Mineiros

**Os mineiros protegem a rede e adicionam transacções aos blocos. Eles usam eletricidade através de máquinas ASIC para resolver a prova de trabalho do Bitcoin

Explicação da prova de trabalho

A "Prova de Trabalho" (POW) é o mecanismo de consenso de segurança do protocolo Bitcoin. É a base de tudo e desempenha um papel crucial na teoria dos jogos do Bitcoin.

Para explicar como funciona, imagine uma lotaria universal em que todos podem participar. O objetivo é encontrar um número específico que permita ao vencedor assinar um bloco válido, ganhando uma recompensa em Bitcoin. Este número é muito simples de verificar utilizando a função hash SHA-256, mas difícil de encontrar: os participantes (mineiros) tentarão biliões e biliões de possibilidades, tais como 1, 52, 2648, 26874615, 15344854131318631, e assim por diante, até descobrirem o número certo.

Se o número escolhido estiver correto: Jackpot! Caso contrário, a procura continua.

Para otimizar o número de tentativas, utilizarão máquinas específicas chamadas ASIC, que têm como único papel calcular milhares de milhões de possibilidades por segundo (a quantidade total de tentativas é chamada "HashRate"). Para o funcionamento destas máquinas, é necessário consumir grandes quantidades de eletricidade. Por conseguinte, a POW transforma a energia em moeda, ligando o mundo real e o mundo digital para criar a primeira moeda baseada na energia.

As máquinas funcionam continuamente e, após uma média de 10 minutos, surge um vencedor: este participante encontrou com sucesso o hash correto que se situa abaixo do limiar de dificuldade. O grande e único vencedor assina então o novo bloco do servidor de carimbo de data/hora, adicionando-o à cadeia de blocos. Recebe as suas recompensas e regressa para tentar a sua sorte na extração do bloco seguinte. Este processo está em curso há mais de dez anos, com um vencedor a confirmar as transacções de Bitcoin a cada 10 minutos, ao mesmo tempo que protege as transacções anteriores, tornando assim a cadeia de blocos de Bitcoin mais robusta e segura.

A cada 2016 blocos (aproximadamente a cada duas semanas), o ajuste de dificuldade reequilibra o jogo global de mineração com base no número de participantes. Este ajuste é necessário porque o número de mineiros e o seu poder de computação combinado podem variar significativamente ao longo do tempo. Para manter o tempo de bloco alvo, a rede recalibra o nível de dificuldade com base na rapidez com que os últimos 2016 blocos foram extraídos. Se tiverem sido extraídos demasiado depressa, a dificuldade aumenta, tornando mais difícil encontrar o hash correto. Pelo contrário, se tiverem sido extraídos demasiado lentamente, a dificuldade diminui, tornando mais fácil a tarefa.

A exploração mineira está em constante evolução

Ao longo dos anos, os mineiros têm-se equipado com hardware de computador cada vez mais eficiente para produzir o maior número possível de hashes por segundo (HashRate), consumindo a menor quantidade de energia possível e da forma mais económica. Os primeiros mineiros, como Satoshi ou Hal Finney, mineravam apenas com o seu CPU, depois outros começaram a minerar com as suas placas gráficas. Atualmente, os mineiros utilizam ASICs (Application-Specific Integrated Circuit): máquinas concebidas exclusivamente para aplicar o algoritmo SHA256.

O Hashrate da rede Bitcoin representa o número de tentativas feitas por segundo para encontrar o próximo bloco. Hoje ultrapassou mesmo os 500 TH/s, ou seja, 500.000 biliões de tentativas por segundo! Quanto maior for o hashrate global, mais difícil é para um ator malicioso monopolizar os recursos necessários para obter a maioria do poder de mineração e gastar os seus fundos mais do que uma vez (problema de gasto duplo). Por conseguinte, é economicamente mais viável seguir as regras do protocolo Bitcoin do que agir contra elas.

O que pode ser encontrado num bloco?

O cabeçalho do bloco contém vários elementos, como a hora, o objetivo de dificuldade, o número do último bloco, a versão utilizada e a raiz de Merkle das transacções anteriores.

A transação coinbase é sempre a primeira a ser incluída no bloco: contém a recompensa do mineiro por ter realizado o trabalho do validador. Depois vêm as transacções validadas. Os mineiros escolherão inserir as transacções que lhes dão mais lucro, nomeadamente transacções de pequena dimensão com taxas máximas.

Indemnização dos mineiros

Inicialmente, um mineiro é compensado quando encontra um bloco válido. Mais precisamente, são recompensados de duas formas:

• através do subsídio (bitcoins recém-cunhados) incluído no bloco;
• através de taxas de transação das transacções incluídas no bloco.

