Proof of Stake: O que é e como funciona nas criptomoedas?

O aspecto principal para o funcionamento das redes de criptomoedas é o algoritmo de consenso. Ou seja, o procedimento pelo qual os atores que fazem parte da rede concordam em decidir quais transações validar e incluir em cada novo bloco.

Proof of Stake (PoS) é um algoritmo de consenso. É usado por redes como Ethereum (desde setembro de 2022), BNB Chain, Polygon , Solana e Polkadot , entre outras.

A seguir, vamos nos aprofundar em como funciona o Proof of Stake, seus prós e contras, as redes em que é utilizado e outros detalhes.

O que é Prova de Participação?

Proof of Stake (PoS) é um mecanismo de consenso usado em redes descentralizadas para validar e proteger transações envolvendo criptomoedas. Ao contrário do Proof of Work (PoW), que é outro algoritmo de consenso comumente usado, o PoS não exige que os participantes usem computadores ou placas gráficas poderosas para resolver equações complexas.

Em vez de promover essa competição entre mineradores (como são chamados os nós que realizam a prova de trabalho ou PoW), o algoritmo Proof of Stake escolhe o validador de um novo bloco de transações aleatoriamente ou, em alguns casos, com base na quantidade de criptomoeda o validador possui e está disposto a “apostar” ou bloquear temporariamente como garantia. Esse processo é chamado de estaqueamento.

O objetivo do uso do PoS é melhorar a eficiência e a escalabilidade de uma rede, pois requer menos recursos computacionais – e, portanto, consome menos energia – do que o PoW.

Definição de Prova de Participação

Resumindo as ideias dos parágrafos anteriores, poderíamos definir proof of stake ou Proof of Stake como um algoritmo de consenso para proteger e validar transações em uma rede descentralizada de criptomoedas. Com esse método, o validador de um novo bloco é selecionado aleatoriamente, com um mecanismo predeterminado pelo protocolo, ou com base na quantidade de criptomoeda que o validador está disposto a bloquear temporariamente como garantia.

De qualquer forma, a escolha do validador é feita sem a necessidade de resolver problemas computacionais complexos, o que resulta em maior eficiência energética e menor dependência do poder computacional.

Diferenças com a Prova de Trabalho

No algoritmo Proof of Work, muitos computadores, placas gráficas e ASICs (Application Specific Integrated Circuits) usam seus recursos para resolver quebra-cabeças matemáticos muito complexos. Quem encontrar a solução primeiro ganha o direito de minerar um bloco.

Minerar um bloco envolve a ação de escolher as transações a serem incluídas (geralmente aquelas que oferecem mais comissões) e gerar novas moedas (6,25 bitcoins por bloco, por exemplo). Essa é a recompensa que o mineiro recebe em troca de seu trabalho.

Em vez disso, o Proof of Stake depende da posse de criptomoedas e da participação ativa dos usuários para chegar a um consenso. Nesse caso, os validadores são escolhidos aleatoriamente por meio de uma fórmula pré-determinada pelo protocolo e nenhum quebra-cabeça precisa ser resolvido.

Cada algoritmo tem suas vantagens e desvantagens, e a escolha depende dos objetivos e características específicas de cada criptomoeda e sua comunidade. Na lista a seguir, mencionamos os principais aspectos que os diferenciam.

Mecanismo de seleção: A principal diferença entre Proof of Stake e Proof of Work está em como os validadores são selecionados para adicionar novos blocos ao blockchain. No PoW, os mineradores competem para resolver problemas criptográficos complexos, e o primeiro a resolvê-lo tem o direito de adicionar o próximo bloco e receber uma recompensa. Em contraste, no PoS, os validadores são escolhidos de forma determinística e frequentemente proporcional à quantidade de criptomoeda que desejam bloquear como garantia.

· Recompensas: No PoW, os mineradores recebem recompensas na forma de criptomoeda recém-criada e taxas de transação. Seu incentivo para continuar participando da rede é ganhar essas recompensas. No PoS, os validadores são recompensados com taxas de transação, mas nenhuma nova criptomoeda é gerada.

· Segurança: A segurança em PoW vem do alto custo de realização de ataques, já que os invasores precisariam de uma grande quantidade de poder de computação para passar pela rede. No PoS, o incentivo para agir honestamente está na possibilidade de perder a quantidade de criptomoeda bloqueada em caso de comportamento malicioso.

· Eficiência Energética: PoW é criticado por seu alto consumo de energia, devido ao caráter competitivo da mineração. Em contraste, o PoS requer muito menos poder computacional e, portanto, é mais eficiente em termos de energia.

