Consensos Blockchain simplificados: Proof of Work vs Proof of Stake

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Quando comecei a escrever sobre blockchain, lembro-me de ter dito num dos meus primeiros textos: “a verdadeira beleza do protocolo blockchain é que não existe uma autoridade central (…) Por isso se diz que o protocolo blockchain é descentralizado. A legitimidade da informação ou transação é definida por (mecanismos de) consenso.”

Hoje, cerca de um mês e pouco depois, não poderia estar mais de acordo.

A beleza de soluções descentralizadas é cada vez mais obvia e a sua existência está cada vez mais próxima de ser a regra e não a excepção.

O que eu há um mês atrás não sabia explicar ainda, era o que estava por trás desses mecanismos de consenso. Nem que eles tinham implicações bem maiores do que eu pensava.

Hoje vamos explorar este tema.

Comecemos por recapitular alguns conceitos básicos sobre Proof of Work (PoW) – o mecanismo de consenso por trás do protocolo Bitcoin.

(Para os que não sabem o que é PoW nem como são validadas as transações no protocolo Bitcoin escrevi extensivamente sobre o assunto num artigo com duas partes: Parte 1 e Parte 2).

  1. Miners gastam electricidade para adicionarem um novo bloco à rede.
  2. Miners desejam Block Rewards e Transaction Fees como recompensa do seu trabalho.
  3. Para conseguirem o que desejam precisam ser honestos (não podem tentar enganar a rede com falsas transações. Se o fizerem, os seus blocos serão rejeitados e não receberão as recompensas).

Esta é a estrutura de incentivos do mecanismo PoW que garante que os miners fazem o seu trabalho honestamente e, por consequência, que não seja necessária uma Entidade Central para garantir o normal funcionamento da rede.

A ideia da não existência de uma Autoridade Central é, no mínimo, interessante. Mas garantir um sistema de incentivos que o permita é muito mais complexo do que parece.

Se pensarmos bem sobre o assunto, tem muito que se lhe diga. Vamos ver.

Existem outros mecanismos de consenso diferentes, que garantem igualmente o honesto funcionamento de outros protocolos blockchain. Tal como PoW, eles são o pilar para que a rede possa funcionar de forma descentralizada.

Uma das críticas ao mecanismo PoW, entre várias, é que a quantidade de electricidade gasta neste processo prejudica gravemente o ambiente e tem tendência a aumentar cada vez mais, especialmente se se verificar a adopção global da bitcoin.

Como resposta, surgiu o mecanismo Proof of Stake (PoS), provavelmente o mais conhecido depois de PoW.

Este mecanismo, permite aos detentores da moeda (ou token) de um protocolo blockchain, o bloqueio de um determinado montante – em inglês este montante é denominado de stake e daí o nome Proof of Stake.

A partir do momento em que é bloqueado esse stake, essa pessoa é elegível para começar a validar transações.

Mas como funciona? E qual o incentivo para validar transações?

Como vimos com PoW, para garantir o funcionamento de uma rede descentralizada, é preciso que exista uma estrutura de incentivos muito bem pensada. Caso contrário não existirá motivação suficiente para fazer funcionar a rede ou, pior ainda, poderão existir incentivos para ser desonesto e corromper a rede.

No mecanismo PoS, o incentivo é receber fees pelas transações validadas. E o incentivo para não sermos desonestos é que se tentarmos enganar a rede com transações falsas, perdemos o valor total do stake que comprometemos, ou bloqueámos.

Diferentes protocolos podem implementar diferentes versões do mecanismo PoS. Alguns podem por exemplo incluir block rewards, tal como no mecanismo PoW. Mas regra geral, o incentivo nos mecanismos PoS são apenas os fees das transações.

A maior semelhança entre PoW e PoS está provavelmente no facto de ambos se basearem num jogo de probabilidades.

No mecanismo PoW, quanto melhor o meu hardware e consequentemente o meu hashing power, maior a probabilidade de eu conseguir a minha recompensa.

Para os mais esquecidos, a resolução dos puzzles criptográficos do mecanismo PoW é sobre “adivinhar” o nonce que garante um bloco válido. Este processo é feito através de tentativa e erro. Assim, quanto maior o meu poder computacional, maiores as minhas probabilidades de sucesso.

Da mesma forma, no mecanismo PoS, a probabilidade de alguém ser selecionado para validar a próxima transação e assim receber as transaction fees, é proporcional ao valor do seu stake. Assim, quanto maior o stake, maior o retorno.

Como podemos observar, a teoria por trás dos dois mecanismos é semelhante.

No entanto, no mecanismo PoS não existe a necessidade de poder computacional para resolver puzzles criptográficos e o inerente consumo de energia.

Por isso se diz ser uma solução mais amiga do ambiente e uma alternativa ao mecanismo PoW.

Exploremos agora um pouco mais as motivações por trás do mecanismo PoS.

A primeira, como acabámos de ver, está relacionada com o consumo de energia e a poluição do meio ambiente.

Outra motivação é a maior penalização económica, em teoria, para um comportamento desonesto no mecanismo PoS – o que significa um mecanismo mais justo.

