Mecanismos de Consenso de Blockchain: Guia Completo 2025

Mecanismos de Consenso de Blockchain: Um Guia Completo 2025

O mecanismo de consenso é um elemento-chave do funcionamento de qualquer blockchain. Com sua ajuda, os participantes da rede concordam em qualquer questão: adicionar novos dados, confirmar transações, atualizar a rede, garantindo sua segurança, confiabilidade e imutabilidade.

O primeiro mecanismo de consenso foi o PoW, que alimenta o blockchain do Bitcoin. Até 2025, muitos outros mecanismos foram criados para resolver os problemas de escalabilidade e descentralização. Neste artigo, discutiremos em detalhes os mecanismos de consenso existentes e como eles funcionam.

Tipos básicos de consenso

Prova de Trabalho (PoW)

Como já mencionado, o primeiro mecanismo de consenso que lançou as bases para as redes blockchain. Prova de trabalho significa que cálculos matemáticos complexos precisarão ser realizados para manter o blockchain funcionando. Esses “exemplos” são resolvidos usando poder de computação: mineradores ASIC, GPUs e placas de vídeo.

O mecanismo PoW tem um alto nível de segurança. Todos os dispositivos que realizam cálculos não estão concentrados em um só lugar. Isso pode ser feito tanto por empresas quanto por pessoas comuns em todo o mundo. Se um dispositivo em algum lugar parar de funcionar, o blockchain será suportado por outros. A única coisa que pode mudar é o tamanho da taxa de confirmação da transação.

No entanto, este mecanismo de consenso também tem as suas desvantagens:

●     Custos de energia. Os dispositivos consomem uma quantidade enorme de eletricidade. A maior parte dos lucros da mineração será destinada ao pagamento de contas;

●     Como a rede só pode se expandir quando novos dispositivos são adicionados, o algoritmo PoW não é bem dimensionado. Novos mineradores ASIC não podem aparecer o tempo todo. Nesse sentido, no momento de alta volatilidade do mercado, blockchains com o algoritmo PoW apresentam taxas maiores.

Prova de Participação (PoS)

O próximo algoritmo de consenso mais popular é o PoS. Não há mais a mineração usual, mas há o staking - uma maneira de minerar moedas neste algoritmo de consenso, e é assim que acontece: um usuário de blockchain deve ter um número suficiente de moedas de rede em sua conta - neste caso, ele pode se tornar um validador de rede. O validador bloqueia suas moedas para garantir o funcionamento da rede, e passa a verificar e confirmar transações, além de ser responsável por adicionar novos blocos, pelos quais recebe recompensas em moedas da rede. A quantidade de recompensa recebida depende das moedas inicialmente congeladas: quanto mais você congela, mais você recebe.

Vantagens:

●     Escalabilidade. Qualquer um pode se tornar um validador de blockchain simplesmente comprando suas moedas em uma carteira e depois congelando-as;

●     Eficiência energética. Com o PoS, tudo será feito em um PC, o que não consome muita energia.

A desvantagem mais importante do algoritmo PoS é a possibilidade de centralização excessiva, especialmente em redes pequenas. Um investidor com um grande capital pode muito bem se tornar o maior validador na rede de um projeto com uma pequena capitalização. Se isso acontecer, o validador ganhará controle sobre a confirmação das transações. Por exemplo, ele poderia reverter suas próprias transações (gasto duplo) enviando fundos para um endereço e então criando um blockchain alternativo para onde esses fundos não seriam enviados.

Principais diferenças entre PoS e PoW

1. Consumo de energia. O algoritmo PoW exige muita energia para ser mantido, e você também precisa cuidar da dissipação de calor porque os dispositivos operam 24 horas por dia, 7 dias por semana. O PoS não tem esse problema: apenas um PC pode funcionar;

2. Segurança. O PoW vence aqui, porque no mecanismo de consenso do PoS é muito mais fácil obter controle sobre o blockchain;

3. Escalabilidade. O PoS é mais escalável devido à menor latência e está disponível para qualquer um que queira comprá-lo, bastando para isso comprar as moedas necessárias.

Compromissos

A escolha entre PoW e PoS depende dos objetivos do projeto: PoW é adequado para redes descentralizadas e seguras, enquanto PoS é mais adequado às necessidades de blockchains empresariais.

No entanto, há muitos exemplos de mecanismos PoS no mercado, e o mais famoso é o Ethereum. Sim, o blockchain do projeto foi alterado de PoW para PoS apenas em 2022, mas tempo suficiente já passou e a rede Ethereum continua funcionando corretamente.

Modelos baseados em autoridade

Prova de Autoridade

Um mecanismo interessante que permite adicionar novos validadores somente após a aprovação dos existentes. Além disso, a aprovação só ocorre após o requerente verificar sua identidade. Os primeiros validadores da rede foram escolhidos pelos desenvolvedores da rede. Os validadores são recompensados em criptomoedas por adicionar novos blocos.

