Como funciona o blockchain: blocks, nodes e mais a conhecer!

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A tecnologia blockchain tornou-se um termo comum em todo o mundo, embora seja necessário pesquisar bastante para entender como ela funciona. Este artigo vai explicar como funciona o blockchain e oferecer uma visão geral de seus prós e contras.

O que é a tecnologia blockchain?

Um blockchain é essencialmente um diário digital que é quase impossível de forjar. Inúmeros computadores de alta capacidade de processamento e dispositivos contribuem para este diário, removendo um ponto central de falha.

Blockchains normalmente são compostos de muitos participantes da rede – computadores ou configurações de hardware trabalhando continuamente, frequentemente dispersos por todo o mundo.

Cada um desses participantes carrega uma cópia de todo o histórico de transações de blockchain e validam quaisquer novas transações como genuínas, com base nesse histórico.

Esses participantes competem continuamente para ganhar recompensas para a produção de novos criptoativos, bem como para facilitar as transações.

Sem dúvida, é um conceito complexo. Para ajudar a explicar de uma forma um pouco mais simples, verifique o exemplo hipotético abaixo.

Entendendo o blockchain: o que é função hash (hash function)

Vamos imaginar que 10 pessoas em uma sala decidiram fazer uma nova moeda. Eles têm que seguir o fluxo de fundos para garantir a validade das moedas em seu novo ecossistema monetário.

Uma pessoa – chamaremos de Bob – decidiu manter uma lista de todas as ações em um diário. No entanto, outra pessoa – Jack – decidiu roubar dinheiro. Para esconder isso, ele mudou as entradas no diário.

Blockchain diário

Então, um dia, Bob percebeu que alguém havia interferido em seu diário. Ele decidiu mudar o formato de seu diário para evitar futuras adulterações, usando um programa chamado função hash, que transforma o texto em um conjunto de números e letras, conforme mostrado na tabela abaixo.

Blockchain hash

Este processo utiliza um algoritmo hash seguro ou SHA, que transforma as letras em cadeias de caracteres. Bob pode escolher diferentes tipos de SHA, cada um variando em complexidade e atendendo a necessidades diferentes.

Um hash é uma sequência de números e letras, produzida por funções hash. Uma função hash é uma função matemática que converte um número variável de caracteres em uma string com um número fixo de caracteres.

Apenas uma pequena alteração em uma string cria um hash completamente novo. Após cada entrada no diário, Bob inseriu um hash. Mas então Jack decidiu alterar as entradas novamente.

Ele pegou o diário, mudou o registro e gerou um novo hash.

Blockchain novo hash

Bob percebeu que alguém havia vasculhado o diário novamente. Ele decidiu complicar o registro de cada transação. Após cada registro, ele inseriu um novo hash gerado a partir do último hash registrado.

Portanto, cada entrada depende da anterior.

Blockchain registro de transação

Se Jack tentar alterar o registro, ele terá que alterar o hash em todas as entradas anteriores. Jack, entretanto, era um ladrão determinado, então ele passou a noite inteira contando todos os hashes.

Bob não queria desistir, então adicionou um nonce – um número aleatório após cada registro.

O nonce deve ser escolhido de forma que resulte em um hash gerado que termine em 00 (dois zeros).

Para forjar registros com o sistema de entrada atualizado de Bob, Jack teria que gastar horas e horas determinando o nonce de cada linha.

Nonces são difíceis até mesmo para computadores descobrirem, mas a tarefa é possível, pois os mineiros competem para descobri-los como parte do processo de mineração de blockchain.

Entendendo o blockchain: o que são nós (nodes)

Bob manteve o diário dessa maneira por um curto período de tempo.

À medida que novas transações continuavam ocorrendo, no entanto, ele logo ficou sobrecarregado com o número de registros, vendo seu sistema atual como insustentável.

Assim, assim que seu diário atingiu 5.000 transações, ele o converteu em uma planilha de uma página. Mary verificou a precisão de todas as transações.

Bob então deu sua planilha para 3.000 computadores diferentes, cada um localizado em diferentes regiões do mundo.

