Prova de trabalho atrasada (dPoW): a solução para problemas de segurança fundamental do Blockchain

Introdução

Prova de Trabalho Atrasada (dPoW) é um protocolo de segurança desenvolvido pela Komodo, um provedor de tecnologia de código aberto. Este mecanismo de segurança baseia-se na Prova de Trabalho (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 necessário primeiro compreender o funcionamento da Prova de Trabalho (PoW) e as razões por trás do seu reconhecimento como o principal método para proteger 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 plenamente a lógica por trás da introdução da Prova de Trabalho atrasada (dPoW) e as vantagens que ela oferece.

Compreendendo a Prova de Trabalho Atrasada (dPoW)

Fonte: GitBook

Prova de Trabalho Atrasada (dPoW) é um mecanismo de consenso de segurança secundário projetado para aprimorar o mecanismo convencional de Prova de Trabalho empregado por vários blockchains, incluindo exemplos notáveis como Bitcoin.

O dPoW foi projetado para proteger o blockchain contra ataques de 51% que representam uma ameaça à integridade da rede. Isso 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 economicamente atacar a rede.

Komodo é a primeira plataforma blockchain a introduzir o uso de Prova de Trabalho Atrasada como mecanismo de consenso. Para saber mais, confira nosso artigo anterior sobre Prova de Trabalho Atrasada. O artigo atual analisa mais de perto o aspecto técnico do DPoW.

Uma discussão fundamental sobre segurança Blockchain

A força do blockchain reside nas suas rígidas medidas de segurança, aspecto fundamental que sustenta a sua estrutura descentralizada.

Blockchain emprega métodos criptográficos para proteger as 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 detalhadamente a segurança do blockchain, é crucial ter uma compreensão clara dos mecanismos de consenso.

O que é um mecanismo de consenso?

Fonte: Canto C#

Blockchain opera como um sistema descentralizado peer-to-peer que exige que as decisões sejam tomadas sem um líder central ou figura de autoridade. A chave para alcançar isto reside no “Mecanismo de Consenso”.

Ao contrário dos sistemas centralizados, onde um administrador central supervisiona o gerenciamento e as atualizações do banco de dados, os sistemas descentralizados distribuem essa 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 do blockchain em uma única fonte de verdade. O mecanismo de consenso garante que todos os nós concordem com a legitimidade de uma transação. Assim que esta transação for aprovada por todos os nós, ela será registrada no blockchain.

As redes Blockchain empregam vários consensos, todos servindo ao propósito comum de garantir a precisão e a honestidade dos registros. Entre as opções mais prevalentes estão os mecanismos de consenso de Prova de Trabalho e Prova de Participação.

O Mecanismo de Consenso de Prova de Trabalho (PoW)

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

A Prova de Trabalho opera como um algoritmo ou sistema que exige um esforço computacional significativo para dissuadir ou eliminar usuários 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 vinculado a cada bloco. Este processo comumente referido como “mineração” geralmente é realizado por computadores poderosos. O mineiro que primeiro resolver o problema com sucesso recebe uma recompensa em criptomoeda.

A implementação da Prova de Trabalho serve como um meio de garantir um banco de dados consistente em uma rede blockchain. Criptomoedas como Bitcoin e Litecoin dependem do mecanismo de Prova de Trabalho. Porém, sua maior limitação é o alto poder computacional necessário para minerar blocos.

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

O que é gasto duplo?

Fonte: Bitpanda — O problema do gasto duplo e como o protocolo Bitcoin resolve isso

O problema do “gasto duplo” refere-se à capacidade dos computadores de duplicar informações indefinidamente. Esta questão é particularmente relevante quando se trata de valor financeiro, que envolve o registo do proprietário, o momento da posse e a carteira onde o valor está armazenado. É crucial que, ao transferir 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 da Prova de Trabalho foi elaborado para enfrentar o desafio do gasto duplo. Na rede Bitcoin, os mineradores executam prova de trabalho cada vez que um novo bloco é adicionado ao blockchain. Para adicionar um novo bloco à cadeia de blocos, os mineradores de todo o mundo precisariam se envolver em um jogo de adivinhação aleatório para encontrar a senha do bloco para verificação.

Esta senha é imprevisível e só pode ser adivinhada. Para quebrar esta senha difícil, o mecanismo de consenso força os mineradores a competir pelo direito de extrair um novo bloco válido. Portanto, numa rede PoW, um minerador não pode criar imediatamente um novo bloco válido e reivindicar uma recompensa; eles devem competir realizando primeiro o trabalho necessário. Esse processo competitivo é o que deu origem ao título do mecanismo de consenso do protocolo Bitcoin, Prova de Trabalho (PoW).

Características do Mecanismo de Consenso PoW

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

• Uma característica central do mecanismo de Prova de Trabalho (PoW) é a sua ênfase na segurança. Este sistema é 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, a Prova de Trabalho se destaca como o mecanismo de consenso mais seguro no ecossistema blockchain.
• No contexto da Prova de Trabalho, qualquer mau comportamento por parte de um mineiro pode levar à proibição de tentar adicionar novos blocos no futuro. Além disso, é altamente desafiador para um minerador atacar o sistema PoW. Por exemplo, a tentativa de criar transações fraudulentas exigiria que um mineiro controlasse mais de 51% da energia da rede, o equivalente a centenas de milhares de milhões de dólares em hardware atualmente. E isso é praticamente impossível.
• Dentro do mecanismo de Prova de Trabalho, os mineradores divulgam detalhes da transação ao adicionar novos blocos à rede. Posteriormente, outros nós da rede verificam de forma independente a transação para garantir que os ativos transferidos não foram gastos duas vezes.