Finalmente, um aspecto mais discutível —mas também digno de nota— é a escalabilidade. As redes que usam o algoritmo PoW, como o Bitcoin, têm enfrentado desafios em termos de escalabilidade. Em parte, isso se deve à intensidade computacional necessária para resolver os quebra-cabeças.

No entanto, desenvolvimentos recentes mostraram que essa armadilha pode ser superada com tecnologias como segundas camadas, como a Lightning Network, ou cadeias paralelas, como Liquid, para seguir o exemplo do Bitcoin.

O método PoS, por não depender de poder computacional para selecionar validadores, pode ser mais escalável e permitir maior número de transações por segundo. É por isso que muitas redes que se concentram na velocidade de suas transações, como Polygon e BNB Chain, usam esse algoritmo de consenso.

Como funciona a prova de participação

O algoritmo Proof of Stake tem uma maneira específica de trabalhar que depende muito de validadores. Estes têm um papel fundamental, e claro, a sua participação é incentivada através das recompensas que a rede promove.

A operação de redes com PoS traz uma vantagem fundamental que é a eficiência. Com seus benefícios ambientais, é um ponto que não pode faltar quando se fala sobre o funcionamento desse método e suas características.

Validadores e suas funções

No algoritmo de consenso Proof of Stake (PoS), os validadores desempenham um papel fundamental. Os validadores, cujo nome completo seria “nós validadores”, são participantes que detêm e bloqueiam uma certa quantidade de criptomoeda como garantia para uma chance de serem selecionados para adicionar novos blocos à cadeia.

Ao desempenharem essa função, eles realizam uma série de tarefas essenciais:

1. Criação de Blocos: Os validadores são responsáveis por propor e criar novos blocos que contenham um conjunto de transações válidas. Quando um bloco é proposto e aceito, ele é adicionado ao blockchain existente, garantindo que as transações sejam confirmadas e registradas de forma segura e transparente.

2. Verificação das transações: Antes de incluir as transações em um bloco proposto, os validadores devem verificar a validade de cada uma delas. Trata-se de certificar-se de que cumprem as regras e protocolos da rede e de verificar se os remetentes dispõem de fundos suficientes para os realizar.

3. Seleção aleatória: Embora os validadores bloqueiem uma série de criptomoedas como garantia, em algumas redes nem todos que apostam terão o direito de criar um bloqueio. A seleção do validador é feita aleatoriamente, mas muitas vezes a probabilidade de ser selecionado aumenta com a quantidade de criptomoeda que foi bloqueada. No Ethereum, por exemplo, todos os validadores devem apostar 32 ETH e todos têm a mesma chance de serem escolhidos.

4. Assinaturas Digitais: Para adicionar um bloco à cadeia, o validador deve fornecer uma assinatura digital comprovando que é o legítimo criador do bloco. Essa assinatura garante a autenticidade e integridade do bloco e evita a manipulação maliciosa das informações.

Finalmente, deve-se notar que, embora os validadores sejam recompensados na forma de taxas de transação pelo trabalho que realizam, eles também enfrentam a possibilidade de penalidades caso se comportem maliciosamente ou não cumpram as regras da rede. Essas penalidades podem incluir a perda parcial ou total das criptomoedas bloqueadas como garantia.

Participação e recompensas

Nas redes baseadas no algoritmo de consenso Proof of Stake, os validadores têm oportunidade de participar ativamente na segurança e validação da rede, através das ações elencadas no ponto anterior.

As recompensas para os validadores por suas contribuições vêm de duas fontes. A primeira fonte de receita são as taxas de transação. Cada vez que um validador cria um novo bloco e o adiciona à cadeia, ele recebe as taxas de transação associadas às operações incluídas nesse bloco.

Essas taxas são pagas pelos usuários da rede. À medida que a rede processa mais transações, as taxas podem variar e, consequentemente, afetar as recompensas do validador, conforme gráfico abaixo.

Por outro lado, estão as recompensas de emissão. Embora no PoS não haja mineração propriamente dita e novas criptomoedas não sejam geradas, algumas redes podem implementar um mecanismo de emissão controlada de novas moedas para recompensar os validadores. É o caso do Ethereum, que atualmente tem uma emissão de cerca de 2.000 ETH por dia (embora mais ETH seja queimado por outros mecanismos, então a rede está a caminho de ser deflacionária).

Benefícios ambientais e de eficiência

O algoritmo de consenso Proof of Stake é considerado mais eficiente do que a mineração Proof of Work. A equação é simples: você não precisa de centenas ou milhares de equipamentos que consomem muita energia, mas de um nó capaz de armazenar as criptomoedas apostadas e uma cópia atualizada do blockchain correspondente.