Esses computadores são chamados de nodes (nós). Cada vez que uma transação ocorre, ela deve ser validada por cada um dos nodes. 

Depois que cada node verifica uma transação, basicamente ocorre um tipo de voto eletrônico. Alguns nodes podem pensar que a transação é válida, enquanto outros podem vê-la como fraudulenta.

Cada node possui uma cópia do diário da planilha e valida cada transação. Se a maioria dos nodes disser que uma transação é válida, ela será gravada em um bloco da blockchain.

Agora, se Jack tentar alterar uma entrada no diário da planilha, todos os outros computadores terão o hash original. Eles não permitiriam que a mudança ocorresse.

Entendendo o blockchain: o que são blocos (blocks)

A planilha inicial de Bob com 5.000 transações é chamada de genesis block – bloco de gênese, o ponto de partida para este blockchain.

A adoção dessa moeda se espalhou, então as transações acontecem com rapidez e frequência. São criados novos blocos, que também podem conter até 5.000 transações e possuem códigos que se correlacionam com os blocos anteriores, tornando-os impraticáveis.

Vamos supor que este blockchain se atualize a cada 10 minutos com um novo bloco. Isso é feito automaticamente. Nenhum computador mestre ou central instrui os computadores a fazer isso.

Assim que a planilha, o razão ou o registro forem atualizados, eles não poderão mais ser alterados. Portanto, é impossível forjá-lo. Você só pode adicionar novas entradas a ele. 

O registro é atualizado em todos os computadores da rede ao mesmo tempo. Mudanças em blockchains exigem consenso da maioria dos participantes da rede.

Um risco potencial para uma blockchain é um ataque de 51% durante o qual um dos nodes ultrapassa a maior parte da taxa de hash de uma blockchain, permitindo o controle da rede.

Em geral, um bloco contém um carimbo de data e hora, uma referência ao bloco anterior, as transações e o problema computacional que precisava ser resolvido antes que o bloco fosse para o blockchain.

A rede distribuída de nodes, que deve chegar a um consenso, torna a fraude quase impossível dentro do blockchain.

Continuando com o mesmo exemplo, Bob reuniu as 10 pessoas que inicialmente faziam parte da nova moeda). Ele precisava explicar a nova moeda digital e o livro razão.

Jack confessou seus pecados ao grupo e pediu desculpas. Para provar sua sinceridade, ele devolveu as moedas a Ann e Mary.

Com tudo isso resolvido, Bob explicou por que isso nunca poderia acontecer novamente. Ele decidiu implementar algo chamado assinatura digital (digital signature) para confirmar todas as transações. Mas primeiro, ele deu a todos uma carteira digital (digital wallet)

Entendendo o blockchain: o que são carteiras (wallets)

Se você possui dinheiro digital, precisa de uma carteira digital, uma plataforma online ou a troca por armazenamento.

Uma carteira digital é uma sequência de números e letras, como o exemplo abaixo.

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Este é um endereço que aparecerá em vários blocos dentro do blockchain conforme as transações acontecem. Nenhum nome ou informação de identificação pessoal é incluída – apenas o número da carteira.

Os endereços de carteiras públicas são cadeias de caracteres para os quais determinados ativos podem ser enviados. O endereço de cada carteira em particular é gerado a partir de uma chave pública.

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o que são assinaturas digitais

Entendendo o blockchain: o que são assinaturas digitais (digital signatures)

Para realizar uma transação, você precisa de duas coisas: uma carteira digital, basicamente um endereço, e uma chave privada.

A chave privada é uma sequência de números aleatórios. Ao contrário do endereço, no entanto, a chave privada deve ser mantida em segredo. Ela controla os fundos mantidos em sua carteira relacionada.

Quando alguém decide enviar criptomoedas para outra pessoa, ela deve usar sua chave privada para assinar a mensagem que contém a transação. O sistema de duas chaves – uma privada e uma pública – está no cerne da criptografia e seu uso é muito anterior à criação do blockchain.

Foi proposto pela primeira vez na década de 1970.

