Desde o nascimento do Bitcoin como um sistema de dinheiro eletrônico peer-to-peer em 2008, muitas outras moedas digitais surgiram gradualmente, e cada moeda digital tem seu próprio mecanismo específico. Mas quase todas as moedas digitais têm uma coisa em comum: a arquitetura central do blockchain.

Na maioria dos casos, os blockchains são projetados para serem registros eletrônicos descentralizados mantidos por uma rede distribuída de nós. Os sistemas Blockchain permitem, portanto, que as transações financeiras sejam executadas de forma totalmente transparente e confiável, sem intermediários. As moedas digitais estão gradualmente substituindo os sistemas tradicionais de pagamento bancário que exigem alta confiabilidade.

Tal como acontece com a maioria dos sistemas de computação distribuídos, os participantes de uma rede de moeda digital precisam discutir e concordar regularmente sobre o estado atual da blockchain. Isto é o que chamamos de consenso. Contudo, alcançar consenso de forma segura e eficiente numa rede distribuída não é tarefa fácil.

Então, como uma rede distribuída de nós de computador pode concordar com decisões em situações em que alguns nós podem funcionar mal ou se comportar de maneira desonesta? Esta é a raiz do chamado Problema dos Generais Bizantinos, que deu origem ao conceito de Tolerância a Falhas Bizantinas.


Qual é o problema dos generais bizantinos?

Simplificando, em 1982, o Problema dos Generais Bizantinos foi considerado um dilema lógico que ilustrava os problemas de comunicação que um grupo de generais bizantinos poderia ter ao tentar chegar a um acordo sobre uma opinião unificada sobre o seu próximo passo.

O dilema pressupõe que cada general tenha seu próprio exército, cada um localizado em um local diferente da cidade que pretende atacar. Esses generais precisam chegar a um acordo sobre atacar ou recuar. Não importa se é um ataque ou uma retirada, desde que todos os generais cheguem a um consenso, ou seja, coordenem-se e decidam executá-lo em conjunto.

Portanto, podemos considerar as seguintes condições:

  • Cada general deve tomar uma decisão: atacar ou recuar (sim ou não);

  • Uma vez tomada uma decisão, ela não pode ser alterada;

  • Todos os generais devem concordar com uma decisão unificada e executá-la simultaneamente.


O problema de comunicação acima envolve o fato de que um general só pode se comunicar com outro general através de mensagens enviadas por agentes de inteligência. Portanto, o principal desafio do Problema dos Generais Bizantinos é que as informações podem de alguma forma ser atrasadas, corrompidas ou perdidas.

Além disso, mesmo que a mensagem seja entregue com sucesso, um ou mais generais podem optar por agir maliciosamente (por qualquer motivo) e enviar mensagens fraudulentas para confundir outros generais, fazendo com que a operação falhe.

Se mapearmos esse dilema para o blockchain, cada general representa um nó da rede, e os nós precisam chegar a um consenso sobre o estado atual do sistema. Em outras palavras, a maioria dos participantes de uma rede distribuída deve concordar e realizar as mesmas ações para evitar falhas.

Portanto, a única maneira de alcançar consenso nestes tipos de sistemas distribuídos é ter pelo menos dois terços dos nós da rede que sejam confiáveis ​​e honestos. Isso significa que o sistema fica vulnerável a falhas e ataques (como ataques de 51%) se a maioria dos nós da rede decidir agir de forma maliciosa.


Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT)

Simplificando, a Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT) é uma propriedade do sistema que pode resistir a uma série de falhas causadas pelo Problema dos Generais Bizantinos. Isto significa que um sistema bizantino tolerante a falhas pode continuar a operar mesmo se alguns nós falharem ou se comportarem de forma maliciosa.

Existem muitas soluções possíveis para o problema dos generais bizantinos e, portanto, existem muitas maneiras de construir um sistema tolerante a falhas bizantino. Da mesma forma, os blockchains têm várias maneiras diferentes de alcançar a tolerância a falhas bizantinas, que é o que chamamos de algoritmos de consenso.


Algoritmo de consenso Blockchain

Podemos definir um algoritmo de consenso como o mecanismo pelo qual uma rede blockchain chega a um consenso. Os exemplos mais comuns são Prova de Trabalho (PoW) e Prova de Participação (PoS). Aqui tomamos o Bitcoin como exemplo.

O protocolo Bitcoin estabelece as principais regras do sistema, e o algoritmo de consenso de prova de trabalho explica como essas regras são seguidas para chegar a um consenso (por exemplo, durante a verificação e validação de transações).

Embora o conceito de prova de trabalho seja anterior à moeda digital, Satoshi Nakamoto modificou a versão original e desenvolveu um algoritmo de prova de trabalho aprimorado que pode gerar Bitcoin como um sistema bizantino tolerante a falhas.

Observe que este algoritmo de prova de trabalho não é totalmente resistente a falhas bizantinas, mas devido ao processo de mineração de alto custo e à tecnologia de criptografia subjacente, a prova de trabalho provou ser um dos métodos mais seguros e confiáveis ​​em redes blockchain. Nesse sentido, o algoritmo de consenso de prova de trabalho projetado por Satoshi Nakamoto é considerado por muitos como uma das soluções mais brilhantes para a tolerância a falhas bizantinas.

para concluir

O Problema dos Generais Bizantinos é um dilema interessante que deu origem aos sistemas tolerantes a falhas bizantinos, que estão sendo amplamente utilizados em uma variedade de cenários. Além da indústria de blockchain, alguns casos de uso de sistemas de tolerância a falhas bizantinas também incluem as indústrias de aviação, aeroespacial e de energia nuclear.

No campo da moeda digital, ter uma comunicação de rede eficiente e um bom mecanismo de consenso são cruciais para qualquer ecossistema blockchain. A segurança destes sistemas requer esforços contínuos e existem limitações (como a escalabilidade) que os algoritmos de consenso existentes não conseguiram superar. No entanto, a prova de trabalho e a prova de aposta são métodos eficazes para sistemas bizantinos tolerantes a falhas e as suas aplicações potenciais irão inspirar mais inovação.