Confiança e segurança são vitais para a tecnologia blockchain – e o mecanismo de consenso de tolerância a falhas bizantinas (BFT) está no centro da segurança de um blockchain.
O BFT garante que os blockchains continuem operando, mesmo que alguns participantes da rede não sejam confiáveis ou sejam maliciosos. Então, o que é BFT, como funciona e por que é tão crucial para a tecnologia blockchain?
O que é tolerância a falhas bizantinas?
A tolerância a falhas bizantinas refere-se à capacidade de uma rede ou sistema de continuar funcionando mesmo quando alguns componentes estão com defeito ou falharam.
Com um sistema BFT, as redes blockchain continuam funcionando ou implementando ações planejadas, desde que a maioria dos participantes da rede seja confiável e genuína. Isso significa que mais da metade ou dois terços dos nós na rede blockchain devem concordar em validar uma transação e adicioná-la ao bloco.
Para que os nós comprometidos causem malícia em um blockchain tolerante a falhas bizantino, eles devem estar na maioria. Essa malícia pode ser na forma de gastos duplos, uma 51% ataque, a ataque Sybil, e assim por diante.
A tolerância a falhas bizantinas na tecnologia blockchain se origina do problema geral bizantino criado por Leslie Lamport, Marshall Pease e Robert Shostak. Este conceito tornou-se proeminente quando eles publicaram um artigo, com uma cópia hospedado pela Microsoft, chamado 'The Byzantine Generals Problem (PDF)' em 1982.
Lamport, Pease e Shostak descreveram o caso de um grupo de generais do exército bizantino acampado fora de uma cidade inimiga. Cada general tinha seu próprio exército e precisava se comunicar e tomar uma decisão unânime sobre atacar ou recuar.
O problema era realizar uma ação conjunta em meio a alguns generais comprometidos. Esse dilema foi chamado de falha bizantina e, quando um sistema lida com esse problema com sucesso, ele é considerado tolerante a falhas bizantinas.
O conceito tolerante a falhas bizantino foi então aplicado à rede blockchain de criptomoedas. No espaço criptográfico, os generais são os nós que validam as transações criptográficas.
Como funciona a tolerância a falhas bizantinas?
As redes descentralizadas implementam a tolerância a falhas bizantinas por meio de regras ou protocolos de consenso. Todos os nós da rede devem aderir a esses protocolos ou algoritmos se quiserem participar da validação e processamento de transações.
Para que uma transação seja validada, processada e adicionada a um bloco crescente, a maioria dos nós deve concordar que a transação é autêntica por meio do algoritmo de consenso da rede. Bitcoin, Ethereum e outras blockchains de prova de trabalho (PoW) e prova de participação (PoS) empregam algoritmos BFT.
No algoritmo de consenso PoW, os mineradores na rede resolvem quebra-cabeças criptográficos para validar e produzir transações de gravação de blocos. O minerador que resolver os quebra-cabeças primeiro ganha o direito de adicionar a transação ao bloco crescente e ganhar a recompensa do bloco. Mas o minerador deve publicar a prova de que resolveu o quebra-cabeça para adicionar o bloco.
O processo de mineração em blockchains PoW requer computadores caros ou equipamentos de mineração. Esse alto custo desencoraja os mineradores de compartilhar informações falsas porque outros participantes as rejeitariam. Também reduz a probabilidade de atores mal-intencionados obterem o controle da maioria dos nós do sistema.
Enquanto isso, com o mecanismo de consenso PoS, você deve apostar uma certa quantidade de tokens criptográficos para ganhar o direito de validar a transação. Então, se o protocolo de rede selecionar você, você pode adicionar a transação ao bloco crescente e ganhar a recompensa do bloco.
Os sistemas PoS resolvem falhas bizantinas usando diferentes métodos. Por exemplo, o Ethereum usa o algoritmo Casper, que requer pelo menos dois terços dos nós para chegar a um consenso sobre os blocos. Em última análise, os sistemas PoS precisam que a maioria dos nós concorde com os blocos antes que eles possam ser adicionados.
Esses blockchains usam algoritmos de consenso BFT para resistir aos nós da minoria que não concordam com o consenso. Dessa forma, a rede blockchain pode prosseguir com sua função, rejeitando transações defeituosas ou desonestas.
O papel da tolerância a falhas bizantinas na tecnologia Blockchain
A tecnologia Blockchain depende da tolerância a falhas bizantinas por estas razões:
- O BFT mantém a rede blockchain continuamente funcional, mesmo com alguns nós discordantes.