Assim que a mensagem é enviada, ela é transmitida para a rede blockchain. A rede de nodes então trabalha na mensagem para se certificar de que a transação que ela contém é válida. Se confirmar a validade, nenhuma informação sobre ela pode ser alterada.

Entendendo o blockchain: o que são chaves criptográficas (cryptographic keys)

Uma chave criptográfica é uma sequência de números e letras, feita por geradores de chaves ou keygens. Esses geradores usam matemática muito avançada envolvendo números primos para criar chaves. Essas chaves podem ser usadas para criptografar ou descriptografar informações.

Entendendo o blockchain: o que são protocolos

A tecnologia blockchain consiste em especificações de comportamento individuais, um grande conjunto de regras que são programadas nela.

Essas especificações são chamadas de protocolos. A implementação de protocolos específicos torna o blockchain o que ele é – um banco de dados de informações distribuído, peer-to-peer – ponto a ponto, no caso os computadores – e seguro.

Os protocolos de blockchain garantem que a rede funcione da maneira que foi planejada por seus criadores, mesmo sendo completamente autônoma e sem controle algum.

Aqui estão alguns exemplos de protocolos implementados em blockchains:

  • As informações de entrada para cada número hash devem incluir o número hash do bloco anterior;
  • A recompensa por mineração de bloco com sucesso um bloco diminui pela metade após 210.000 blocos terem sido minerados. Para o bitcoin (BTC), isso é chamado de halving (redução pela metade);
  • A cada 10 minutos por bloco, a coin mining (mineração) de 210.000 blocos leva cerca de quatro anos, portanto, a oferta de bitcoin diminui pela metade a cada quatro anos;
  • Para manter o tempo necessário para minerar um bloco em aproximadamente 10 minutos, a dificuldade de mineração é recalculada a cada 2.016 blocos. A dificuldade de mineração basicamente equilibra a rede para contabilizar o número de mineradores;
  • Mais mineradores significam uma atmosfera mais competitiva, tornando os blocos mais difíceis de minerar. Menos mineiros significam que é comparativamente mais fácil minerar blocos, atraindo assim os mineiros a participarem.

Entendendo o blockchain: o que é prova de trabalho (proof-of-work)

A colocação de uma transação em um bloco é chamada de conclusão bem-sucedida para um desafio de proof-of-work (PoW) e é realizada por nodes especiais chamados de mineradores.

Prova de trabalho é um sistema que requer algum trabalho do solicitante do serviço, geralmente significando tempo de processamento por um computador.

A produção de um PoW é um processo aleatório com baixa probabilidade, portanto, normalmente, muitas tentativas e erros são necessários para que uma prova de trabalho válida seja gerada. Quando se trata de bitcoin, o hash é o que representa um PoW.

Entendendo o blockchain: o que é mineração (coin mining)

Mineradores de moedas digitais em um blockchain são nodes que produzem blocos resolvendo problemas de PoW.

Se um minerador produz um bloco que é aprovado por um consenso eletrônico de nodes, o mineiro é recompensado com um número específico de moedas, chamado de block reward (recompensa de bloco).

Essa recompensa, no entanto, não é o único incentivo para os mineiros continuarem usando seu hardware. Eles também geralmente recebem taxas de transação que os usuários pagam para enviar transações.

As transaction fees podem variar dependendo do número de transações enviadas em toda a rede a qualquer momento. 

Mais tráfego de rede pode significar taxas mais altas. Embora os valores das taxas possam ser escolhidos pelo remetente na maioria dos casos, as mineradoras sempre priorizarão as transferências com taxas de transação mais altas.

Portanto, a menos que você esteja disposto a pagar uma taxa bastante alta, sua transação pode levar muito tempo para ser processada se o tráfego de rede estiver sobrecarregado.

Leia mais no artigo: como minerar bitcoins?

Entendendo o blockchain: o que é staking

A tecnologia blockchain também pode funcionar com base em um algoritmo de consenso proof-of-stake (PoS) ou prova de aposta.

Com esse algoritmo, os nodes (stakers) ajudam a executar o blockchain, mantendo um criptoativo específico do blockchain em uma carteira digital ou local compatível com o staking, recebendo recompensas por isso.

