Prova de Trabalho Atrasada (DPoW): A Solução para Problemas Fundacionais de Segurança Blockchain

Introdução

Delayed Proof of Work (DPoW) é um protocolo de segurança desenvolvido pela Komodo, um fornecedor de tecnologia de código aberto. Este mecanismo de segurança baseia-se na Proof of Work (PoW), que é o protocolo de segurança mais avançado dentro do ecossistema blockchain, como evidenciado pela sua aplicação em redes altamente seguras como Bitcoin e Litecoin.

Para compreender o significado e os princípios fundamentais da Prova de Trabalho atrasada (DPoW), é preciso primeiro compreender o funcionamento da Prova de Trabalho (PoW) e as razões por trás do seu reconhecimento como o principal método para salvaguardar blockchains descentralizados. Além disso, é necessário um exame minucioso das desvantagens e restrições associadas à Prova de Trabalho como uma abordagem de segurança para apreciar totalmente a lógica por trás da introdução da Prova de Trabalho atrasada (DPoW) e as vantagens que oferece.

Compreender a Prova de Trabalho Atrasada (DPoW)

Fonte: GitBook

Delayed Proof of Work (DPoW) é um mecanismo secundário de consenso de segurança concebido para melhorar o mecanismo convencional de Prova de Trabalho empregado por vários blockchains, incluindo exemplos notáveis como o Bitcoin.

O DPoW foi concebido para proteger a cadeia de blocos contra 51% de ataques que representam uma ameaça à integridade da rede. É conseguido integrando a taxa de hash de uma rede externa de Prova de Trabalho (PoW) no mecanismo de consenso existente de outra rede com uma taxa de hash mais baixa, tornando mais difícil atacar economicamente a rede.

Komodo é a primeira plataforma blockchain a introduzir o uso de Delayed Proof of Work como um mecanismo de consenso. Para saber mais, consulte o nosso artigo anterior sobre Prova de Trabalho Atrasada. O artigo actual analisa mais de perto o aspeto técnico do DPoW.

Uma discussão fundamental sobre a segurança Blockchain

A força da blockchain reside nas suas rígidas medidas de segurança, um aspecto fundamental que suporta a sua estrutura descentralizada.

Blockchain emprega métodos criptográficos para proteger transações e manter um livro-razão imutável. No entanto, um fator crítico para garantir a segurança da blockchain é o seu mecanismo de consenso. E para discutir exaustivamente a segurança da blockchain, é crucial ter uma compreensão clara dos mecanismos de consenso.

O que é um Mecanismo de Consenso?

Fonte: C# Corner

O Blockchain funciona como um sistema peer-to-peer descentralizado que exige que as decisões sejam tomadas sem um líder central ou uma figura autoritária. A chave para conseguir isto está no “Mecanismo de Consenso”.

Ao contrário dos sistemas centralizados, onde um administrador central supervisiona a gestão e as atualizações da base de dados, os sistemas descentralizados distribuem esta responsabilidade entre vários nós. Estes nós devem chegar coletivamente a uma concessão, concordando com a validade das transações — daí o termo “consenso”.

A necessidade de consenso surge da independência da blockchain numa única fonte de verdade. O mecanismo de consenso garante que todos os nós concordam com a legitimidade de uma transação. Assim que esta transação for aprovada por todos os nós, será então registada na cadeia de blocos.

As redes Blockchain empregam vários consensos, todos servindo o propósito comum de garantir a precisão e honestidade dos registos. Entre as opções mais prevalentes estão os mecanismos de consenso Proof of Work e Proof of Stake.

O Mecanismo de Consenso da Prova de Trabalho (PoW)

Fonte: SpringerLink — Uma análise de como funciona o mecanismo de Prova de Trabalho

O Proof of Work funciona como um algoritmo ou um sistema que exige um esforço computacional significativo para dissuadir ou eliminar utilizadores fraudulentos de poder computacional. Dentro deste sistema, os dados da transação são armazenados em blocos. Para validar uma transação, é necessário resolver um problema matemático complexo ligado a cada bloco. Este processo normalmente referido como “mineração” é normalmente realizado por computadores poderosos. O mineiro que primeiro resolver o problema com sucesso recebe uma recompensa de criptomoeda.

