rede blockchain nas mãos de um único grupo ou entidade. Tais ataques, conhecidos como ataques de 51 por cento, podem ser extremamente prejudiciais se executados com sucesso. Devido à competitividade da mineração Proof of Work e à magnitude da rede Bitcoin, a probabilidade de um ator mal-intencionado obter o controle da maioria dos nós é extremamente mínima.

Além disso, o custo do poder computacional necessário para atingir 51% de controlo de uma enorme rede blockchain seria astronómico, proporcionando um desincentivo imediato para fazer um investimento tão grande por uma recompensa potencial relativamente pequena. Este fato contribui para uma característica dos blockchains conhecida como Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT), que é essencialmente a capacidade de um sistema distribuído continuar funcionando normalmente mesmo que alguns nós sejam comprometidos ou atuem de forma maliciosa.

Enquanto o custo de estabelecer uma maioria de nós maliciosos continuar a ser proibitivo e existirem melhores incentivos para atividades honestas, o sistema será capaz de prosperar sem perturbações significativas. Vale a pena notar, no entanto, que pequenas redes blockchain são certamente suscetíveis a ataques majoritários porque a taxa total de hash dedicada a esses sistemas é consideravelmente menor que a do Bitcoin.


Pensamentos finais

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 fundamental que estes dois campos de conhecimento sejam aplicados adequadamente. Um equilíbrio cuidadoso entre descentralização e segurança é vital para construir uma rede de criptomoedas confiável e eficaz.

À medida que os usos do blockchain continuam a evoluir, seus sistemas de segurança também mudarão para atender às necessidades de diferentes aplicações. As blockchains privadas que estão agora a ser desenvolvidas para empresas, por exemplo, dependem muito mais da segurança através do controlo de acesso do que dos mecanismos da teoria dos jogos (ou criptoeconomia) que são indispensáveis ​​para a segurança da maioria das blockchains públicas.