O que é uma blockchain e como ela funciona?

O que é uma blockchain?

A tecnologia blockchain é um banco de dados digital (também chamado de livro-razão público) no qual transações são registradas. Na maioria dos casos, esse banco de dados é público (open source) e mantido por uma rede de computadores distribuídos globalmente. Portanto, uma blockchain é geralmente descentralizada.

Uma blockchain é composta por blocos que contêm transações. Cada bloco está cronologicamente ligado ao bloco anterior, formando uma cadeia (chain): a blockchain. Um novo bloco contém as transações mais recentes e uma referência ao bloco anterior. Após a validação dessas transações pela rede, o bloco é adicionado à cadeia, ou seja, à rede.

Tudo o que é registrado em uma blockchain é imutável, o que significa que as informações contidas em um bloco não podem ser alteradas nem excluídas.

Exemplo: Você pode imaginar a blockchain como uma corrente de âncoras. Cada bloco contém informações sobre transações. Se você seguir a corrente para trás, verá todos os elos (blocos) com seus respectivos dados. Isso significa que você sempre pode rastrear todas as transações, desde a primeira até a mais recente. Graças a essa estrutura, a rede consegue detectar e rejeitar qualquer tentativa de manipulação. Isso torna a tecnologia blockchain um instrumento confiável para a realização de transações seguras.

Pontos principais

• Uma blockchain é um livro-razão digital descentralizado e imutável, no qual transações são registradas em blocos interligados por criptografia.
• As criptomoedas funcionam em blockchains e utilizam essa tecnologia para processar e proteger as transações.
• As transações são validadas por meio de mecanismos de consenso, como Proof of Work (PoW) ou Proof of Stake (PoS).
• A blockchain oferece alta segurança graças à criptografia, descentralização, transparência e imutabilidade: a falsificação é praticamente impossível.
• Essa tecnologia traz benefícios como segurança, transparência e acessibilidade, mas também enfrenta desafios como consumo de energia e escalabilidade.

As criptomoedas são o mesmo que blockchains?

As criptomoedas não são blockchains. Criptomoedas como o BTC ou o Ether são moedas digitais (também chamadas de tokens) que operam em uma blockchain, como a do Bitcoin ou do Ethereum. Essas moedas são emitidas e geridas dentro de uma rede blockchain. A blockchain é o sistema que processa e registra todas as transações.

As criptomoedas tiram proveito da segurança, transparência e confiabilidade da blockchain. Quando ocorre uma transação com criptomoedas, ela é validada pela rede e registrada no livro-razão distribuído.

Como funciona uma blockchain?

Uma blockchain funciona como um livro-razão distribuído, armazenado em uma rede de computadores (chamados de nós). Qualquer transação ou informação é registrada de forma segura, transparente e imutável. O processo se dá da seguinte maneira:

1. Criação de uma transação

Tudo começa com a criação de uma nova transação. Suponha que você queira enviar bitcoins para outra pessoa. Você cria a transação a partir da sua carteira de criptomoedas, enviando os bitcoins para o endereço do destinatário. A transação inclui os seguintes dados:

• O endereço do remetente (a chave pública do remetente)
• O endereço do destinatário (a chave pública do receptor)
• O valor a ser transferido
• Informações adicionais (como uma observação, se necessário)

Uma taxa de transação também é incluída. Essa taxa é paga aos nós que validam e processam as transações.

2. Transmissão para a rede

Após ser criada, a transação é enviada à rede peer-to-peer de nós. Todos os nós recebem as mesmas informações.

3. Validação da transação

A transação é então validada pela rede, que verifica se ela é legítima. O método de validação depende do mecanismo de consenso utilizado pela blockchain. Os mais comuns são:

• Proof of Work (PoW): no PoW, os computadores devem resolver problemas criptográficos complexos usando seu poder de processamento. O exemplo mais conhecido é a blockchain do Bitcoin.
• Proof of Stake (PoS): no PoS, os participantes "apostam" (stake) suas criptomoedas para validar transações. Esse sistema é mais eficiente em termos energéticos. Blockchains como a Ethereum e a Cardano utilizam esse modelo.