A implementação do Proof of Work serve como um meio de garantir uma base de dados consistente através de uma rede blockchain. Criptomoedas como Bitcoin e Litecoin dependem do mecanismo Proof of Work. No entanto, a sua maior limitação é o elevado poder computacional necessário para minerar blocos.

Quando foi introduzido em 2009, o Proof of Work foi especificamente concebido para abordar a questão dos gastos duplos.

O que é o Double Spending?

Fonte: Bitpanda — O problema dos gastos duplos e como o protocolo Bitcoin o resolve

O problema do “gasto duplo” refere-se à capacidade dos computadores de duplicar informações sem parar. Esta questão é particularmente relevante quando se trata do valor financeiro, que envolve o registo do proprietário, o tempo de propriedade e a carteira onde o valor está armazenado. É crucial que, ao transferir o valor financeiro da Pessoa A para a Pessoa B, a Pessoa A não possa duplicar o dinheiro e enviá-lo para a Pessoa C.

O algoritmo de consenso Proof of Work foi criado para enfrentar o desafio do gasto duplo. Na rede Bitcoin, os mineiros executam provas de trabalho cada vez que um novo bloco é adicionado à cadeia de blocos. Para adicionar um novo bloco à cadeia de blocos, os mineiros de todo o mundo precisariam de se envolver num jogo de adivinhação aleatório para encontrar a palavra-passe do bloco para verificação.

Esta palavra-passe é imprevisível e só pode ser adivinhada. Para decifrar esta senha difícil, o mecanismo de consenso força os mineiros a competir pelo direito de minerar um novo bloco válido. Portanto, numa rede PoW, um mineiro não pode criar imediatamente um novo bloco válido e reivindicar uma recompensa; eles devem competir realizando o trabalho necessário primeiro. Este processo competitivo foi o que levou ao título do mecanismo de consenso do protocolo Bitcoin, Proof of Work (PoW).

Características do Mecanismo de Consenso PoW

Fonte: Investopedia — As características da rede PoW e como verifica transações na rede blockchain

• Uma característica central do mecanismo Proof of Work (PoW) é a sua ênfase na segurança. Este sistema está incorporado em projetos de criptomoeda com o objetivo principal de fornecer uma estrutura confiável, segura, permanente, justa e transparente que estabeleça consenso com base nas contribuições dos participantes dentro da rede. A partir de agora, o Proof of Work destaca-se como o mecanismo de consenso mais seguro no ecossistema blockchain.
• No contexto da Prova de Trabalho, qualquer mau comportamento de um mineiro pode levar a ser imposto de tentar adicionar novos blocos no futuro. Além disso, é altamente desafiador para um mineiro atacar o sistema PoW. Por exemplo, tentar criar transações fraudulentas exigiria que um mineiro controlasse 51% do poder da rede, o equivalente a centenas de milhares de milhões de dólares em hardware hoje. E isso é praticamente impossível.
• Dentro do mecanismo Proof of Work, os mineiros divulgam detalhes da transação ao adicionar novos blocos à rede. Posteriormente, outros nós na rede verificam independentemente a transação para garantir que os ativos transferidos não foram gastos duas vezes.

Estas funcionalidades representam apenas algumas das contribuições que o mecanismo Proof of Work fez para a rede Bitcoin. No entanto, apesar de ser reconhecido como o mecanismo mais seguro no espaço da blockchain, não é sem as suas desvantagens, que iremos aprofundar mais adiante neste artigo.

O que é Prova de Trabalho Atrasada (DPoW)?