Por esta razão, o PoS apresenta uma série de benefícios em termos de impacto ambiental e eficiência de suas funções. É que para competir efetivamente na mineração e ter a oportunidade de criar blocos há uma “corrida armamentista” de hardware, que aumenta a demanda por aparelhos caros e aumenta a geração de lixo eletrônico, além de multiplicar o consumo de energia elétrica.

Já no PoS, a seleção dos validadores é baseada em sua participação financeira, o que reduz a necessidade de hardware caro e promove maior acessibilidade e descentralização.

Tudo isto tem impacto numa menor emissão de gases com efeito de estufa e num menor consumo de recursos naturais. Em relação a este último, cabe esclarecer que o uso de energias renováveis para mineração de criptomoedas cresce ano a ano, e a portabilidade dos equipamentos facilita instalá-los praticamente em qualquer lugar e adaptá-los à oferta e demanda de cada região.

Vantagens e Desvantagens da Proof of Stake

Até agora, exploramos como o algoritmo de consenso Proof of Stake funciona no contexto de redes de criptomoedas, bem como suas diferenças com mineração ou Proof of Work e seus benefícios em termos de eficiência e sustentabilidade.

Neste capítulo, continuaremos esta jornada, mas agora com foco em uma análise detalhada das vantagens e desvantagens de adotar o algoritmo Proof of Stake.

Vantagens da Prova de Participação

Como mencionado, a principal vantagem do Proof of Stake tem a ver com seu menor consumo de energia. Graças a isso, torna-se um algoritmo de consenso mais sustentável do que a mineração de prova de trabalho.

Por outro lado, o Proof of Stake diminui as barreiras de entrada para novos validadores de uma rede. A obrigatoriedade de adquirir equipamentos de mineração que costumam ser muito caros, o staking permite ingressar como staker independente (o que ainda é caro, pois é necessário um investimento de 32 ETH —quase US$ 60.000— em Ethereum) ou por meio de um staking pool.

Nesta última opção, muitos usuários “agrupam” suas criptomoedas em um pool, geralmente gerenciado por uma empresa. Lido, Binance e Rocketpool são empresas que se destacam nessa área.

A descentralização possibilitada por esse modelo é certamente discutível. Embora seja verdade que se pode dar uma participação mais inclusiva dos utilizadores, também é verdade que as entidades (particulares, empresas, governos) que depositam mais fundos e os administradores de staking pools têm uma maior participação. O mesmo vale para grandes fazendas de mineração no modelo Proof of Work.

O que é notável é que o Proof of Stake oferece uma distribuição mais equitativa de recompensas entre os participantes da rede. Na mineração tradicional de criptomoedas, com PoW, mineradores com mais poder computacional tendem a obter mais recompensas e acumular mais influência, como pode ser visto na imagem abaixo. Isso ocorre porque eles têm mais capacidade de encontrar novos blocos.

Em vez disso, no PoS, a quantidade de recompensas é distribuída aleatoriamente, como explica o site da Ethereum Foundation . É verdade que uma mesma entidade pode ter vários validadores ao mesmo tempo, mas essa é outra questão que está além da operação do próprio algoritmo de consenso escolhido.

Outra vantagem do Proof of Stake é que não é necessário hardware caro e especializado ou de alto desempenho. Os validadores precisam apenas possuir uma carteira de criptomoedas e o número apropriado de moedas para participar, bem como um computador com armazenamento suficiente para salvar uma cópia do blockchain e sincronizá-lo permanentemente.

Esses requisitos mais baixos promovem maior acessibilidade e implicam na geração de lixo eletrônico, entre outros benefícios já mencionados.

Desvantagens da prova de participação

Embora o Proof of Stake tenha os benefícios descritos no ponto anterior, também apresenta algumas desvantagens e desafios que é importante considerar.

Um deles é a falta de liquidez dos validadores. Isso significa que as criptomoedas bloqueadas (staking) não podem ser retiradas imediatamente; Por exemplo, no Ethereum, o processo de retirada pode levar vários dias. Desta forma, os validadores ficam livres para a volatilidade do mercado e qualquer outro evento sem muita chance de reação.

Em vez disso, os mineradores Proof of Work têm suas criptomoedas a partir do momento em que mineram o bloco e ele é confirmado. A partir desse momento, eles podem fazer o que quiserem com eles.