A contribuição da rede depende da quantia do ativo relacionado que alguém possui. Este tipo de ecossistema não extrai blocos, mas sim os forja, de acordo com a terminologia da indústria.

Masternodes (nós-mestres) também existem no mundo PoS para ajudar a operar a rede para recompensas específicas, embora os masternodes normalmente exijam uma certa quantidade de um determinado criptoativo e devam ser configurados de uma determinada maneira.

Ao longo dos anos, os argumentos opuseram PoS a PoW, com justificativas feitas para um sobre o outro.

Entendendo o blockchain: quais os princípios da tecnologia

Blockchains são essencialmente tipos de bancos de dados distribuídos e cada blockchain node tem acesso a toda a cadeia. Nenhum nó ou computador regula as informações que contém.

Cada nó é capaz de validar os registros do blockchain. Tudo isso é feito sem intermediários no controle de tudo. É uma arquitetura descentralizada e não há um único ponto de falha que derrubaria o blockchain.

No entanto, os nós de um blockchain são centralizados logicamente, já que todo o blockchain é uma rede distribuída que executa certas ações programadas.

Entendendo o blockchain: transmissão peer-to-peer (ponto a ponto)

Na transmissão descentralizada ponto a ponto (P2P), a comunicação sempre ocorre diretamente entre os computadores (nodes), em vez de por meio de um nó central.

As informações sobre o que está acontecendo no blockchain são armazenadas em cada node e depois passadas para os nodes adjacentes. Dessa forma, a informação se espalha por toda a rede.

transmissão peer-to-peer

Entendendo o blockchain: transparente mas pseudônimo

Qualquer pessoa que inspecionar o blockchain é capaz de ver todas as transações e seu valor de hash. Alguém que usa o blockchain é capaz de agir de forma pseudônima se desejar ou pode fornecer sua identificação a outras pessoas.

Tudo o que é visto no blockchain é um registro de transações entre endereços de carteira.

Depois que uma transação é registrada e o blockchain é atualizado, alterar o registro dessa transação se torna impossível. Por quê?

Esse registro de transação em particular está vinculado ao registro de todas as anteriores, tornando-o imutável. Os registros do blockchain são permanentes, são ordenados cronologicamente e estão disponíveis para todos os outros pontos (nós).

É quase impossível desligar a rede. Como vários peers (pontos) existem e operam globalmente, é virtualmente impossível para uma única parte assumir o controle de toda a rede.

Falsificar um bloco também é quase impossível porque a validade de cada bloco e sua inclusão no blockchain é determinada por um consenso eletrônico de peers – são milhares, espalhados por todo o mundo.

Como resultado, capturar a rede exigiria um computador com uma quantidade de energia virtualmente impossível.

Usar a tecnologia blockchain como um banco de dados normal seria difícil, entretanto. Você pode armazenar 3GB de arquivos na rede da mesma maneira que usa plataformas de banco de dados como Microsoft Access, FileMaker ou MySQL?

Isso não seria uma boa ideia. A maioria dos blockchains não é adequada para isso por design ou simplesmente não tem a capacidade necessária.

Os bancos de dados online tradicionais geralmente usam uma arquitetura de rede cliente-servidor. Isso significa que os usuários com direitos de acesso podem alterar as entradas armazenadas no banco de dados, mas o controle geral permanece com os administradores.

Quando se trata de um banco de dados blockchain, cada usuário é responsável por manter, calcular e atualizar cada nova entrada.

Cada nó deve trabalhar em conjunto para garantir que todos cheguem às mesmas conclusões.

A arquitetura da tecnologia blockchain também significa que cada nó deve trabalhar de forma independente e comparar os resultados de seu trabalho com o resto da rede, portanto, chegar a um consenso pode ser muito demorado.

Por causa disso, as redes blockchain historicamente têm sido consideradas lentas quando comparadas com a tecnologia de transação digital tradicional.