Por exemplo, se um miner tentar validar blocos e transações desonestas num protocolo regido por um algoritmo PoW, o que esse miner tem a perder é a eletricidade gasta no processo. O hardware – que é a outra parte dos seus custos ou do seu comprometimento – não se perde.

Por outro lado, no mecanismo PoS, um interveniente que tente enganar a rede tem tudo a perder. O montante da sua perda é igual ao total do seu comprometimento – do seu stake.

Finalmente, a derradeira motivação por trás do mecanismo PoS é a questão da descentralização.

Existe um constante debate sobre qual dos mecanismos é mais descentralizado. Sendo um debate, existem naturalmente duas opiniões diferentes.

O principal argumento dos defensores do mecanismo PoS é que, neste mecanismo, alguém com um stake de 100 tem 100 vezes mais chances de validar uma transação do que alguém com um stake de 1.

As chances de retorno são diretamente proporcionais ao montante do stake.

No entanto, dizem, no mecanismo PoW, o mesmo não acontece. Devido a economias de escala, um poder de compra de 100 corresponde a uma probabilidade de validar uma transação superior a 100.

Isto porque a proporção não é linear. Vejamos os gráficos abaixo.

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Imaginemos, para facilitar, que um poder computacional de 1 custa 1€. No entanto, com 100€ não compraríamos um poder computacional de 100 mas sim de 150, por exemplo, devido aos descontos na compra de grandes quantidades.

Por isso, os defensores de PoS dizem que o seu mecanismo é mais justo, uma vez que as economias de escala presentes no mecanismo PoW fazem com que a relação entre dinheiro investido, ou comprometido, e o retorno financeiro não seja linear.

Esta não linearidade da estrutura de incentivos do mecanismo PoW conduzirá mais rapidamente ao acentuar das diferenças entre miners. Os ricos ficarão mais ricos e os pobres mais pobres. O poder ficará cada vez mais nas mãos de uma minoria.

Para terminar, importa dizer que, até hoje, nenhum mecanismo de consenso se revelou perfeito.

O objetivo deste texto é expandir a nossa perspectiva sobre o tema e permitir que pensemos por nós próprios sobre o assunto, uma vez que ele é muito mais que uma questão meramente técnica.

O mecanismo PoS, por exemplo, é também alvo de várias críticas.

Apesar de, como vimos, eliminar o problema de economias de escala do mecanismo PoW, a verdade é que também ele favorece aqueles que já têm maior poder financeiro e capacidade de comprometimento de capital.

Quanto maior o valor do stake, maior será o retorno. E assim, a tendência é que, de igual forma, exista um acentuar das diferenças e do poder entre os participantes do protocolo.

Mas é isto um problema?

Mais do que tudo, é uma questão ideológica. E não apenas uma questão técnica.

De uma perspetiva ideológica, podemos argumentar que o capital deve ser distribuído de forma mais igualitária. Por outro lado, quanto mais capital uma pessoa compromete, a mais risco ela se expõe e deixa naturalmente de poder usar esse capital.

Risco e impossibilidade de usar o capital devem ser recompensados na minha perspectiva.

Não quero com este texto dar respostas claras: sim ou não. Preto ou branco. O assunto aqui discutido está longe de ser simples.

O importante é desenvolvermos uma sólida compreensão e um feeling próprio sobre o tema, para juntos podermos discutir e decidir o melhor caminho e soluções

Pensar por nós mesmos. “É o mecanismo PoS justo?” Se sim, perguntar-mo-nos: “porquê? e quais serão os contra-argumentos?” Se não, perguntar-mo-nos: “o que seria mais justo então?”

Outros mecanismos de consenso existem. Delegated Proof of Stake e Proof of Importance são dois exemplos.

Este é um tópico que me fascina e pretendo voltar a escrever sobre ele no futuro.

A magia do protocolo blockchain e das suas soluções descentralizadas está na possibilidade de re-desenharmos algumas coisas com com as quais não concordamos no Mundo centralizado em que vivemos hoje.

6 opiniões sobre “Consensos Blockchain simplificados: Proof of Work vs Proof of Stake

  1. Ótimo texto como é seu apanágio. Proof-of-Brain?

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    1. Obrigado Dário. Proof-of-Study!

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  2. Bom texto…obg 🙂 O próximo poderia tocar o tema dos Masternodes 🙂 As pools de POS vão resolver o problema dos pequenos stakes. Parabéns pela iniciativa !

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    1. Obrigado Hugo – sim quero explorar esse tópico e escrever sobre ele também. Já agora, aproveito para lançar o desafio: guest posts! Teria muito gosto em publicar textos de outras pessoas. Por que não? 😉 Fica a dica.

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      1. Dica registada 🙂
        Ha muitos temas interessantes que podem e devem ser explicitados .. a questão do anonimato das moedas e os protocolos envolventes ( o que são e como funcionam .. ex zerocoin protocol… etc )
        Ha de facto muita matéria suscetível de uma análise cabal que , ao ser transmitida ao público em geral vai permitir que o mergulho dentro desta área seja mais profundo e oxigenado 🙂 Ab e Obg pela dedicação a esta causa

        Liked by 1 person

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