Esses recursos representam apenas algumas das contribuições que o mecanismo de Prova de Trabalho fez para a rede Bitcoin. No entanto, apesar de ser reconhecido como o mecanismo mais seguro no espaço blockchain, não é isento de desvantagens, que iremos aprofundar mais adiante neste artigo.

O que é Prova de Trabalho Atrasada (dPoW)?

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

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

Como funciona o dPoW?

Vamos considerar Komodo como um estudo de caso.

Fonte: FPX Russia on X App — Uma análise detalhada de como o Komodo Security Service protege contra ataques de 51%

Komodo desenvolveu e implementou o mecanismo de segurança dPoW no código do Zcash (ZEC), uma criptomoeda que enfatiza a privacidade e o anonimato do usuário. A integração do dPoW permite que a Zcash aproveite tanto a privacidade de conhecimento zero quanto a maior segurança de rede, capitalizando a potente taxa de hash da blockchain Bitcoin.

A cada dez minutos, o sistema Komodo tira um instantâneo da sua própria blockchain. O instantâneo seria então gravado em um bloco na rede Bitcoin por meio de um processo conhecido como reconhecimento de firma.

A notarização ocorre quando as informações são registradas e protegidas por meio da transferência de uma blockchain para outra com uma infraestrutura de segurança resiliente. Portanto, quando um instantâneo do blockchain Komodo for capturado, um backup abrangente de todo o sistema Komodo será criado e preservado no blockchain Bitcoin.

Em um sentido técnico, os nós notariais eleitos pela comunidade em Komodo se envolvem em uma atividade onde registram um hash de bloco de cada blockchain protegido por dPoW no livro-razão de Komodo. Este processo é conseguido através da execução de uma transação na blockchain Komodo. Os nós notariais usam o comando OP_RETURN, um opcode de script especial encontrado no Bitcoin e seus derivados, para armazenar um único hash de bloco no blockchain Komodo. O hash do bloco armazenado serve como referência ou prova do estado dos blockchains protegidos em um momento específico.

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 do processo de consenso. Em vez disso, eles simplesmente registram um hash de bloco já extraído.

Fonte: Steemit – Uma descrição detalhada de como funciona o dPoW

Após a gravação de hashes de bloco de várias cadeias Komodo, os nós notariais escreveriam um hash de bloco da blockchain 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 em um bloco na cadeia Bitcoin.

Após a conclusão do processo de reconhecimento de firma do Bitcoin, os nós notariais no Komodo transferem os dados do bloco da cadeia Bitcoin de volta para o blockchain de todas as outras cadeias protegidas dentro do sistema Komodo. Seguindo esta etapa, a rede torna-se resistente a qualquer tentativa de modificação ou reorganização de blocos que tenham sido autenticados.

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

A diferença entre PoW e dPoW

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

A segurança robusta inerente à estrutura de Prova de Trabalho decorre do considerável investimento financeiro e do poder computacional associado ao processo de mineração. 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 redes blockchain menores são inerentemente menos seguras do que suas contrapartes maiores.

Em contraste com o PoW, o dPoW tem um propósito diferente – não é empregado para chegar a consenso sobre novos blocos e, portanto, não é classificado como um algoritmo de consenso. Em vez disso, funciona como um algoritmo de segurança. Depois que uma rede dPoW passa por reconhecimento de firma, ela se torna resistente a qualquer tentativa de modificação ou reorganização de blocos. Essa característica aumenta significativamente sua segurança, tornando-o mais resiliente contra ataques de 51% e ataques Genesis.

Dentro do mecanismo de consenso de Prova de Trabalho atrasada, há um recurso notável relacionado à 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 anteriores ao “backup” mais recente da rede blockchain. Portanto, em caso de conflitos, o mecanismo de consenso dPoW não se baseia na Regra da Cadeia Mais Longa; em vez disso, ele faz referência aos backups armazenados no blockchain PoW escolhido para verificar com precisão o histórico de transações. Esta abordagem introduz uma camada adicional de segurança e confiabilidade para validação de transações dentro da rede blockchain.

Para comprometer uma pequena blockchain dentro do sistema Komodo, um invasor precisaria destruir:

• Todas as cópias do blockchain da Komodo
• Todas as cópias do blockchain dPoW
• A rede de segurança do blockchain PoW escolhido onde os backups são armazenados

Esta configuração proporciona uma segurança que supera até mesmo a do Bitcoin, tudo sem incorrer em custos financeiros e ambientais excessivos. A utilização da Prova de Trabalho Atrasada não apenas melhora a segurança, mas também introduz uma abordagem de segurança mais flexível em comparação com o mecanismo PoW. A segurança nesta rede é gerenciada por nós notariais, selecionados por meio de votação ponderada. Esses nós têm a capacidade de mudar para outro PoW, se necessário, proporcionando adaptabilidade em cenários como mudanças no poder de mineração global ou se os custos de reconhecimento de firma na rede atual se tornarem excessivamente altos. Essa flexibilidade garante que o dPoW mantenha a segurança e seja mais adaptável do que o mecanismo PoW tradicional.

Aqui está um destaque das diferenças entre PoW e dPoW:

Conclusão

Prova de Trabalho Atrasada (dPoW), uma das variantes do mecanismo de Prova de Trabalho, é um passo adiante no sentido de melhorar a segurança do blockchain. É um método de segurança que utiliza um blockchain secundário para validar outra cadeia por meio do processo de reconhecimento de firma. A rede é tal que resiste a qualquer tentativa de modificação ou reorganização dos blocos após terem sido autenticados.

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

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Nota: Este artigo é original e foi verificado quanto à precisão. Se o artigo for aceito, os direitos autorais do artigo serão da Gate Learn.

Paulo Nwoba

30/12/2023