Introdução

Proof-of-Stake (PoS) é um mecanismo de consenso criptográfico para processar transações e criar novos blocos em uma blockchain. Os participantes apostam tokens para se tornarem nós. Um nó tem a oportunidade de se tornar um validador que verifica transações e recebe recompensas com base na quantidade de tokens apostados.
Todas as transações em um blockchain são registradas em um banco de dados conhecido como Distributed Ledger (DLT), que é gravado e replicado por vários nós. Para garantir que todos os dados no registro estejam corretos, é necessário um mecanismo de consenso para impedir a adulteração maliciosa de dados.
A prova de participação é favorecida por muitos projetos de blockchain nos últimos anos, elimina a necessidade de consumo de hardware e energia que existe na prova de trabalho (PoW), ao mesmo tempo em que protege a blockchain ao obrigar os validadores a apostar uma certa quantidade de tokens .

O que é um mecanismo de consenso?

Um mecanismo de consenso é um método para todos os participantes em um sistema distribuído chegarem a um consenso sobre uma única fonte de informação. Um sistema centralizado não requer um mecanismo de consenso, porque a validade ou não dos dados fornecidos é determinada exclusivamente pela entidade responsável. Por exemplo, em um banco de dados centralizado, apenas o administrador tem o direito de adicionar, excluir e modificar dados, e os usuários que consultam o banco de dados recebem informações passivamente do administrador.
Um sistema distribuído conta com a cooperação de um grande número de entidades autônomas (nós) para manter a rede, e a autenticidade das informações é verificada em conjunto por todos. Por outro lado, qualquer nó pode criar novos registros de bloco e verificar transações em uma rede blockchain. No entanto, as informações de diferentes nós podem ser contraditórias devido a falhas de dispositivos, latência de rede, ataques e assim por diante. Portanto, um mecanismo de consenso é necessário para tornar os registros de dados consistentes.
No desenvolvimento do blockchain, o primeiro mecanismo de consenso adotado é o Proof-of-Work (PoW), onde a validade dos dados é endossada pelo maior poder de computação da CPU. Devido ao seu custo de energia, o Proof-of-Stake (PoS) foi criado como uma alternativa. No PoS, a validade dos dados é endossada pelos validadores que apostam mais tokens, permitindo que diferentes nós da rede cheguem a um consenso.

O que é PoS?

A ideia de proof-of-stake foi apresentada pela primeira vez em 2011 no Bitcointalk por um membro chamado QuantumMechanic, e mais tarde foi conceituada com a ajuda de outros membros, incluindo Scott Nadal e Sunny King.
Em uma blockchain PoW, as transações são verificadas por nós (também chamados de “mineradores”) que fornecem poder de computação para resolver problemas matemáticos complexos a fim de verificar uma transação e obter recompensas por novos blocos. Em uma rede PoS, os nós da rede (também chamados de “validadores”) fornecem depósitos de criptomoeda como garantia, e quanto mais garantia o nó tiver, maior a chance de obter direitos contábeis e recompensas de bloqueio.
Para evitar que validadores com maiores colaterais se tornem um nó fixo para a criação de novos blocos, outros parâmetros também são considerados para selecionar validadores, como número de tokens apostados, idade da moeda e seleção aleatória de blocos. A idade da moeda refere-se a quanto tempo se passou desde que os tokens foram apostados (a última vez que o validador criou um bloco). Validadores com idade de moeda mais antiga são mais propensos a serem selecionados para criar novos blocos. O parâmetro de idade da moeda permite que nós com colaterais menores tenham a oportunidade de criar novos blocos e obter recompensas.
Geralmente, o Proof-of-Stake (PoS) funciona da seguinte maneira:

1. As transações que ainda não foram verificadas serão processadas pelos nós. Essas transações pendentes são sempre armazenadas em um pool esperando para serem processadas por validadores que apostaram em criptomoedas.
2. O algoritmo seleciona um validador para criar um novo bloco com base em certos parâmetros, como o número de fichas apostadas, idade da moeda, seleção aleatória de blocos, etc.
3. Após o validador selecionado verificar essas transações pendentes, um novo bloco é criado e essas transações podem ser compactadas.
4. Outros nós não selecionados confirmam que o novo bloco é válido.
5. Depois que as transações no novo bloco forem verificadas por outros nós, o novo bloco será adicionado à rede blockchain. Por outro lado, o novo bloco não será adicionado se tiver transação inválida.
6. Quando um novo bloco é adicionado, o validador pode recuperar os tokens apostados e obter a recompensa do bloco. Se o algoritmo de seleção do validador considerar a idade da moeda, a idade da moeda deste validador será redefinida para 0. Se um novo bloco for recusado a ser adicionado, os tokens apostados pelo validador podem ser cortados como penalidade.
   