4. Agrupamento em um bloco

Após serem validadas, as transações são agrupadas em um bloco. Esse bloco é proposto por um nó (chamado de minerador no PoW ou validador no PoS) para ser adicionado à cadeia.

5. Adição do bloco à blockchain

O novo bloco é adicionado à cadeia de blocos. Ele contém uma referência ao bloco anterior (na forma de hash), garantindo a continuidade da cadeia. Uma vez adicionado, seu conteúdo não pode mais ser alterado.

6. Confirmação do bloco

Depois de adicionado, o novo estado da blockchain é propagado por toda a rede de nós, garantindo que todos possuam a mesma cópia do livro-razão. Após a confirmação do bloco com sua transação, esta passa a ser considerada definitiva.

Exemplo: Imagine que você quer enviar uma carta a um amigo. Você escreve a carta e a coloca em um envelope. No envelope estão seu endereço (sua carteira) e o endereço do destinatário. Você leva a carta até a agência dos correios (a rede de nós), onde verificam se tudo está correto (validação da transação).

Após a aprovação, a carta é colocada em um saco junto com outras cartas (um bloco com várias transações). Esse saco recebe um número único (por exemplo, bloco nº 840.000), o que permite rastrear o envio.

Uma vez entregue, a carta é registrada permanentemente: ninguém pode alterá-la nem afirmar que nunca foi enviada.

Qual é a principal vantagem das blockchains?

A maior vantagem da tecnologia blockchain é que ela elimina a necessidade de intermediários ou autoridades centrais (como bancos). As blockchains permitem que indivíduos realizem transações ou compartilhem informações sem depender de terceiros.

O que torna uma blockchain segura?

A tecnologia blockchain é considerada altamente segura. Mas por que isso acontece? Isso se deve à combinação de, entre outros fatores, criptografia, descentralização, transparência e imutabilidade:

1. Criptografia

Os dados e transações armazenados na blockchain são criptografados com algoritmos criptográficos. Graças à criptografia, as informações são protegidas por códigos secretos que só podem ser lidos por pessoas com as chaves apropriadas. As informações são imutáveis e cada transação deve ser assinada digitalmente antes de ser incluída em um bloco. Além disso, cada bloco contém um hash criptográfico único que resume e protege o conteúdo do bloco.

Graças ao hash, qualquer tentativa de alteração se torna imediatamente visível, pois até mesmo a menor modificação nos dados resulta em um hash completamente diferente. Isso garante que a blockchain permaneça segura e confiável.

2. Estrutura em cadeia

Caso um hacker consiga alterar um bloco, isso invalidaria todos os blocos subsequentes. Em teoria, o hacker teria que modificar todos os blocos seguintes também. Isso é considerado praticamente impossível na prática, especialmente em redes grandes, pois há muitos nós ativos trabalhando juntos para proteger a blockchain.

3. Descentralização

Graças ao uso de milhares a milhões de nós ao redor do mundo, uma blockchain é descentralizada, o que significa que não há uma entidade central controlando a rede. Os dados são armazenados em um ambiente descentralizado, o que significa que não estão em posse de uma autoridade central. Em vez disso, uma blockchain possui vários nós (computadores) que contêm uma cópia exata do banco de dados. Esses nós são chamados de "nodes".

Ao contrário de bancos de dados centralizados, a supervisão está nas mãos dos usuários da blockchain. Os usuários (nodes) são responsáveis por armazenar novas transações no banco de dados. Para garantir a segurança, vários nodes devem concordar com a validade da transação antes que ela seja executada.

4. Mecanismos de consenso

A adição de novos blocos à blockchain é feita por meio de mecanismos de consenso. Cada blockchain utiliza seu próprio mecanismo de consenso com algoritmos associados. Dependendo da blockchain, diferentes regras se aplicam, mas na maioria das blockchains é necessário que pelo menos 50% dos nodes aceitem um bloco antes de ele ser adicionado. Dessa forma, blocos corrompidos com informações fraudulentas são rejeitados. Isso significa que, na maioria das blockchains, agentes mal-intencionados precisariam controlar pelo menos 51% dos nodes para causar danos — o que é conhecido como um ataque de 51%.

