Autor: Richard Red, colaborador da Decred.
Consenso de PoW/PoS híbrido
O mecanismo de consenso blockchain serve para garantir que os participantes concordem sobre o estado atual da rede blockchain. O mecanismo de consenso determina quem pode adicionar novos blocos de transações, e um de seus principais objetivos é garantir que a cadeia não seja reescrita.
Prova de Trabalho de Consenso
Blockchains com consenso de Prova de Trabalho (como o Bitcoin) podem funcionar apenas por causa de mineradores que usam hardware que adivinha efetivamente as respostas para problemas matemáticos. Cada vez que um mineiro dá um palpite correto, ele pode construir um bloco que a rede aceitará. Embora os mineradores possam optar por minerar qualquer cadeia, a rede aceitará apenas a cadeia com a maior prova de trabalho acumulada (ou seja, a maior quantidade de hash ou suposição) como uma cadeia legítima. Isso significa que os mineradores estão interessados em minerar a cadeia mais longa e, ao verem um novo bloco, tentarão encontrar uma solução que lhes permita construí-lo, adicioná-lo à rede e receber uma recompensa.
A dificuldade em reescrever uma rede blockchain é que ela permite que ela funcione como um livro-razão para registrar transações financeiras. Quando uma transação aparece em um bloco que envia moedas para uma carteira, e vários blocos foram construídos sobre esse bloco (confirmação), é improvável que o bloco (e a transação) sejam substituídos.
Se uma entidade controlar poder de hash suficiente para vencer a cadeia principal, ela poderá sobrescrever (ou reorganizar) a cadeia de blocos usando o bloco “antigo” em vez do último. Aqui está um relato simplificado desse tipo de ataque, também conhecido como ataque de 51%: um invasor realiza uma operação no bloco X, enviando-o para uma exchange, e então começa a minerar uma cadeia paralela de forma privada (os blocos não são transmitidos para a rede ). Após o recebimento do número necessário de confirmações, o invasor troca moedas e as retira do trocador. Quando os saques são feitos, eles liberam a cadeia paralela, e se ela tiver mais PoW (blocos) que o original, a rede irá aceitá-la como a cadeia legítima e a versão do histórico de transações, e a cadeia original apresentada (incluindo o depósito do atacante ) desaparecerá. O invasor pode então gastar essas moedas novamente.
Como os mineradores são os únicos que podem adicionar blocos diretamente à cadeia de criptomoedas baseadas em PoW, isso lhes confere um papel maior na gestão da rede. Para aceitar quaisquer alterações acordadas pelas regras da rede, as alterações terão de suportar a maioria das funções hash. Os soft forks exigem que mineradores suficientes reconheçam o novo conjunto de regras para que os usuários possam fazer negociações com a expectativa de que suas transações sejam processadas adequadamente e incluídas em blocos. “Hard forks” dividiriam a rede em duas e, de acordo com a regra geralmente aceita “a cadeia com mais PoW é a cadeia certa a seguir”, os mineradores decidiriam qual delas seria considerada legítima.
Prova de Participação
Proof of Stake é um método alternativo de solução relacionado a quem poderá adicionar novos blocos e verificar o estado atual da rede blockchain. Em vez de os mineradores lutarem para resolver um problema de prova de aposta, o próximo criador de bloco é determinado por algum processo baseado no número de moedas armazenadas em carteiras (ou “aposta”). Este processo confia em quem tem mais interesse para tomar decisões responsáveis para a rede.
A Prova de Participação elimina a necessidade de mineração com uso intensivo de energia, mas a falta de custos energéticos significativos cria outro problema, às vezes chamado de “nada em jogo”. No caso de uma bifurcação de cadeia, os falsificadores de PoS (“forjamento” geralmente é usado em vez de “mineração”) são recompensados pela mineração em ambas as cadeias, uma vez que custa muito pouco minerar na cadeia adicional e eles podem coletar recompensas em ambas as cadeias. correntes. Isto é um problema para a rede porque inicialmente se presume que ela consiste em apenas uma cadeia, e chegar a um acordo sobre o estado dessa cadeia única é o principal objetivo deste mecanismo de consenso.