As vantagens do PoA são as mesmas do algoritmo PoS. Mas há uma desvantagem significativa: adicionar novos validadores somente após a concordância dos antigos. Entre eles pode haver “pessoas peculiares” que não concordarão em adicionar pessoas normais, mas, por exemplo, podem adicionar seus conhecidos, com quem podem surgir problemas no futuro.

Prova de Participação Delegada

O mecanismo de consenso significa que grandes detentores de tokens podem delegar seu direito de ser um validador de rede a outros participantes confiáveis da rede – delegados. Os delegados também podem ser chamados de testemunhas e são responsáveis por chegar a um consenso durante o processo de criação e verificação de novos blocos.

A desvantagem é que grandes detentores de tokens (baleias) têm mais influência na seleção de delegados, o que pode levar à formação de um "grupo de elite" de validadores.

Exemplos de uso

●     PoA: Usado em blockchains empresariais como VeChain;

●     DPoS: Usado em projetos EOS e TRON.

Métodos alternativos de consenso

Tolerância a falhas bizantinas

O princípio de operação do mecanismo BTC é que ele é implantado em uma rede com um número conhecido de validadores: não pode haver mais do que um número pré-determinado. Também exige que cada transação seja verificada por um certo número de validadores. Exemplos: Tendermint, Hyperledger Fabric.

Prova de Queimadura

Um mecanismo bastante experimental: para se tornar um validador em uma rede PoB, você precisa “queimar” alguns tokens, ou seja, enviá-los para um endereço não utilizado, onde não podem ser acessados. Quanto mais tokens forem queimados, maior a chance de se tornar um validador de rede. Essa abordagem comprova o desejo do solicitante de assumir o papel de validador perante outros participantes da rede. Exemplos: Counterparty, Slimcoin.

Prova de Capacidade

O PoC depende do espaço de armazenamento disponível dos participantes da rede para validar blocos e criar novos. O mecanismo não ganhou grande popularidade entre as criptomoedas: o primeiro projeto com PoC Burstcoin foi criado em 2014 e, desde então, não mais do que 5 outros surgiram com o mesmo algoritmo de consenso.

Prova de Tempo Decorrido

O algoritmo gera um tempo de espera aleatório para cada nó na rede blockchain, e cada nó deve dormir durante esse tempo. O nó com o menor tempo de espera acorda primeiro e obtém o direito de adicionar um novo bloco ao blockchain e receber uma recompensa. Exemplo: Hyperledger Sawtooth.

Novos mecanismos de consenso

Prova de atividade

Este mecanismo combina dois mecanismos – PoW e PoS. Sua essência é a seguinte: os blocos PoW são gerados junto com os blocos PoS, ou seja, o blockchain consiste em blocos de ambos os tipos. Primeiro, o trabalho é feito pelos mineradores PoW e depois o bloco é finalizado pelos detentores de PoS. O objetivo do algoritmo é aumentar o nível de proteção contra ataques potenciais, como ataques de 51% ou negação de serviço (DoS). Exemplos: YaCoin, NovaCoin, EmerCoin.

Prova de Peso

O mecanismo tem uma implementação extremamente interessante: quanto mais moedas um participante da rede tiver em sua carteira, maior será seu “peso”, o que significa que ele é mais digno de adicionar um bloco à cadeia. Nem é preciso dizer que o mecanismo PoW não tem grande demanda no setor de criptomoedas devido ao alto limite de entrada para novos mineradores. Exemplo: Algorand.

Prova de Importância

No mecanismo PoI, um participante da rede deve provar sua importância: aqui não é tão importante quantas moedas estão congeladas, mas a atividade de rede do participante é muito mais importante. O validador deve ter uma boa reputação (determinada por um sistema especial separado), um grande número de transações de entrada e saída, bem como um número razoável de moedas descongeladas. Dessa forma, a rede determina o membro mais útil da rede e permite que ele adicione um novo bloco. Exemplo: NEM.

Prova de Participação Locada

Esse algoritmo é semelhante a pools que reúnem fundos para staking ou mineração para aumentar as chances de receber uma recompensa. Somente no caso de LPoS não há necessidade de procurar pools - tal mecanismo é incorporado ao consenso: pequenos detentores de moedas podem alugá-las para grandes nós. Curiosamente, as moedas de aluguel aumentam o “peso” de um nó, dando a ele uma chance maior de adicionar um novo bloco à cadeia. As moedas alugadas permanecem na posse do proprietário e podem ser retiradas a qualquer momento. Exemplo: Ondas.

Comparação técnica

Eficiência energética

Os mecanismos PoW e PoS já foram discutidos, mas se os compararmos com alguns outros mecanismos:

●     PoC: utiliza o espaço de armazenamento disponível, tornando-o mais eficiente em termos de energia do que PoW;

●     PoET: minimiza o consumo de energia definindo um tempo de espera aleatório para validadores.

Escalabilidade

●     O PoW não é bem dimensionado devido às limitações na taxa em que novos dispositivos podem ser adicionados e às altas latências;

●     O PoS é mais flexível: qualquer pessoa com moedas suficientes pode se tornar um validador;

●     O DPoS demonstra alto rendimento devido ao número limitado de delegados.