- Ele mantém a rede segura, evitando malícia que pode vir na forma de um ataque de 51% (ou ataques Sybil) ou gastos duplos.
Limitações da tolerância a falhas bizantinas
A tolerância a falhas bizantinas trouxe enormes benefícios para a indústria de blockchain. No entanto, o sistema ainda tem problemas, especialmente o prático algoritmo de consenso tolerante a falhas bizantino (pBFT).
A prática tolerância a falhas bizantinas é uma forma otimizada da tolerância a falhas bizantinas original. O pBFT funciona por meio de um sistema assíncrono que consiste em um nó líder primário e outros nós de backup. Neste sistema, os nodos maliciosos não podem ser mais do que os nodos honestos, normalmente não chegam a um terço. Os nós sempre se comunicam entre si para garantir que a maioria dos nós (os honestos) concorde com o estado da rede.
Algumas limitações do pBFT incluem o seguinte:
- Comunicação alta: para permanecer funcional, o sistema requer comunicação elevada entre os nós. Esse processo é demorado e leva a problemas de escalabilidade.
- Problemas de escalabilidade: o pBFT tem problemas de escalabilidade, especialmente com redes muito extensas.
- Baixa segurança: pBFT é propenso a ataques Sybil, onde um nó da rede finge ser 51% dos outros nós para dominar a rede e causar malícia.
Seis plataformas populares baseadas em blockchain BFT
Aqui estão alguns blockchains que integram os mecanismos de tolerância a falhas bizantinos.
1. bitcoin
O Bitcoin incorpora tolerância a falhas bizantinas em sua rede por meio do protocolo de consenso de prova de trabalho. O algoritmo de consenso PoW do blockchain exige que todos os nós no blockchain verifiquem a estrutura de dados, tamanho do bloco, registro de data e hora do bloco, hash do cabeçalho do bloco e a primeira transação em todos os dados. Este processo, chamado hashing de dados, usa poder computacional.
2. Ethereum
Anteriormente usando PoW, o blockchain Ethereum fez a transição para um sistema PoS que resolve seus problemas bizantinos. Os validadores de rede apostam seus tokens Ether, e o protocolo seleciona validadores honestos para processar transações, validar blocos e votar no chefe de uma cadeia. O protocolo obriga os participantes a serem honestos, tornando o ataque à rede proibitivamente caro.
3. EOS
A blockchain EOSIO alcança um consenso por meio de uma camada tolerante a falhas bizantinas assíncronas (aBFT) e uma camada de prova de participação delegada (DPoS). A camada aBFT confirma cada bloco de transações até que seja o último bloco irreversível (LIB). A camada DPoS então confirma o LIB como o bloco final e irreversível.
4. Ondulação
O Ripple não usa nenhum dos mecanismos de consenso PoW ou PoS. Em vez disso, ele usa o XRP Ledger Consensus Protocol, um mecanismo de consenso tolerante a falhas bizantino. A blockchain continua funcionando normalmente se os validadores não confiáveis forem menos de 20% do total de validadores. Este sistema evita gastos duplos e melhora a integridade do blockchain.
5. Kadena
Kadena usa um mecanismo de consenso ScalableBFT para confirmar blocos. O blockchain combina o sistema PoW do Bitcoin com a alteração do consenso de blockchain paralelo múltiplo descentralizado mecanismos que são energeticamente eficientes, escaláveis e seguros e fornecem uma saída muito melhor do que a do Bitcoin sistema. Essa configuração, chamada "Chainweb", permite que Kadena realize até 480.000 transações por segundo (TPS) com 20 cadeias em execução simultaneamente.
6. Quorum
O mecanismo de consenso para o sistema criptográfico Quorum é o mecanismo de consenso de tolerância a falhas bizantinas de Istambul (IBFT). QuorumChain delega os direitos de voto a um pool de nós (validadores); um nó é feito o proponente para iniciar a confirmação do bloco enquanto os outros nós validam o bloco. Se mais de 1/3 dos nós do pool se comportarem incorretamente, o bloco não será inserido.
O futuro da tolerância a falhas bizantinas é brilhante
Enquanto as criptomoedas e a tecnologia blockchain continuarem a existir, a tolerância a falhas bizantinas e outros mecanismos de consenso também existirão. No entanto, esses mecanismos provavelmente continuarão a evoluir.
Inicialmente, o Ethereum integrou o BFT usando PoW, mas o Ethereum mudou de PoW para PoS e atualizou seu algoritmo BFT. Da mesma forma, você continuará a ver sistemas mais novos e melhores com o tempo. Lembre-se, o espaço criptográfico está em constante evolução.