A Prova Atrasada de Trabalho (DPoW) é um mecanismo de consenso inovado pela Komodo para enfrentar os desafios inerentes à rede Proof of Work. É uma versão melhorada do mecanismo de consenso PoW que aproveita o poder de hash da blockchain Bitcoin para elevar a sua segurança de rede. Este avanço não só fortalECE a própria rede do Komodo mas também estende as suas capacidades de proteção a qualquer cadeia de terceiros que participe no ecossistema Komodo no futuro.

É importante notar que o DPoW não está confinado a uma rede específica; pode ser implementado para qualquer projeto que queira desenvolver uma blockchain independente usando um modelo UTXO.

Como funciona o DPoW?

Vamos considerar o Komodo como um estudo de caso.

Fonte: FPX Rússia na X App — Uma análise detalhada de como o Serviço de Segurança Komodo protege contra 51% de ataques

A Komodo desenvolveu e implementou o mecanismo de segurança DPoW no código do Zcash (ZEC), uma criptomoeda que enfatiza a privacidade e o anonimato do utilizador. A integração do DPoW capacita a Zcash a alavancar tanto a privacidade de conhecimento zero como a segurança de rede reforçada, capitalizando a potente taxa de hash da cadeia de blocos Bitcoin.

A cada dez minutos, o sistema Komodo tira um instantâneo da sua própria cadeia de blocos. O instantâneo seria então escrito num bloco na rede da Bitcoin através de um processo referido como notarização.

A notarização ocorre quando as informações são registadas e protegidas, transferindo-as de uma cadeia de blocos para outra com uma infraestrutura de segurança resiliente. Assim, quando um instantâneo da cadeia de blocos Komodo é capturado, um backup abrangente de todo o sistema Komodo será criado e preservado dentro da cadeia de blocos Bitcoin.

Num sentido técnico, os nós notariais eleitos pela comunidade em Komodo participam numa atividade em que registram um hash de bloco de cada blockchain protegido por DPoW no livro-razão do Komodo. Este processo é conseguido através da execução de uma transação na cadeia de blocos Komodo. Os nós notariais utilizam o comando OP_RETURN, um código operacional de script especial encontrado no Bitcoin e nos seus derivados, para armazenar um único hash de bloco na cadeia de blocos Komodo. O hash do bloco armazenado serve como referência ou prova do estado das blockchains protegidas num ponto específico no tempo.

Os nós notariais selecionam um hash de bloco com dez minutos para garantir que haja um acordo unânime em toda a rede de que um bloco ainda é válido. No sistema DPoW de Komodo, embora cada rede blockchain chegue independentemente a um consenso para cada bloco, os nós notariais não participam diretamente no processo de consenso. Em vez disso, eles simplesmente registram um hash de bloco de um bloco já extraído.

Fonte: Steemit — Uma descrição detalhada de como funciona o DPoW

Após a gravação de hashes de bloco de várias cadeias do Komodo, os nós notariais iriam escrever um hash de bloco da cadeia de blocos do Komodo no livro-razão do Bitcoin. Para realizar esta atividade, uma transação Bitcoin é executada e o comando OP_RETURN é empregado para integrar os dados relevantes num bloco da cadeia Bitcoin.

Depois que o processo de notarização para Bitcoin estiver concluído, os nós notariais em Komodo transferem os dados do bloco da cadeia Bitcoin de volta para a cadeia de blocos de todas as outras cadeias protegidas dentro do sistema Komodo. Após este passo, a rede torna-se resistente a quaisquer tentativas de modificar ou reorganizar blocos que tenham sido objecto de notarização.

Este processo confere ao sistema Komodo resiliência contra ataques, permitindo-lhe reconstruir-se mesmo que a rede PoW escolhida enfrentasse adversidades.

A diferença entre PoW e DPoW

O algoritmo Proof of Work é amplamente reconhecido como a rede mais segura dentro do ecossistema blockchain. A sua estrutura desempenha um papel significativo na dissuasão de potenciais ataques, incluindo ataques distribuídos de negação de serviço (DDoS). Embora a produção de Proof of Work envolva custos substanciais, o seu processo de verificação é simples, conforme explicado no processo de mineração descrito anteriormente.