   Fonte: coinsentinel.io

Vantagens do PoS

O PoS é considerado por muitos como um mecanismo de consenso melhor do que o PoW pelos seguintes motivos:

1. Não há necessidade de equipamentos caros
   É mais fácil para o público em geral participar de blockchains PoS do que em PoW porque até mesmo PCs comuns podem ser usados como nós PoS, enquanto sob PoW, computadores especializados com alto poder de computação são obrigatórios.

2. Energia eficiente
   Blockchain de prova de participação não requer muita energia. Em uma rede proof-of-work, os mineradores precisam competir entre si para ser o primeiro a descobrir novos blocos, muita energia é necessária durante a competição trazida pelo hash.

3. Alta escalabilidade
   O custo de hardware e energia é a principal limitação em blockchains PoW quando se trata de escalabilidade, e o custo de equipamentos adicionais e o consumo de energia aumentarão exponencialmente à medida que a rede for dimensionada. Blockchains de prova de participação eliminam esse problema de forma eficaz.

4. Amigável para pessoas não conhecedoras de tecnologia
   A mineração requer conhecimentos consideráveis. Portanto, a prova de trabalho é projetada mais para instituições e profissionais. No entanto, mesmo dispositivos pessoais comuns podem funcionar como nós no PoS.

5. Mais descentralizado
   A prova de participação garante que todos os nós, independentemente do número que apostam, possam participar efetivamente da rede blockchain por meio de algoritmos. No entanto, sob PoW, a maior parte da geração de blocos, verificação de transações e alocação de recompensas são monopolizadas por pools de mineração, e nós menores mal podem competir com eles. Proof-of-Stake é uma escolha melhor em mercados de cauda longa.

6. mais verde
   Os blockchains PoS são mais ecológicos do que o blockchain PoW, pois não apresentam grande consumo de energia ou competição de computação intensiva, tendo assim menos impacto negativo no meio ambiente.

O PoS é seguro?

Independentemente de qual mecanismo de consenso é usado, além da eficácia dos nós para chegar a um consenso, a segurança continua sendo uma das considerações mais importantes em uma rede. Caso contrário, a rede pode ser paralisada por ataques mal-intencionados.
Nas redes PoW, o consenso é alcançado por meio do poder de computação. Se você pode controlar mais de 51% do poder de computação em uma rede blockchain, você tem o controle dominante de toda a rede. Os invasores podem obter lucros por meio de gastos duplos, recusando ou alterando registros de transações ou impedindo que outros minerem. Isso é conhecido como o ataque de 51%.
No entanto, à medida que a escala do blockchain de prova de trabalho se expande, a probabilidade de um ataque de 51% diminui. Para implementar um ataque de 51%, uma grande quantidade de equipamentos de mineração é necessária para fornecer poder de computação e altos custos de energia ocorrerão. Se a recompensa por um ataque bem-sucedido for menor que o custo de implementação do ataque, o ataque de 51% se tornará inviável nesse aspecto. Tomando o Bitcoin como exemplo, nunca houve um ataque de 51% em mais de uma década desde a criação do bloco de gênese. São os nós de mineração Bitcoin em todo o mundo, fornecendo amplo poder de computação da CPU que garante a segurança da rede Bitcoin.
Deve-se notar que as redes proof-of-stake também podem sofrer com o ataque de 51%. Desde que um nó malicioso obtenha mais da metade do número total de tokens apostados, ele ganha o controle da rede blockchain e pode falsificar blocos e registros de transações. Ou seja, um invasor pode lançar um ataque adquirindo um grande número de tokens.
No entanto, tal ataque é impraticável. A ação de adquirir um grande número de tokens aumentará o preço devido ao aumento da demanda. E um ataque terá um impacto significativo na rede blockchain e causará pânico entre os usuários, resultando em uma queda no preço. Portanto, o custo de aquisição de tokens será muito maior do que os lucros que você poderia obter com um ataque.
Um método mais possível para atacar o mecanismo de consenso proof-of-stake é conspirar com outros nós para controlar mais de 51% do número total de tokens apostados. Este método é uma alternativa para atingir o objetivo de controlar a rede sem custos proibitivos.
Para evitar que os nós concordem entre si, o blockchain proof-of-stake introduz penalidades. Se blocos e transações falsas forem relatados por outros validadores, o nó de ataque pode perder parte ou até mesmo todos os seus tokens apostados. Isso resolve o problema Nothing at Stake dos nós PoS anteriores e dificulta o conluio entre os validadores, pois é difícil determinar se outros nós estão dispostos a assumir o risco de perdas.
Enquanto o valor dos tokens apostados for maior do que as recompensas, as perdas causadas pela trapaça serão maiores do que as recompensas trazidas pela operação honesta. Considerando isso, os nós preferem operar honestamente, o que garante a segurança das redes blockchain PoS. Portanto, um ataque de 51% é quase impossível de acontecer, especialmente em criptomoedas com valores de mercado mais altos.

