Prova de Trabalho vs Prova de Estaca: Guia Básico de Mineração

Ameer Rosic

2 years ago
 Prova de Trabalho vs Prova de Estaca: Guia Básico de Mineração

Prova de Trabalho vs Prova de Estaca: Recentemente você pode ter ouvido falar sobre a idéia de passar de um consenso Ethereum baseado no sistema Prova de Trabalho (PoW) para um baseado na chamada Prova de Estaca.

Neste artigo, vou explicar-lhe as principais diferenças entre Prova de Trabalho vs Prova de Estaca e vou fornecer-lhe uma definição de mineração, ou o processo de novas moedas digitais são lançadas através da rede.

Além disso, o que mudará em relação às técnicas de mineração se a comunidade Ethereum decidir fazer a transição de “trabalho” para “estaca”?

Este artigo quer ser um guia básico para entender o problema acima. Se você está procurando um passo a passo mais detalhado, confira nossos cursos de blockchain no Ethereum.

O que é a prova de trabalho?

Primeiro de tudo, vamos começar com definições básicas.

Prova de trabalho é um protocolo que tem o objetivo principal de dissuadir ataques cibernéticos, como um ataque distribuído de negação de serviço (DDoS) que tem a finalidade de esgotar os recursos de um sistema de computador enviando várias solicitações falsas.

O conceito Prova de trabalho existia mesmo antes do bitcoin, mas Satoshi Nakamoto aplicou esta técnica à sua moeda digital — ainda não sabemos quem realmente é Nakamoto — revolucionando a forma como as transações tradicionais são definidas.

Na verdade, a ideia do PoW foi originalmente publicada por Cynthia Dwork e Moni Naor em 1993, mas o termo “prova de trabalho” foi cunhado por Markus Jakobsson e Ari Juels em um documento publicado em 1999.

Mas, voltando à data, Prova de trabalho é talvez a maior idéia por trás do white paper Bitcoin da Nakamoto — publicado em 2008 — porque permite um consenso sem confiança e distribuído.

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O que é consenso sem confiança e distribuído?

Um sistema de consenso distribuído e sem confiança significa que, se você deseja enviar e/ou receber dinheiro de alguém, você não precisa confiar em serviços de terceiros.

Quando você usa métodos tradicionais de pagamento, você precisa confiar em um terceiro para definir sua transação (por exemplo, Visa, Mastercard, PayPal, bancos). Eles mantêm seu próprio registro privado que armazena histórico de transações e saldos de cada conta.

O exemplo comum para explicar melhor esse comportamento é o seguinte: se Alice enviou Bob $100, o serviço de terceiros confiável debitaria a conta de Alice e creditaria a de Bob, então ambos têm que confiar neste terceiro é fazer a coisa certa.

Com bitcoin e algumas outras moedas digitais, todos têm uma cópia do razão (blockchain), então ninguém precisa confiar em terceiros, porque qualquer pessoa pode verificar diretamente as informações escritas.

Prova de trabalho e mineração

Indo mais fundo, a prova de trabalho é um requisito para definir um cálculo de computador caro, também chamado de mineração, que precisa ser realizado para criar um novo grupo de transações sem confiança (o chamado bloco) em um razão distribuído chamado blockchain.

A mineração serve como dois propósitos:

Verificar a legitimidade de uma transação, ou evitar a chamada dupla despesa;

Para criar novas moedas digitais, recompensando os mineiros pela execução da tarefa anterior.

Quando você quiser definir uma transação, isso é o que acontece nos bastidores:

As transações são agrupadas no que chamamos de bloco;

Os mineiros verificam que as transações dentro de cada bloco são legítimas;

Para fazer isso, os mineiros devem resolver um quebra-cabeça matemático conhecido como problema de prova de trabalho;

Uma recompensa é dada ao primeiro mineiro que resolve cada problema de blocos;

As transações verificadas são armazenadas na cadeia de blocos pública

Este “quebra-cabeça matemático” tem uma característica chave: assimetria. O trabalho, de fato, deve ser moderadamente difícil do lado do solicitante, mas fácil de verificar para a rede. Esta ideia também é conhecida como uma função de custo da CPU, quebra-cabeça do cliente, quebra-cabeça computacional ou função de preço da CPU.