A Prova de Participação tem um problema adicional com a distribuição de tokens. Os mineradores PoW têm grandes custos (hardware, eletricidade) e geralmente devem vender uma parte significativa das moedas extraídas para cobrir esses custos. Como resultado, muitas moedas extraídas estão disponíveis para compra no mercado, em vez de serem acumuladas pelos mineiros. Os falsificadores de Proof of Stake têm custos operacionais muito baixos, por isso não sentem a mesma pressão para vender as moedas que recebem para manter a rede. Os falsificadores que possuem mais moedas tendem a aumentar sua parcela de moedas em circulação à medida que coletam recompensas e taxas em bloco dos usuários da rede. Isto tem sido comparado ao feudalismo, no qual a rede pertence e é operada pelos proprietários das moedas, e os utilizadores pagam-lhes uma renda pela sua utilização. Mas também existem algumas restrições e regras que limitam a participação direta na Prova de Participação.
PoW/PoS híbrido
O objetivo dos sistemas híbridos de Prova de Trabalho e Prova de Participação é identificar os pontos fortes das respectivas abordagens e usá-las para equilibrar os pontos fracos de cada uma. Decred é uma das poucas criptomoedas que pega PoW e PoS em suas formas brutas e os combina para criar um mecanismo de consenso multifatorial ou híbrido.
As “moedas Masternode” também são, em certo sentido, híbridas, pois possuem um componente de Prova de Trabalho que desempenha a mesma função que no Bitcoin e uma função adicional para nós especiais. Normalmente, existe um requisito obrigatório de que estes nós especiais detenham uma certa quantia de moeda para demonstrar que podem ser confiáveis para agir no melhor interesse da rede, o que é semelhante à Prova de Participação. Dash é o masternode original e chama esse modelo de Prova de Serviço. Este artigo se concentra em híbridos com componente Proof of Stake e não cobre as muitas moedas que emulam masternodes ou Proof of Service.
O componente PoW do Decred funciona de forma semelhante a outros projetos baseados em PoW que usam a função hash Blake-256. O componente PoW do Decred e a forma como ele é integrado à cadeia são únicos e merecem mais explicações.
Para participar do Proof of Stake Decred, os titulares deverão bloquear temporariamente seu DCR para adquirir ingressos. O preço de um bilhete individual é definido por um mecanismo de mercado, através do qual o sistema prima por um determinado número de bilhetes ao vivo (40.960), se o número alvo for superior ao preço, o preço aumenta, se for inferior, diminui. Quando alguém compra um ingresso, o DCR que ele usa fica bloqueado (o que significa que não pode gastá-lo) até que seu ingresso seja convocado pseudo-aleatoriamente para votação ou até que seu tempo expire, aproximadamente 142 dias. Isso proporciona um custo de oportunidade para o PoS, projetado para garantir que os eleitores do PoS tenham uma participação no jogo e atuem exclusivamente no melhor interesse da rede.
Os participantes do PoS (também chamados de eleitores ou stakeholders) desempenham três papéis diferentes: votar no bloco, votar em mudanças nas regras de consenso e votar na gestão em nível de projeto usando o Sistema de Propostas Politeia. A primeira delas, “votação em bloco”, é a forma pela qual os eleitores do PoS participam mais diretamente na manutenção do consenso.
Votação em blocos
Quando um minerador PoW encontra um bloco válido, ele o transmite para a rede, mas para que esse bloco seja considerado válido, ele deve incluir votos de pelo menos 3 a 5 tickets selecionados aleatoriamente. Os eleitores do PoS mantêm suas carteiras abertas e prontas para votar quando seus tíquetes são chamados (ou contratam provedores de serviços de votação para votar em seu nome). Quando um ticket PoS é chamado para votação e votação, seu proprietário recebe uma recompensa.
Quando os tickets são gerados, eles votam para aceitar ou rejeitar as transações normais do bloco anterior. Os nós da rede não reconhecerão um novo bloco como válido até que contenha pelo menos 3 votos. Se a maioria das solicitações de votação rejeitar as transações do bloco anterior, elas serão retornadas ao conjunto de memória. Essas transações recorrentes incluem recompensas para mineradores PoW, mas não para eleitores PoS.
