Consenso Nakamoto: a cadeia com mais trabalho

Curiosidade

1. Como milhares de estranhos podem concordar sobre um único histórico sem um líder ou votação?
2. Por que adicionar mais um bloco torna uma transação antiga mais difícil de reverter do que a anterior?
3. O que acontece quando duas cadeias existem simultaneamente por dez minutos?

Explorar

1. O consenso no Bitcoin não é uma eleição. Não há membros fixos, nem líder, nem votação formal. Cada nó completo verifica independentemente as transações com base em um conjunto abrangente de regras. Quando os mineradores agregam essas transações válidas em blocos, eles realizam a prova de trabalho: resolvendo um quebra-cabeça computacionalmente complexo que serve como marca de tempo. Esse trabalho fixa o bloco na cadeia, tornando-o parte de uma história global cuja alteração é dispendiosa.
2. Quando duas cadeias concorrentes surgem, cada nó segue uma regra simples: adota a cadeia com o maior volume acumulado de prova de trabalho. Quando um ramo fica à frente em termos de trabalho acumulado, o outro é abandonado, e suas transações retornam ao mempool, a menos que o ramo vencedor já as contenha. Esse mecanismo neutraliza ataques Sybil; criar milhares de identidades falsas é inútil se o detentor não possuir poder computacional proporcional. O peso, medido em prova de trabalho, decide qual histórico válido prevalece, e não a identidade.
3. O acordo é probabilístico, não absoluto. Uma transação se torna mais segura a cada bloco adicionado, pois um atacante precisa refazer o trabalho desse bloco e de todos os subsequentes para ultrapassar a cadeia honesta. A Seção 11 do whitepaper calcula esse risco: se um atacante controla uma fração q da capacidade de hash, a probabilidade de ele alcançar a cadeia após ficar z blocos atrás diminui exponencialmente à medida que z aumenta.
4. Para um atacante com apenas 10% da hashrate da rede (q = 0,1), a chance de reverter uma transação enterrada sob cinco confirmações é inferior a 0,1%. Esse declínio matemático oferece o modelo de segurança para comerciantes e exchanges. Reorganizações curtas, nas quais alguns blocos são descartados em favor de outra cadeia válida, fazem parte do funcionamento normal e não indicam falha, mas sim a competição dinâmica inerente à prova de trabalho.
5. A Seção 6 argumenta que os incentivos alinham os atores racionais com a estabilidade da rede. Um minerador que possui poder de hash significativo ganha mais ao seguir as regras do que ao atacar o sistema, pois o valor de suas moedas depende da confiabilidade da rede. Destruir essa confiança desvalorizaria os próprios ativos que ele detém. Esse vínculo econômico garante que os grandes players tenham interesse em manter o consenso, em vez de perturbá-lo.
6. Reproduza a aritmética do whitepaper. A Seção 11 apresenta um breve programa em C e uma tabela: para um atacante com q = 0,1, a chance de alcançar a cadeia honesta estando cinco blocos atrás é de aproximadamente 0,0009, ou seja, menos de 0,1%. Para q = 0,3, os mesmos cinco blocos ainda deixam uma chance de cerca de 18%, e são necessárias confirmações muito mais profundas para reduzir o risco abaixo de 0,1%. A segurança depende da quantidade de poder de hash que um atacante consegue reunir, e não de um número fixo de blocos.

Fatos-chave

Exercício nove, seis, três, um

Verificação de fatos

Datas, números e afirmações verificados com as fontes publicadas listadas abaixo.

• S. Nakamoto, 'Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System' (2008), Sections 4, 6, and 11.
• J. Garay, A. Kiayias & N. Leonardos, 'The Bitcoin Backbone Protocol: Analysis and Applications' (2015)