Os avanços aumentaram as velocidades de transação relacionadas ao blockchain em alguns casos, como visto em alguns ativos de criptografia, projetos e soluções. Dito isso, existem experimentos na produção de bancos de dados com tecnologia blockchain.

Essas plataformas visam pegar um banco de dados distribuído de classe empresarial e construir em cima dele enquanto adicionam os três atributos-chave do blockchain: descentralização, imutabilidade e a capacidade de registrar e transferir ativos.

Entendendo o blockchain: contratos inteligentes

A última parte deste artigo discutirá alguns dos muitos aplicativos do blockchain, particularmente ideal para o que é conhecido como smart contracts ou contratos inteligentes.

Então, o que exatamente são contratos inteligentes?

São definições de regras e penalidades em torno de um acordo específico, semelhante à função dos contratos tradicionais.

A grande diferença, entretanto, é que os smart contracts impõem automaticamente essas obrigações. Graças à sua codificação, eles cumprem com o cumprimento de critérios específicos.

Entendendo o blockchain: contratos inteligentes

Entendendo o blockchain: onde a tecnologia pode ser usada?

Finanças descentralizadas

Decentralized finance ou DeFi, é a utilização da tecnologia blockchain que permite aos participantes o acesso a recursos semelhantes aos comuns no mundo financeiro convencional, exceto por ser de forma descentralizada.

Usando diferentes soluções, os participantes podem emprestar, pedir fundos emprestados e acessar outras oportunidades, governados no blockchain e longe do controle de uma autoridade centralizada.

Non-fungible tokens

Tokens não fungíveis ou NFT servem como uma aplicação da tecnologia blockchain com grande potencial em várias finalidades. Esses tokens são comprovadamente únicos e não podem ser trocados com outros pelo mesmo valor.

Um caso de uso potencial para NFT é a autenticação de obras de arte, com peças de arte vinculadas a NFT, que podem verificar sua autenticidade e propriedade.

Cadeia de suprimentos

A cadeia de suprimentos (supply chain) é outro caso de uso para blockchain.

Aplicar a tecnologia a uma cadeia de abastecimento pode fornecer a capacidade de rastrear ingredientes, alimentos e materiais até a fonte para provar suas origens, bem como fornecer dados pertinentes sobre qualquer cadeia de abastecimento.

Reclamações de garantia

Acertar reclamações de garantia pode ser caro, demorado e muitas vezes difícil para quem faz a reclamação. É possível implementar contratos inteligentes com a tecnologia blockchain, o que inevitavelmente tornará o processo notavelmente mais fácil.

No sistema tradicional, quando uma reclamação é feita, as pessoas realizam todas as verificações, o que pode ser demorado e deixar margem para erro humano e se tornar potencialmente desnecessário, pois as verificações podem ser feitas automaticamente usando o blockchain.

Assim que todas as obrigações forem cumpridas, o pagamento resultante é automático. Tudo isso pode ser feito com o mínimo de envolvimento humano.

Pagamentos de seguros

Com os contratos inteligentes, um determinado conjunto de critérios para situações específicas relacionadas a seguros pode ser estabelecido.

Em teoria, com a implementação da tecnologia blockchain, você poderia simplesmente enviar sua reclamação de seguro online e receber um pagamento automático instantâneo – pendente, é claro, que sua reivindicação atenda a todos os critérios exigidos.

Verificação de identidade

Muito tempo e esforço são desperdiçados atualmente usando métodos de verificação de identidade existentes, que também representam riscos de segurança.

Com o blockchain e sua descentralização, a verificação de identidade online poderia ser muito mais rápida e potencialmente mais segura.

Manter os dados de identidade online em um local central pode se tornar uma prática do passado com o uso de blockchain, o que significa que os hackers de computador não teriam mais pontos centralizados de vulnerabilidade a ataques.

O armazenamento de dados apoiado por blockchain também é à prova de violação e incorruptível. A tecnologia blockchain também pode ser aplicada a informações médicas, melhorando os processos relacionados e a segurança.

Internet das Coisas

Conectada pela Internet para fins de interação, a Internet das Coisas ou IoT é um ecossistema de itens amigáveis ​​ao software, como veículos e dispositivos, que incluem certas especificações tecnológicas que tornam essa interação possível.