Por outro lado, existe a possibilidade de uma entidade com poder econômico suficiente comprar mais da metade das criptomoedas em circulação para dominar a rede. Isso, chamado de “ataque de 51%”, não é tão viável em redes como Ethereum ou BNB Chain, pois demandaria uma quantia enorme de dinheiro para fazê-lo, mas é uma possibilidade em redes menores, com uma criptomoeda de menor valor. .

Finalmente, há o perigo da centralização. Se uma entidade, seja uma empresa multibilionária ou um pool de mineração, controla um número muito grande de validadores, a rede se torna menos resistente à censura. Assim, quaisquer restrições governamentais que se apliquem nos países onde essas empresas estão registradas podem afetar quais transações são aceitas e quais não são, como aconteceu com a Ethereum em 2022.

Exemplos de criptomoedas que usam Proof of Stake

Embora todas sejam derivadas do bitcoin, a criptomoeda original que mais tarde abriu as portas para todas as outras, cada uma se concentra em aspectos diferentes. Seus objetivos podem variar de serem interoperáveis entre muitos aplicativos, como a rede Ethereum e sua criptomoeda ETH, até serem rápidos e permitirem transações baratas, como BNB Chain ou Polygon.

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Fonte: https://coinmarketcap.com/

Com base em suas prioridades, os desenvolvedores de criptomoedas e suas redes escolhem um algoritmo de consenso que atenda às suas necessidades. Esses são os principais casos de criptomoedas que utilizam Proof of Stake.

Exemplos de criptomoedas que usam Proof of Stake

De acordo com o rastreador de mercado CoinMarketCap, existem mais de 1,8 milhão de criptomoedas. Claro, muitos usam Proof of Stake, já que é um dos algoritmos de consenso mais aceitos e reconhecidos por suas múltiplas vantagens.

A seguir, descreveremos os seis projetos de criptomoeda com maior capitalização de mercado (ou seja, os mais valiosos), detalhando suas principais características.

1. Ether (ETH): é uma das maiores e mais reconhecidas criptomoedas, e desde 2022 utiliza o Proof of Stake como mecanismo de consenso, buscando principalmente ser mais eficiente em termos de recursos. Tem como foco a escalabilidade e permite a construção de um ecossistema de aplicações descentralizadas interoperáveis que utilizam o ETH como “combustível” para pagamento de comissões e para transações em geral.

2. BNB: Anteriormente chamada de Binance Coin, é a criptomoeda nativa da rede que era lastreada pela exchange Binance, e que hoje tem governança própria. O BNB usa PoS como seu algoritmo de consenso para validação de bloco, mas o combina com outro chamado Proof of Authority. Assim, dá “privilégios” aos 21 validadores com mais BNB em staking, que se encarregam de propor e validar novos blocos na rede.

3. Cardano (ADA): Cardano é uma criptomoeda cujo protocolo, Ouroboros, permite que os detentores de ADA participem como validadores e deleguem seus fundos para proteger a rede e ganhar recompensas. Os staking pools desempenham aqui um papel fundamental, descritos como “nós de servidor confiáveis gerenciados por um operador (…) nos quais os detentores de ADA podem delegar sua participação”. Os grupos de participação buscam garantir que todos possam participar do protocolo, independentemente de conhecimento técnico ou disponibilidade para manter um nó funcionando.

4. Solana (SOL): Solana é uma plataforma blockchain de alto desempenho que utiliza uma versão do PoS chamada Proof of History (PoH), uma espécie de relógio criptográfico que otimiza o registro de informações no blockchain. Sua abordagem persegue a ideia de obter uma confirmação rápida das transações e uma maior capacidade de processar um grande número de operações em paralelo.

5. Tron (TRX): Tron usa o algoritmo de consenso Delegated Proof of Stake, no qual os usuários podem delegar suas criptomoedas a validadores de sua escolha; em troca, eles recebem recompensas. Com sua criptomoeda TRX, a Tron foca em formar um ecossistema útil para o dia a dia, baseado na escalabilidade e adaptabilidade de seus aplicativos.

6. Polygon (MATIC): Polygon, anteriormente conhecido como Matic Network, é uma solução de dimensionamento para Ethereum, mas possui sua própria rede, que usa PoS como seu algoritmo de consenso. O Polygon permite transações mais rápidas e menos dispendiosas do que muitas redes e até conseguiu suporte para contratos inteligentes Ethereum por meio de desenvolvimentos como o Polygon zkEVM, uma solução de dimensionamento lançada em outubro de 2023.

Vantagens de usar o Proof of Stake nessas criptomoedas

Criptomoedas como Ethereum, BNB, Cardano, Solana, Tron e Polygon, entre muitas outras, se beneficiam das vantagens do Proof of Stake em termos de eficiência energética, escalabilidade, segurança e sustentabilidade ambiental.