O montante do subsídio é definido pelas regras de consenso e depende da Época: recompensa do bloco = subsídio do bloco + taxas de transação.

De facto, para os primeiros blocos, o subsídio de bloco era de 50 bitcoins. A cada 210.000 blocos (aproximadamente a cada 4 anos), este montante é reduzido para metade. Hoje (em 2024), estamos na 5ª Época, o que significa que o subsídio é de 3,125 bitcoins. Em suma, este é o mecanismo automático que liberta novos bitcoins no sistema. O subsídio vai diminuindo ao longo do tempo, até atingir o limite de emissão de 21 milhões de bitcoins. Já existem mais de 19,4 milhões de bitcoins em circulação, o que representa mais de 92%.

O segundo método de compensação é definido pelo montante escolhido pelos utilizadores para as taxas de transação, que mostra a urgência do utilizador em ver a sua transação incluída no bloco seguinte. Uma vez que os mineiros querem maximizar o seu rendimento, tendem a dar prioridade às transacções com taxas de transação elevadas.

Para estabilizar o seu modelo de negócio, que se baseia nas recompensas que recebem por cada bloco válido, os mineiros criam frequentemente grupos através de "mining pools", onde reúnem os seus recursos informáticos.

Porquê dar-se ao trabalho de fazer tudo isto?

Em suma, a inovação da Bitcoin consiste em propor uma solução para o problema das despesas duplas através da utilização de uma cadeia de blocos baseada na prova de trabalho com uma dificuldade flutuante. No mundo digital, o conceito de propriedade é diferente do do mundo físico. De facto, no mundo digital, tudo pode ser copiado e colado, o que cria o risco de utilizar mais vezes activos digitais de valor. Foram criados intermediários de confiança, como os bancos, para resolver este problema tecnológico e garantir que, quando um ativo é transferido, deixa de pertencer ao remetente.

Mas como é que isto pode ser feito sem um intermediário de confiança? Este problema é bem descrito através do paradoxo dos Generais Bizantinos, um problema de coordenação de informação num sistema em que não se pode confiar em vários actores. No Problema dos Generais Bizantinos, um grupo de generais tem de coordenar um ataque a uma cidade, mas alguns podem ser traidores que estão a tentar perturbar o plano. O desafio é que os generais leais cheguem a um consenso sobre se devem atacar ou recuar, apesar de receberem mensagens potencialmente enganadoras dos traidores.

A Bitcoin é, por conseguinte, uma espécie de solução para resolver este problema ou, pelo menos, para o contornar. Os "generais" da Bitcoin, ou mineiros, produzem blocos (de informação) e os nós Bitcoin verificam as transacções financeiras utilizando regras de consenso para garantir a autenticidade da informação. A assimetria do custo energético entre a produção e a verificação da informação garante a fiabilidade da informação, sem um terceiro de confiança.

Os mineiros são os construtores da segurança da rede Bitcoin. Ao gastar energia para produzir hashes, constroem um muro que torna extremamente dispendioso para um agente malicioso reescrever o histórico de transacções, e este desincentivo económico dissuade outros de se comportarem de forma desonesta.

Mesmo no caso de um ataque de 51%, em que um agente possuiria mais de metade do hashrate, a rede permaneceria segura porque o atacante tem de gastar tanta energia como todos os mineiros combinados para tentar modificar a cadeia de blocos. Este mecanismo de prova de trabalho, que consome muita energia, é o que garante a segurança da rede.

Em resumo

A teoria dos jogos aplicada à Bitcoin elimina os mineiros desonestos, que utilizam máquinas ASIC para minerar e recebem uma recompensa em caso de sucesso. Além disso, muitas vezes juntam-se a pools de mineração para partilhar o seu poder de computação e receber recompensas mais pequenas mas mais regulares. Embora a mineração de Bitcoin incorra em altos custos de energia, ela é crucial para a operação e a segurança da rede Bitcoin. O mecanismo de prova de trabalho e a tecnologia blockchain resolvem o problema do gasto duplo e garantem a integridade das informações sem depender de um terceiro de confiança. Embora a produção de informações exija um gasto significativo de energia, a verificação dessas informações tem um custo insignificante. Esta assimetria reforça a segurança da rede, tornando economicamente mais viável aderir às regras de consenso em vez de as tentar quebrar.

Se desejar aprofundar o tema específico da mineração de Bitcoin, pode consultar o nosso curso MIN 101. Nele encontrará uma explicação teórica detalhada do princípio da prova de trabalho e do seu funcionamento, bem como o conjunto de conceitos a ele associados.

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