Assim, os eleitores do PoS têm o poder de privar os mineiros de recompensas sem afetar as suas próprias recompensas. Isto limita a capacidade dos mineiros PoW de vetar alterações nas regras de consenso da rede que são votadas pelas partes interessadas. Na verdade, os eleitores do PoS podem rejeitar qualquer ação dos mineradores de que não gostem, adotando uma política de voto “não”; quando um comportamento malicioso ou ineficiente é detectado, eles evitam que os mineradores do PoW escrevam transações e recebam recompensas.
Este nível de verificação PoS aumenta significativamente a segurança da rede e a sua resistência à maioria dos ataques. Um método comum de conduzir um ataque majoritário de gasto duplo é reescrever a blockchain extraindo secretamente uma cadeia alternativa e, em seguida, liberando-a após um certo período de tempo e aproveitando a invalidação de transações na cadeia “antiga” (ou seja, duplicando o gasto de recursos). Como os blocos Decred exigem a entrada de tickets selecionados aleatoriamente para serem considerados válidos e não podem ser criados por mineradores PoW até que recebam permissão, os mineradores não podem minerar em segredo, a menos que também controlem uma proporção significativa de tickets ativos (consulte estes artigos).
O design híbrido PoW/PoS aumenta significativamente o custo de ataque à rede, uma vez que existem dois sistemas separados que o invasor deve contornar. O componente PoS em particular é configurado de forma que os tickets possam ser recebidos, mas de forma bastante lenta. Em cada bloco/intervalo, você pode comprar um número limitado de ingressos, e comprar o número máximo deles leva a um aumento acentuado no preço. Além disso, uma vez adquiridos esses ingressos, os fundos utilizados para adquiri-los serão limitados no tempo, expondo o invasor à desvalorização das moedas bloqueadas resultante do ataque.
Exigir que cada bloco seja votado por partes interessadas selecionadas aleatoriamente significa que o blockchain deve estar acessível a todos os participantes à medida que é minerado, aumentando a segurança da rede. O sistema híbrido da Decred foi projetado para também dar às partes interessadas poder sobre os mineradores PoW.
Votação para mudar o consenso
A Decred decidiu desde o início tornar as partes interessadas do PoS a força dominante na tomada de decisões na governança do blockchain. As regras de consenso incluem um procedimento de ratificação de atualização, segundo o qual qualquer alteração nas regras de consenso da rede só pode ser aplicada após ter passado pelo processo de votação. Alterações só poderão ser feitas se receberem aprovação de pelo menos 75% dos boletins de voto. Este processo começa quando uma certa percentagem de mineiros (95%) e eleitores (75%) executam software atualizado com alterações de regras ocultas. Se uma proposta receber 75% de apoio após o período de votação de 4 semanas, ela será aceita, caso contrário, será rejeitada e, se não tiver nenhuma votação majoritária, inicia-se uma nova votação. Se a proposta for aceita, a mudança nas regras entrará em vigor dentro de um mês.
Gestão de projetos: Politeia
As recompensas em bloco no Decred são distribuídas entre mineradores PoW (60%), eleitores PoS (30%) e o Tesouro (10%) para financiar o desenvolvimento de software de código aberto que se alinhe aos objetivos do projeto. Os titulares de ingressos têm o direito de votar sobre como esse fundo deve ser gasto, quais recursos devem ser adicionados e definir políticas usando a plataforma Politeia.
Conclusão
Como os eleitores do PoS recebem 30% da recompensa do bloco, eles não podem manter sua participação relativa no DCR circulante simplesmente apostando. A maior parte do DCR recém-criado é enviada aos mineradores PoW em troca do papel que desempenham na segurança da rede e na mitigação do problema “nada em jogo” nos sistemas PoS. Normalmente, os mineiros têm de vender uma parte significativa das recompensas que recebem para cobrir os seus custos operacionais, garantindo que existe uma oferta suficiente de DCR no mercado.
O blockchain Decred apresenta uma arquitetura única e é um dos exemplos mais notáveis de um sistema híbrido PoW/PoS. Assim como os projetos de consenso PoS são um grupo amplo com diferenças significativas, os projetos futuros que usam abordagens híbridas PoW/PoS também serão únicos e não seguirão necessariamente a estrutura Decred.