A segurança robusta inerente ao framework Proof of Work decorre do considerável investimento financeiro e poder computacional associado ao processo de mineração. O PoW depende exclusivamente do consenso da rede para validação de transações.

No entanto, estes mesmos atributos também representam uma desvantagem para o algoritmo de consenso PoW. A segurança do PoW está diretamente correlacionada com a quantidade de poder computacional dedicado a ele. Isto significa que as redes blockchain mais pequenas são inerentemente menos seguras do que as suas contrapartes maiores.

Ao contrário do PoW, o DPoW tem um propósito diferente — não é empregado para chegar a um consenso sobre novos blocos e, portanto, não é classificado como um algoritmo de consenso. Pelo contrário, funciona como um algoritmo de segurança. Uma vez que uma rede DPoW é submetida a notarização, torna-se resistente a qualquer tentativa de modificar ou reorganizar blocos. Esta característica aumenta significativamente a sua segurança, tornando-a mais resiliente contra 51% de ataques e ataques Genesis.

Dentro do mecanismo de consenso de Prova de Trabalho atrasado, existe uma característica notável que se relaciona com a validação de transações. Ao contrário das redes PoW regulares, onde a regra da cadeia mais longa é um padrão para confirmar transações, o DPoW não aplica esta regra a transações mais antigas do que o “backup” mais recente da rede blockchain. Portanto, em caso de conflitos, o mecanismo de consenso DPoW não depende da regra da cadeia mais longa; em vez disso, faz referência aos backups armazenados na blockchain PoW escolhida para determinar com precisão o histórico de transações. Esta abordagem introduz uma camada adicional de segurança e fiabilidade para a validação de transações dentro da rede blockchain.

Para comprometer uma pequena cadeia de blocos dentro do sistema do Komodo, um atacante teria de destruir:

• Todas as cópias da cadeia de blocos do Komodo
• Todas as cópias da cadeia de blocos DPoW
• A rede de segurança da blockchain PoW escolhida onde as cópias de segurança são armazenadas

Esta configuração fornece uma segurança que ultrapassa mesmo a da Bitcoin, tudo sem incorrer em custos financeiros e ambientais excessivos. A utilização do Delayed Proof of Work não só aumenta a segurança mas também introduz uma abordagem de segurança mais flexível em comparação com o mecanismo PoW. A segurança nesta rede é gerida por nós notariais, selecionados através de um voto ponderado. Estes nós têm a capacidade de mudar para outro PoW se necessário, proporcionando adaptabilidade em cenários como mudanças no poder global de mineração ou se os custos de notarização na rede atual se tornarem excessivamente altos. Esta flexibilidade garante que o DPoW mantém a segurança ao mesmo tempo que é mais adaptável do que o mecanismo PoW tradicional.

Aqui está um destaque das diferenças entre PoW e DPoW:

Conclusão

Delayed Proof of Work (DPoW), uma das variantes do mecanismo Proof of Work, é um passo adiante no sentido de reforçar a segurança da blockchain. É um método de segurança que utiliza uma cadeia de blocos secundária para validar outra cadeia através do processo de notarização. A rede é tal que resiste a qualquer tentativa de modificar ou reorganizar os blocos depois de terem sido notarizados.

Além disso, o mecanismo de segurança DPoW permite que as blockchains beneficiem da segurança de uma cadeia de blocos secundária, oferecendo uma solução prática para problemas de segurança fundamentais, particularmente para blockchains recém-estabelecidas com maior vulnerabilidade devido à sua baixa taxa de hash. Consequentemente, a introdução do DPoW serviu como um passo para o avanço e reforço da segurança das redes blockchain no espaço blockchain.

...

Nota: Este artigo é original e foi verificado quanto à precisão. Se o artigo for aceite, o artigo tem direitos de autor da Gate Learn.

Paul Nwoba

30/12/2023