Por que ambientes de execução confiáveis ​​serão essenciais para blockchains de prova de participação

Desde a invenção do Bitcoin, temos visto uma tremenda efusão de criatividade em ciência da computação na comunidade aberta. Apesar de seu sucesso óbvio, o Bitcoin tem várias deficiências. É muito lento, muito caro, o preço é muito volátil e as transações são muito públicas.

Vários projetos de criptomoedas no espaço público tentaram resolver esses desafios. Há um interesse specific na comunidade em resolver o desafio da escalabilidade. O algoritmo de consenso de prova de trabalho do Bitcoin suporta apenas sete transações por segundo. Outros blockchains, como o Ethereum 1.0, que também conta com o algoritmo de consenso de prova de trabalho, também demonstram desempenho medíocre. Isso tem um impacto adverso nas taxas de transação. As taxas de transação variam de acordo com a quantidade de tráfego na rede. Às vezes, as taxas podem ser inferiores a US$ 1 e outras vezes superiores a US$ 50.

As blockchains de prova de trabalho também consomem muita energia. No momento da redação deste artigo, o processo de criação do Bitcoin consome cerca de 91 terawatts-hora de eletricidade anualmente. Isso é mais energia do que a usada pela Finlândia, uma nação de cerca de 5,5 milhões.

Embora haja uma seção de comentaristas que considera isso um custo necessário para proteger todo o sistema financeiro com segurança, em vez de apenas o custo de administrar um sistema de pagamento virtual, há outra seção que acha que esse custo poderia ser eliminado desenvolvimento de protocolos de consenso de prova de participação. Os protocolos de consenso de prova de participação também oferecem rendimentos muito maiores. Alguns projetos de blockchain visam entregar mais de 100.000 transações por segundo. Nesse nível de desempenho, as blockchains podem rivalizar com processadores de pagamento centralizados como a Visa.

A mudança para o consenso de prova de participação é bastante significativa. Tendermint é uma estrutura de consenso de prova de participação widespread. Vários projetos como Binance DEX, Oasis Community, Secret Community, Provenance Blockchain e muitos outros usam o framework Tendermint. O Ethereum está em transição para se tornar uma rede baseada em prova de participação. É provável que o Ethereum 2.0 seja lançado em 2022, mas a rede já possui mais de 300.000 validadores. Depois que o Ethereum fizer a transição, é provável que vários blockchains baseados em Ethereum Digital Device (EVM) sigam o exemplo. Além disso, existem várias blockchains não EVM, como Cardano, Solana, Algorand, Tezos e Celo, que usam consenso de prova de participação.

Blockchains de prova de participação introduzem novos requisitos

À medida que as blockchains de prova de participação se estabelecem, é importante se aprofundar nas mudanças que estão se desenrolando.

Primeiro, não há mais “mineração”. Em vez disso, há “apostas”. Staking é um processo de colocar em jogo a moeda blockchain nativa para obter o direito de validar transações. A criptomoeda apostada fica inutilizável para transações, ou seja, não pode ser usada para efetuar pagamentos ou interagir com contratos inteligentes. Os validadores que apostam criptomoedas e processam transações ganham uma fração das taxas pagas pelas entidades que enviam transações para o blockchain. Os rendimentos de staking estão geralmente na faixa de 5% a fifteen%.

Em segundo lugar, ao contrário da prova de trabalho, a prova de participação é um protocolo de consenso baseado em votação. Uma vez que um validador aposta em criptomoeda, ele se compromete a permanecer on-line e votar nas transações. Se, por algum motivo, um número substancial de validadores ficar offline, o processamento da transação será interrompido completamente. Isso ocorre porque uma supermaioria de votos é necessária para adicionar novos blocos ao blockchain. Isso é bastante diferente das blockchains de prova de trabalho, onde os mineradores podem ir e vir como bem entendessem, e suas recompensas de longo prazo dependeriam da quantidade de trabalho que eles fizessem enquanto participavam do protocolo de consenso. Em blockchains de prova de participação, os nós validadores são penalizados e uma parte de sua participação é retirada se eles não permanecerem on-line e votarem nas transações.

Terceiro, em blockchains de prova de trabalho, se um minerador se comporta mal, por exemplo, tentando bifurcar o blockchain, ele acaba se prejudicando. A mineração em cima de um bloco incorreto é um desperdício de esforço. Isso não é verdade em blockchains de prova de participação. Se houver uma bifurcação na blockchain, um nó validador é de fato incentivado a suportar tanto a cadeia predominant quanto a bifurcação. Isso ocorre porque sempre há uma pequena probability de que a cadeia bifurcada se torne a cadeia predominant a longo prazo.