A tecnologia blockchain e seus contratos inteligentes podem ser úteis, desempenhando um papel no futuro da IoT, em parte fornecendo métodos potenciais para proteção contra hackers.

Por ser construído para controle descentralizado, um esquema de segurança baseado na rede deve ser escalável o suficiente para cobrir a expansão da Internet das Coisas.

Além disso, a forte proteção do blockchain contra adulteração de dados pode ajudar a prevenir a retransmissão de informações enganosas por um dispositivo não autorizado, o que poderia essencialmente perturbar uma casa, fábrica ou sistema de transporte.

Armazenamento de dados

Google Drive, Dropbox e outros desenvolveram exaustivamente o arquivamento eletrônico de documentos com o uso de métodos centralizados, porém os sites centralizados são tentadores para os hackers.

O blockchain e seus contratos inteligentes reduzem essa ameaça substancialmente. Várias soluções de armazenamento em nuvem descentralizadas surgiram ao longo dos anos.

Ao aproveitar a tecnologia de blockchain, essas soluções permitem que os participantes comprem e vendam acesso ao armazenamento de maneira descentralizada.

Combate ao crime

Os infratores precisam esconder e camuflar o dinheiro ganho com suas façanhas. Isso pode ser feito por meio de contas bancárias falsas, jogos de azar e empresas offshore, entre outras estratégias.

Existem muitas preocupações em relação à transparência das transações de criptomoeda, embora todos os elementos regulatórios necessários – identificação de partes, registros de transações e até mesmo a aplicação da lei – possam existir no sistema de criptomoeda graças ao blockchain.

À medida que a tecnologia ganha mais atenção do mercado em geral, o blockchain e seus smart contracts têm o potencial de ajudar na luta contra as táticas de lavagem de dinheiro.

Redes e mídias sociais

Redes e mídias sociais

Organizações de mídia social solicitam de seus usuários o direito de usar as informações de seu perfil e todo o conteúdo carregado.

As opções de mídia social são normalmente centralizadas, mais sujeitas a violações e administradas por uma única entidade. A tecnologia blockchain pode descentralizar, adicionando proteção, tornar o conteúdo mais resistente à censura e dar aos usuários mais controle sobre seus dados.

Votações

A votação, no que diz respeito a coisas como eleições e muito mais, poderia ser muito melhorada com contratos inteligentes e blockchain. Vários aplicativos relacionados surgiram ao longo do tempo.

Entre uma série de benefícios, a incorporação da tecnologia de blockchain na votação pode tornar os resultados mais transparentes.

Entendendo o blockchain: limitações e vulnerabilidades

Além do blockchain do bitcoin, existe um grande número de outras redes nas quais os projetos podem construir soluções.

Além disso, alguns projetos decidem desenvolver seus próprios blockchains. Qualquer rede blockchain depende muito do número de usuários ativos dentro dela. Para operar em todo o seu potencial, uma rede deve ser robusta, com uma rede amplamente distribuída de nós.

Por outro lado, a tecnologia blockchain ainda tem dificuldades em termos de velocidade de transação quando comparada com os principais emissores de cartões, como Visa ou Mastercard.

Finalmente, há sempre uma possibilidade teórica de captura em grande escala de qualquer rede blockchain. Se uma única organização conseguisse de alguma forma obter o controle da maioria dos nós da rede, ela não seria mais descentralizada no sentido pleno da palavra.

Entendendo o blockchain: o que é blockchain empresarial

O blockchain empresarial refere-se a empresas gigantes que incorporam a tecnologia em sua infraestrutura.

Numerosas empresas tradicionais investigaram várias aplicações e criaram estruturas e ferramentas como ofertas do tipo pick-and-shovel para ajudar as entidades a incorporar a tecnologia em seus empreendimentos.

Essas cadeias de blocos normalmente não têm moedas digitais nativas da mesma maneira que é visto no espaço criptográfico, e os participantes da rede não disputam recompensas, eles simplesmente conduzem confirmações.

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