Todos os mineiros da rede competem para serem os primeiros a encontrar uma solução para o problema matemático que diz respeito ao bloco candidato, um problema que não pode ser resolvido de outras maneiras além da força bruta, de modo que essencialmente requer um grande número de tentativas.

Quando um mineiro finalmente encontra a solução certa, ele/ela a anuncia para toda a rede ao mesmo tempo, recebendo um prêmio de criptografia (a recompensa) fornecido pelo protocolo.

Do ponto de vista técnico, o processo de mineração é uma operação de hash inversa: ele determina um número (nonce), de modo que o algoritmo hash criptográfico de dados de bloco resulta em menos de um determinado limite.

Esse limiar, chamado de dificuldade, é o que determina a natureza competitiva da mineração: mais poder de computação é adicionado à rede, quanto maior esse parâmetro aumenta, aumentando também o número médio de cálculos necessários para criar um novo bloco. Este método também aumenta o custo da criação de blocos, empurrando os mineiros para melhorar a eficiência de seus sistemas de mineração para manter um equilíbrio econômico positivo. Essa atualização de parâmetro deve ocorrer aproximadamente a cada 14 dias e um novo bloco é gerado a cada 10 minutos.

A prova de trabalho não é usada apenas pelo blockchain bitcoin, mas também pelo ethereum e muitas outras cadeias de blocos.

Algumas funções do sistema de prova de trabalho são diferentes porque criadas especificamente para cada blockchain, mas agora não quero confundir suas idéias com dados muito técnicos.

O importante que você precisa entender é que agora desenvolvedores Ethereum querem virar as mesas, usando um novo sistema de consenso chamado prova de participação.

O que é Prova de participação?

Prova de participação é uma maneira diferente de validar transações baseadas e alcançar o consenso distribuído.

Ainda é um algoritmo, e o propósito é o mesmo da prova de trabalho, mas o processo para alcançar o objetivo é bastante diferente.

Prova de estaca primeira idéia foi sugerida no fórum bitcointalk em 2011, mas a primeira moeda digital a usar este método foi Peercoin em 2012, juntamente com ShadowCash, Nxt, BlackCoin, Nushares/Nubits, Qora e Nav Coin.

Ao contrário da Prova de Trabalho, onde o algoritmo recompensa os mineiros que resolvem problemas matemáticos com o objetivo de validar transações e criar novos blocos, com a prova de participação, o criador de um novo bloco é escolhido de forma determinística, dependendo de sua riqueza, também definida como estaca.

Sem recompensa de bloco

Além disso, todas as moedas digitais são criadas anteriormente no início, e seu número nunca muda.

Isso significa que no sistema de PoS não há recompensa de bloco, então, os mineiros tomam as taxas de transação.

É por isso que, na verdade, neste sistema de POs mineiros são chamados de falsificadores, em vez disso.

Por que Ethereum quer usar POs?

A comunidade Ethereum e seu criador, Vitalik Buterin, estão planejando fazer um garfo duro para fazer uma transição da prova de trabalho para a prova de estaca.

Mas por que eles querem mudar de um para o outro?

Em um consenso distribuído baseado na prova de trabalho, os mineiros precisam de muita energia. Uma transação Bitcoin exigiu a mesma quantidade de eletricidade que alimentar 1.57 famílias americanas por um dia (dados de 2015).

E esses custos de energia são pagos com moedas fiduciárias, levando a uma pressão descendente constante sobre o valor da moeda digital.

Em uma pesquisa recente, especialistas argumentaram que as transações bitcoin podem consumir tanta eletricidade quanto a Dinamarca até 2020.

Os desenvolvedores estão muito preocupados com esse problema, e a comunidade Ethereum quer explorar o método de prova de estaca para uma forma distribuída mais verde e mais barata de consenso.