Aspectos de segurança

●     O PoW fornece um alto nível de segurança devido à descentralização do poder computacional. Entretanto, um ataque de 51% é possível com uma concentração de recursos significativos;

●     O PoS está sujeito a riscos de centralização, especialmente em redes menores, onde grandes investidores podem controlar uma grande parte da rede;

●     O PoA é vulnerável a erros humanos: a escolha dos validadores pode depender de uma decisão subjetiva.

Níveis de descentralização

●     PoW: altamente descentralizado, pois os dispositivos são distribuídos por todo o mundo;

●     PoS: a centralização é possível se grandes detentores de moedas ocuparem uma posição dominante;

●     DPoS: Existe o risco de formar um “grupo de elite” de validadores.

Análise de Implementação

Requisitos de rede

Prova de Trabalho (PoW)

●     Hardware: Participar de uma rede PoW requer dispositivos de computação poderosos, como ASICs ou GPUs, que podem executar cálculos matemáticos complexos;

●     Consumo de energia: as redes PoW são caracterizadas pelo alto consumo de energia, o que resulta em custos operacionais significativos.

Prova de Participação (PoS)

●     Equipamento: A participação em redes PoS requer um computador com especificações básicas, já que o processo de staking não depende de alto poder computacional;

●     Staking: você deve possuir uma certa quantidade de tokens de rede e congelá-los para participar do processo de validação.

Prova de Autoridade (PoA)

●     Validadores: É necessário um número limitado de nós confiáveis cuja identidade seja verificada e confiável por outros participantes da rede;

●     Infraestrutura: Poucos requisitos de hardware, pois o processo de validação não exige recursos computacionais significativos.

Prova de Participação Delegada (DPoS)

●     Delegados: Participantes confiáveis da rede devem ser selecionados para executar funções de validação em nome de outros usuários;

●     Votação: Os usuários devem participar ativamente do processo de votação para selecionar delegados, o que exige que a rede tenha mecanismos apropriados.

Considerações práticas

Objetivos do projeto

●     PoW é adequado para redes descentralizadas e seguras (por exemplo, Bitcoin).

●     O PoS e suas variações são ideais para soluções escaláveis e com eficiência energética.

●     PoA é ideal para blockchains privadas e empresariais.

Custos financeiros

●     PoW requer investimento significativo em hardware e eletricidade.

●     PoS, PoA e suas variações minimizam os custos operacionais.

Escalabilidade e velocidade

●     PoS e DPoS proporcionam processamento rápido de transações e alto rendimento.

Nível de descentralização

●     O PoW proporciona descentralização máxima.

●     PoS e PoA podem ser mais centralizados, mas são mais fáceis de gerenciar.

Complexidade técnica

●     PoW requer infraestrutura de mineração.

●     PoS e outros mecanismos são mais fáceis de implementar.

Exemplo de seleção

●     Ethereum mudou para PoS para eficiência energética e escalabilidade.

●     O Hyperledger Fabric usa BFT para segurança em redes corporativas.

Mecanismos de Consenso do Futuro: Inovações e Perspectivas

O mundo da tecnologia blockchain continua a experimentar novos mecanismos de consenso que visam resolver problemas atuais de rede e atender às crescentes necessidades dos usuários. Modelos e algoritmos híbridos, como Prova de Importância e Prova de Tempo Decorrido, oferecem o potencial de criar blockchains mais eficientes, resilientes e seguros. No futuro, podemos esperar abordagens ainda mais inovadoras que mudarão a face da indústria.

Conclusão

Os mecanismos de consenso continuam a evoluir, oferecendo diferentes abordagens para garantir a segurança, a descentralização e a escalabilidade dos blockchains. A escolha depende dos objetivos do projeto, seu público e capacidades financeiras.

Hoje, o mecanismo de consenso PoS é mais prevalente no mercado, pois oferece mais oportunidades de maior escala, e as transações nessas redes são realizadas muito mais rapidamente em comparação ao PoW. Nos próximos anos, podemos esperar o surgimento de novos mecanismos híbridos que combinam as melhores características dos modelos existentes.

Perguntas Frequentes (FAQ)

Qual mecanismo de consenso é mais eficiente em termos energéticos?

Os mais eficientes em termos de energia são PoS e PoET.

Como diferentes métodos de consenso afetam a segurança da rede?

PoW fornece proteção máxima contra ataques de 51%, enquanto PoS e DPoS são mais vulneráveis devido ao risco de centralização.

Quais são as implicações de escalabilidade de cada mecanismo?

PoS e DPoS são superiores ao PoW em termos de velocidade de processamento de transações e escalabilidade.

Que tipo de consenso é mais adequado para blockchains empresariais?

PoA, devido ao controle sobre a seleção de validadores.

Como o nível de descentralização varia entre os métodos de consenso?

PoW é o mais descentralizado, enquanto PoS e DPoS podem enfrentar o risco de centralização devido à influência de grandes participantes.