Ao adotar o PoS, essas redes reduzem drasticamente o consumo de energia em comparação com o algoritmo Proof of Work. Esse recurso permite que essas criptomoedas operem com mais eficiência energética e diminuam significativamente sua pegada de carbono, tornando-as opções mais ecológicas e sustentáveis.

Outra vantagem importante do PoS é sua maior escalabilidade. Ao eliminar a concorrência de mineração, o PoS permite que essas criptomoedas processem mais transações por segundo com mais rapidez e eficiência. Ao basear a seleção do validador no número de criptomoedas bloqueadas, em vez do poder de computação, essas redes podem ser dimensionadas mais facilmente à medida que o número de usuários e transações aumenta. Isso se traduz em uma melhor experiência e uma rede mais rápida e suave.

Todas essas vantagens são complementadas pelo fato de que as redes ainda são seguras. Por um lado, sua segurança é baseada no fato de que os validadores têm incentivos econômicos suficientes para não agir deliberadamente com malícia. É mais conveniente e menos arriscado para eles ajudar a manter a rede funcionando normalmente.

Além disso, ataques computacionais externos, como o ataque de 51%, são caros e impraticáveis. Caso ainda ocorram, os validadores honestos podem bifurcar a rede e criar uma nova, da qual os validadores malvados não participam.

O futuro da prova de participação

Com todos os itens acima, o Proof of Stake se posicionou como um algoritmo de consenso amplamente aceito na comunidade de usuários e desenvolvedores. Na verdade, é usado pela rede com mais aplicativos e usuários do mundo, Ethereum.

Agora, o que o futuro reserva para esse mecanismo de consenso? Veremos na próxima seção.

Potencial de prova de participação no futuro

Proof of Stake (PoS) é considerado por muitos como um algoritmo de consenso com potencial significativo para impulsionar o futuro da criptomoeda e da tecnologia blockchain.

À medida que aumenta o interesse em eficiência energética e sustentabilidade ambiental por parte de reguladores e empresas em todo o mundo, o PoS surgiu como uma alternativa favorável ao Proof of Work (PoW) mais tradicional.

O PoS tornou-se o “favorito” destes players devido ao seu menor impacto ambiental. É exatamente o contrário do que acontece com o Proof of Work, que alguns países olham com desconfiança e começam a regulamentar cada vez mais. Outros, como a China, o proíbem completamente.

Por outro lado, também há apoio e aceitação do PoS que se evidencia na crescente demanda de participação como validadores nas redes que o utilizam. Um exemplo proeminente é o Ethereum, com mais de meio milhão de validadores esperando sua vez de apostar no Ethereum diariamente, de acordo com um relatório do final de maio de 2023.

Mas a “popularidade” do Proof of Stake se estende além do Ethereum. Outras criptomoedas como Cardano, Solana, Tron e Polygon também o utilizam e demonstram seus benefícios em termos de escalabilidade e eficiência. Sua crescente base de usuários e investidores se traduz em uma capitalização que atinge cifras cada vez maiores.

Desafios e possíveis soluções

O caminho que o Proof of Stake tem percorrido deixou bem claras as suas vantagens e as suas potencialidades para o futuro, explicadas no ponto anterior. Agora, algumas questões também se abrem em relação aos desafios que surgiram.

Uma delas tem a ver com a centralização. Foi explicado anteriormente que algumas entidades acumulam um grande número de validadores em redes como a Ethereum. Como têm muitos validadores, ganham mais recompensas do que os outros e, se os reinvestirem, obtêm mais validadores; isso alimenta um círculo vicioso que pode terminar em uma rede controlada por poucos.

Outro problema no caso do Ethereum é o crescimento do número de validadores. Essa superlotação multiplica as mensagens e as camadas de trabalho na rede, o que aumenta os requisitos de armazenamento e processamento de dados para os outros nós.

Finalmente, outras redes são desafiadas pelos “privilégios” de alguns nós validadores. Por exemplo, na rede BNB Chain, quem poderia “destronar” os 21 principais validadores (aqueles que validam as transações) se vários deles são controlados pela própria equipe de desenvolvimento da rede?

Conclusões

O algoritmo de consenso Proof of Stake surgiu e se posicionou como uma opção promissora e revolucionária no mundo das criptomoedas. Seu foco na participação financeira dos validadores e sua eficiência energética serviram para chamar a atenção de reguladores e investidores, tornando-se o “pioneiro” na corrida por uma tecnologia blockchain mais sustentável e verde.

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