Além disso, as recompensas para a criação de um novo bloco são diferentes: com Prova de Trabalho, o mineiro pode potencialmente possuir nenhuma moeda digital que está minerando.

Na prova de estaca, falsificadores são sempre aqueles que possuem as moedas cunhadas.

Como os falsificadores são selecionados?

Se o Casper (a nova prova do protocolo de consenso da estaca) for implementado, haverá um pool de validadores. Os usuários podem se juntar a esse pool para serem selecionados como o falsificador. Este processo estará disponível através de uma função de chamar o contrato Casper e enviar Ether — ou a moeda que alimenta a rede Ethereum — juntamente com ele.

“Você é automaticamente introduzido depois de algum tempo”, explicou o próprio Vitalik Buterin em um post compartilhado no Reddit.

“Não há nenhum esquema de prioridade para ser introduzido no pool de validadores em si; qualquer pessoa pode participar em qualquer rodada que quiser, independentemente do número de outros marceneiros”, continuou.

A recompensa de cada validador será “em algum lugar em torno de 2- 15%”, mas ele ainda não tem certeza.

Além disso, Buterin argumentou que não haverá limite imposto para o número de validadores ativos (ou falsificadores), mas será regulamentado economicamente, reduzindo a taxa de juros se houver muitos validadores e aumentando a recompensa se houver muito poucos.

Um sistema mais seguro?

Qualquer sistema de computador quer estar livre da possibilidade de ataques de hackers, especialmente se o serviço está relacionado ao dinheiro.

Então, o principal problema é: a prova de participação é mais segura do que a prova de trabalho?

Especialistas estão preocupados com isso, e há vários céticos na comunidade.

Usando um sistema de prova de trabalho, os maus atores são cortados graças a desincentivos tecnológicos e econômicos.

Na verdade, programar um ataque a uma rede PoW é muito caro, e você precisaria de mais dinheiro do que você pode ser capaz de roubá-lo.

Em vez disso, o algoritmo de PoS subjacente deve ser o mais à prova de balas possível porque, sem penalidades especiais, uma prova de rede baseada em partes interessadas poderia ser mais barata de atacar.

Para resolver esse problema, Buterin criou o protocolo Casper, projetando um algoritmo que pode usar o conjunto algumas circunstâncias sob as quais um validador ruim pode perder seu depósito.

Ele explicou: “Finalidade econômica é realizada em Casper, exigindo que os validadores enviem depósitos para participar, e tirando seus depósitos se o protocolo determinar que eles agiram de alguma forma que viola algum conjunto de regras (” condições de corte “).”

As condições de corte referem-se às circunstâncias acima ou às leis que um usuário não deve quebrar.

Prova de Trabalho vs Prova de Estaca: Conclusão

Graças a um sistema de PoS validadores não precisam usar seu poder de computação porque os únicos fatores que influenciam suas chances são o número total de suas próprias moedas e a complexidade atual da rede.

Portanto, essa possível mudança futura de PoW para PoS pode fornecer os seguintes benefícios:

Poupança de energia;

Uma rede mais segura à medida que os ataques se tornam mais caros: se um hacker gostaria de comprar 51% do número total de moedas, o mercado reage pela rápida valorização do preço.

Desta forma, o CASPER será um protocolo de depósito de segurança que depende de um sistema de consenso econômico. Os nós (ou os validadores) devem pagar um depósito de segurança para fazer parte do consenso graças à criação de novos blocos. O protocolo Casper determinará a quantidade específica de recompensas recebidas pelos validadores graças ao seu controle sobre depósitos de segurança.

Se um validador criar um bloco “inválido”, seu depósito de segurança será excluído, bem como seu privilégio de fazer parte do consenso de rede.

Em outras palavras, o sistema de segurança Casper é baseado em algo como apostas. Em um sistema baseado em POS, as apostas são as transações que, de acordo com as regras de consenso, irão recompensar seu validador com um prêmio em dinheiro juntamente com cada cadeia em que o validador apostou.

Assim, Casper é baseado na idéia de que os validadores vão apostar de acordo com as apostas dos outros e deixar feedbacks positivos que são capazes acelera o consenso.