Quais são os problemas potenciais do PoS?

Apesar das vantagens do mecanismo de consenso PoS, ele também apresenta alguns problemas potenciais. O PoS é frequentemente criticado por tornar os ricos mais ricos e os pobres mais pobres. Os nós que apostam uma quantidade maior de tokens terão uma chance maior de criar blocos para obter recompensas. Isso faz com que os validadores detenham um grande número de tokens para obter riqueza, exacerbando assim a desigualdade de riqueza.
No entanto, os proponentes do PoS acreditam que, em todos os mercados de capitais, os ricos são dotados de uma vantagem competitiva mais forte. Mesmo sob o mecanismo de consenso PoW, existem os mesmos problemas. Comparado com a rede PoW que tem maiores requisitos para participar, o PoS, que beneficia a todos, prova ser uma solução melhor.
Outro problema comum é o fornecimento imprevisível de tokens, pois o número de nós que não podem ser apostados pode mudar. Isso leva a problemas adicionais. Por exemplo, quando o preço de mercado dos tokens continua caindo, as recompensas dos nós apostados podem não ser capazes de compensar a perda de mantê-los, resultando em um grande número de nós para retirar e vender os tokens, colocando em risco o segurança da rede blockchain.
Além disso, se o número de nós de staking aumentar significativamente, pode causar uma escassez de oferta de token e aumentar o preço, que é uma tática de manipulação de preços frequentemente usada por equipes de desenvolvimento mal-intencionadas antes de vender seus ativos. Em comparação, o mecanismo PoW fornece um fornecimento de token mais estável e é menos provável que sofra de problemas semelhantes.

Quais são os outros mecanismos de consenso além de PoS e PoW?

A prova de trabalho e a prova de participação são os dois mecanismos de consenso mais populares em redes distribuídas, mas não são os únicos. Após mais de dez anos de desenvolvimento, a tecnologia blockchain viu muitos novos mecanismos de consenso serem propostos. Aqui está uma breve introdução:

1. Prova de espaço
   De acordo com o algoritmo de consenso Proof of Space, os nós da rede devem ter um espaço de armazenamento em disco rígido considerável antes de serem qualificados para verificar transações e obter recompensas. Os verificadores desafiarão os nós que fornecem armazenamento para garantir que os nós continuem a fornecer o armazenamento. A Chia Network é um exemplo que adota esse algoritmo.
   
   fonte: Rede Chia See More

2. Prova de Autoridade (PoA)
   De acordo com o algoritmo de consenso de Prova de Autoridade, os nós da rede não apostam em tokens, mas em vez disso apostam em sua própria reputação para serem qualificados para validar transações. Os validadores precisam divulgar suas informações de identidade antes de participar. Isso reduz o risco de selecionar validadores suspeitos e incentiva a participação de longo prazo. Um exemplo do algoritmo PoA é o VeChain.

3. Prova de participação delegada (DPoS)
   O DPoS é um avanço do conceito fundamental de proof-of-stake, no qual os detentores de tokens confiam seus tokens como votos a testemunhas. Essas testemunhas têm diferentes níveis de reputação com base no número de tokens confiados. As testemunhas selecionadas são consideradas as mais confiáveis e têm o direito de criar bloqueios verificando as transações. Um exemplo que adota DPoS é o EOS.

Conclusão

O algoritmo Proof-of-Stake é geralmente considerado como um avanço no Proof-of-Work. Os usuários do PoS podem apostar seus tokens para se tornarem validadores e criar novos blocos para obter recompensas. Eles também podem cooperar com outros nós para verificar transações em conjunto e proteger o blockchain.
A prova de participação elimina a mineração intensiva em capital e consumidora de energia e é mais acessível aos usuários normais. É considerado um mecanismo de consenso que é ambientalmente amigável e descentralizado. O Proof-of-Stake também supera o Proof-of-Work em termos de escalabilidade. Atualmente, o Proof-of-Stake foi adotado por mais e mais blockchains, como Cardano, Tezos, Avalanche e GateChain.
A Ethereum, a segunda maior blockchain por capitalização de mercado, fará a transição de PoW para PoS em suas atualizações ETH 2.0, que devem ser concluídas em setembro de 2022. Embora os nós que executam o ETH 2.0 precisem apostar pelo menos 32 ETH, a transição sem precedentes do mecanismo de consenso demonstra que o Proof-of-Stake é de fato o futuro da tecnologia blockchain.
Embora o PoS pareça ter resolvido muitos problemas enfrentados pelo PoW, ainda é uma nova tecnologia. Leva tempo para detectar se existem outros problemas e defeitos desconhecidos.