Punindo o mau comportamento do blockchain

As primeiras blockchains de prova de participação ignoraram esse problema e contaram com nós validadores participando do consenso sem se comportar mal. Mas essa não é uma boa suposição a longo prazo e, portanto, os projetos mais recentes introduzem um conceito chamado “cortar”. Caso um nó validador practice que outro nó se comportou mal, por exemplo, votando em dois blocos separados na mesma altura, o observador pode cortar o nó malicioso. O nó cortado perde parte de sua criptomoeda apostada. A magnitude de uma criptomoeda reduzida depende do blockchain específico. Cada blockchain tem suas próprias regras.

4to, em blockchains de prova de participação, configurações incorretas podem levar a cortes. Uma configuração incorreta típica é aquela em que vários validadores, que podem ser de propriedade ou operados pela mesma entidade, acabam usando a mesma chave para validar transações. É fácil ver como isso pode levar ao corte.

Finalmente, as primeiras blockchains de prova de participação tinham um limite rígido de quantos validadores poderiam participar do consenso. Isso ocorre porque cada validador assina um bloco duas vezes, uma durante a fase de preparação do protocolo e outra durante a fase de confirmação. Essas assinaturas se somam e podem ocupar bastante espaço no bloco. Isso significava que as blockchains de prova de participação eram mais centralizadas do que as blockchains de prova de trabalho. Este é um problema grave para os defensores da descentralização e, consequentemente, as novas blockchains de prova de participação estão mudando para sistemas de criptografia mais novos que suportam a agregação de assinaturas. Por exemplo, o criptosistema Boneh-Lynn-Shacham (BLS) suporta agregação de assinatura. Usando o sistema criptográfico BLS, milhares de assinaturas podem ser agregadas de forma que a assinatura agregada ocupe o espaço de apenas uma assinatura.

Como ambientes de execução confiáveis ​​podem ser essenciais para blockchains de prova de participação

Embora a filosofia central das blockchains gire em torno do conceito de falta de confiança, os ambientes de execução confiáveis ​​podem ser parte integrante das blockchains de prova de participação.

Gerenciamento seguro de chaves validadoras de longa duração

Para blockchains de prova de participação, as chaves do validador precisam ser gerenciadas com segurança. Idealmente, essas chaves nunca devem estar disponíveis em texto não criptografado. Eles devem ser gerados e usados ​​em ambientes de execução confiáveis. Além disso, ambientes de execução confiáveis ​​precisam garantir recuperação de desastres e alta disponibilidade. Eles precisam estar sempre on-line para atender às demandas dos nós validadores.

Execução segura de código crítico

Os ambientes de execução confiáveis ​​hoje são capazes de mais do que gerenciamento seguro de chaves. Eles também podem ser usados ​​para implantar código crítico que opera com alta integridade. No caso de validadores de prova de participação, é importante que as mensagens conflitantes não sejam assinadas. A assinatura de mensagens conflitantes pode levar a penalidades econômicas de acordo com vários protocolos de blockchain de prova de participação. O código que rastreia o estado do blockchain e garante que os validadores não assinem mensagens conflitantes precisa ser executado com alta integridade.

Conclusões

O ecossistema blockchain está mudando de maneiras muito fundamentais. Há uma grande mudança em direção ao uso de consenso de prova de participação porque oferece maior desempenho e menor consumo de energia em comparação com um algoritmo de consenso de prova de trabalho. Esta não é uma mudança insignificante.

Os nós validadores devem permanecer on-line e são penalizados por ficarem offline. Gerenciar chaves com segurança e sempre on-line é um desafio.

Para fazer o protocolo funcionar em escala, várias blockchains introduziram punições por mau comportamento. Os nós validadores continuam a sofrer essas punições devido a configurações incorretas ou ataques maliciosos a eles. Para manter a natureza distribuída em larga escala das blockchains, novos criptossistemas estão sendo adotados. Ambientes de execução confiáveis ​​que oferecem recuperação de desastres, alta disponibilidade, suportam novos sistemas criptográficos como BLS e permitem a execução de código personalizado com alta integridade provavelmente serão parte integrante dessa mudança de prova de trabalho para prova de participação blockchains.

Pralhad Deshpande, Ph.D., é arquiteto de soluções sênior na Fortanix.