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mining pools have far more than 1000eth, the pools will act as the forgers and people will contribute to the mining pool. As a result the system for most miners will stay relatively the same.

It looks like Vitalik and Ethereum team have a plethora of interwoven and conflicting interests to solve. I will start with the biggest agency problem everyone is ignoring:

1) How to give the VC’s bankrolling Ethereum a clean exit with expected returns of >20x on exit. They will be pushing hard for POS as it will create scarcity of ETH and push up their token holdings vastly for an exit. We should not ignore that the VC’s interests and ETH community interests might be wholly orthogonal to each other.

2) How to keep the little guy vested and reward his/her loyalty to maintaining the integrity of the blockchain? Is this not the whole point of blockchain? Decentralized and distributed custodians of trust? Heads up! That ideal is long dead with mining pools creating hidden centralized power structures whose interests might not always be best aligned to the future of ETH nor the little minnows contributing to their pools. So, while moving this hidden centralized (concentration of control) to POS will certainly free up restrictions for the Ethereum developers to make changes, it will not democratize anything.

3) Who is being rewarded for what economic value? This is a fundamental question that needs to be clarified. Simply having ‘staking pools’ as trust agents is going to create other imbalances. Who is going to pay for the processing of trust (transaction verification)? What is the infrastructure going to look like? Or is that also going to get centralized as we already have in banks and effectively shafting all the minnows? If someone ‘stakes’ a very large amount of ETH, but has no supporting hardware to process transactions, what is his/her economic value?
When you buy bonds/equity and get a yield, you are lending money to another entity that will invest that money in other assets to create economic value. The more speculative the assets are, the higher the risk of your investment and consequently the higher the required yield. These yields are not arbitrarily set. They are set by the market pricing the perception of default and clearing accordingly. How is the reward system of ‘staking pools’ going to work? Who is creating what economic value, who is setting the interest yields and according to what risk perceptions? And, what (crypto) economics are going to managing ETHs price inflation other than artificially restricting liquidity through ‘staking’?
One always has to ask why should one person/entity be entitled to a return without taking any risk (i.e. investment in economic generating assets)? The only concept that generates a return without creating underlying economic value is a Ponzi scheme. There, the risks are aggregated and dumped onto the last one in. So, beware of misaligned economic fundamentals.

4) How to solve the ever-increasing energy burden of crunching hashes? Maybe this constraint should also be solved by market forces and Ethereum should just create the right incentives for the market to innovate in this space?
– One thing they can do is to keep a lid on algorithm complexity growth so that it is proportional to Moore’s Law thus ensuring mining/forging overheads remain sustainable.
– Also, the increasing variable costs of crunching MH/KWh will create pressure to innovate for energy efficient solutions. Maybe the reward system can be changed to include KWh (and/or green power) consumed regardless of your regional tariff. There is a plethora of opportunities to innovation and create value here. It just needs the right incentives.

Regardless of the trust agent’s end design (POS, POW or POS/POW hybrid), my advice is that Ethereum needs to ensure that market forces determine prices, yields and transaction processing capacity. ETH’s end design needs to focus on creating the right incentives for the various stakeholders who create economic value and carry the risks and then releasing control to the community.

can someone anwser my questions

what did you mean by bets ?

is the forgers create blocs like in the POW ? and how they create it technically?

is the forgers have to stake and in the same time instale a node in his computer ?

is that node a piece of code that validate & confirm txs automaticaly ?

is the forgers has the ability to on/off that node ? and what happens if they do that ?

how this node can know if this tx are valide/legal or not ?

is this node use some computer ressources ? CPU … ?

how the other supply of coins in POS protocol minted or released ? (in total supply)

how the validator can create an invalide bloc ?

The discussion whether PoW is better than PoS or vice versa, with all their relative advantages and disadvantages needs to be discussed with a larger audience. For afterall Blockchain is all about consensus, then why not a consensus within a larger community.
If PoW requires huge computing power as a consequence high consumption of electricity, then people must be encouraged to use alternate renewable energy sources. This cannot be a reason to sacrifice the security it provides Visavis less consumption of power associated with PoS.
Entry barriers with PoW are high so not anyone can just join the network to validate the transactions which can be the case with PoS.
The very idea of Blockchain is decentralized trustless transactions without the involvement of third parties, so then what purpose Casper and such serve ?

@Larry Jackson

please larry, never ever write the marxist name of ja-fre in crypto-oriented forums – all the perversed evildoers stalin putin saddam khadaffi are marxists, same as the rulers of greece, who defaults constantly parasiting on the hard worked money of germans and other europeans. never ever believe to drug-addicted marxists who dream of total control of every and all individuals, much worse than description in “1984”. obviously you have not personal experience of the science of hatred named “marxism” even didnt visit the obscured meetings for “educating” where jung neomarxists “educate” naive goodthinkers – all they do is trainthemselves to manipulate listeners, and to explain that this is good – same as the whole-time behaviour of the human-haters in all times and all places. you dont need to believe me despite i lived more than 30 years under marxistic slavery, just look at one of the biggest oil-producers in the world – for less than ten years marxists ruined it and today there is total misery for normal people there, and even in their capital is deadly danger to get out on the street after a sundown without personal army of heavy armed bodygurads or sitting in panzer. the ruined venezuella. earlier same marxists ruined chili, saved by a real patriot, the right hand of the chilean marxist aliende named pinochet – he took the power away from marxists, invited the most educated and inteligent economical and financial experts on earth and made a miracle getting his homeland from the edge of the waterfall to the place and state of the first and most wealthy and prosperous country on the whole continent – south america. go on the other side of the globe – and observe normal prospering country divided by greedy marxists – korea. and compare both parts, who soon unite. south koreans have one from the most advanced and friendliest laws encouraging new money – cryptomoney, and north part vorbids to local citizens even phones, not speaking of internet – and this happens in 21st century, when all plan to build living places on other planets! so please larry do not fall because of goodhoping in the traps of manipmanipulators, they are all time the same, greedy to the others good. and if you still hesitate about your position to human-haters named marxists, read in wikipedia, they killed in non-war times more civilians than all wars in 20th century. but if you are interested in roots of the human-haters, go to the british museum and observe two documents in original – how some rich bankster named rotshield sent money to marx and engels with exact instructions what to write, how must it work and what results must it achieve. and dthey did it, just not in the strongest european economics named deutschland, but in the most unevolved teritory on asia – named russia, where the marxists assasinated many tousands of local people to came to power and to keep that power. after all if you still like the visions of drug-addicted neo-marxists, its you choice. but after reading this, its an educated choice.

@James Lyndon

I’d say it’s far less likely for people to join mining pools in a PoS system, for PoW you just contribute your computing power to the pool and can leave a pool anytime you want if you find the pool has some suspicious activities. For PoS you need to deposit your ether to the mining pool’s account first, then the mining pool deposit the ether to a certain locked account to join the validator pool. That’s a LOT of stake and trust you need to put to the mining pool. And depending on the implementation of the reward system, mining pools may not have any reason to exist any more, if anyone who join the validator pool can get some interests as reward, then why trust your ether to a mining pool, you can just join the validator pool yourself.

@James Lyndon

I can not agree! Plus the switch from PoW to PoS has it’s positive benefits mentioned in this article: PoS should solve the issue of unnecessary energy wasting; more people will be encouraged to participate in the validation process (no competition in solving computational puzzles will mean no demand for advanced mining hardware).

@Dmitry Buterin

You all missing a fundamental piece. the real value of any currency is the people perception. the value of any digital currency currently exists coming from perception of the miners. you need to have more individuals involved in this. by adding more machines but less people you are just creating inflation. To the subject from going pow to pos its like changing reality to fantasy. You will end up with bunch of numbers but no value. You need to be thinking how to get more people involved in this and have them believe there is a value in digital currency that will create value. Don’t be fooled with greed. Bitcoin does not have the potential to be a universal not even global currency but it showed us that such thing is possible.

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