5. Transparência

A maioria das blockchains públicas é de código aberto, o que significa que tanto o código-fonte quanto os dados das transações são transparentes e acessíveis a todos. Todas as transações realizadas são rastreáveis e não podem ser manipuladas. Nos chamados block explorers, os usuários podem visualizar todas as informações dos blocos de uma blockchain específica.

6. Imutabilidade

Uma vez que os dados são registrados na blockchain, é praticamente impossível modificá-los ou removê-los. Isso é chamado de imutabilidade e é uma das principais características de segurança da tecnologia blockchain.

Caso se deseje realizar alterações em um bloco, é necessário obter consenso dentro da rede. Isso pode ocorrer, por exemplo, durante um 'hard fork' (uma divisão da blockchain), como aconteceu no passado após o hack da DAO na rede Ethereum. Na época, foi criada uma nova versão da blockchain, onde o bloco corrompido foi sobrescrito e a rede continuou a partir da nova bifurcação. Esta é a versão do Ethereum que conhecemos hoje. A antiga blockchain também continuou, sob o nome Ethereum Classic.

Quais tipos de blockchain existem?

Existem diferentes tipos de blockchain que os desenvolvedores podem utilizar: blockchains públicas, semi-privadas, privadas e de consórcio:

1. Blockchains públicas
   Este é o tipo de blockchain mais conhecido. Todas as blockchains públicas utilizam esse modelo, como o Bitcoin e o Ethereum. Qualquer pessoa pode visualizar os dados nesta blockchain e participar da rede sem a aprovação de terceiros, e sem comprometer sua anonimidade. As blockchains públicas são totalmente abertas e descentralizadas, o que significa que não existe uma autoridade central controlando a rede.

2. Blockchains semi-privadas
   Em uma blockchain semi-privada, o controle está nas mãos de uma empresa ou organização. Isso significa que o sistema é mais centralizado do que uma blockchain pública. A empresa ou organização tem o poder de adicionar ou negar o acesso de usuários à rede. Portanto, essa blockchain não é totalmente descentralizada, mas oferece um acesso controlado para participantes específicos. Blockchains semi-privadas podem ser atrativas para aplicações empresariais e governamentais onde algum nível de controle é desejado.

3. Blockchains privadas
   As blockchains privadas são totalmente centralizadas. Apenas uma parte pode ler os dados, realizar transações e participar da rede. Isso torna as blockchains privadas menos adequadas para aplicações que exigem transparência e descentralização, mas úteis para empresas que precisam de um ambiente fechado e controlado para suas transações.

4. Blockchains de consórcio
   O modelo de consórcio é atualmente a solução blockchain mais popular entre empresas. Nesse tipo de rede, o processo de consenso é gerenciado por um grupo predefinido de participantes, como uma aliança de empresas ou instituições. Dependendo da configuração, a rede pode permitir que apenas esses participantes enviem transações e visualizem os dados. Isso torna as blockchains de consórcio especialmente adequadas para aplicações nos setores corporativo e institucional, onde colaboração, controle e privacidade são essenciais.

Consumo de energia da tecnologia blockchain

O consumo de energia da tecnologia blockchain é um tema amplamente debatido. Frequentemente, as criptomoedas, especialmente o Bitcoin, são associadas a um alto consumo de energia e vistas como ambientalmente prejudiciais. Isso ocorre porque o Bitcoin e algumas outras blockchains, como a Dogecoin, utilizam o mecanismo de consenso Proof-of-Work. Nesse mecanismo, milhares de computadores ao redor do mundo são usados para resolver enigmas criptográficos complexos, o que exige muito poder de processamento e, consequentemente, muita energia. Esse processo é chamado de mineração. Comparativamente, o consumo de energia do Bitcoin, segundo diversas fontes, seria semelhante ao da Polônia.

Devido a essas preocupações, outras blockchains foram desenvolvidas e o Proof-of-Stake foi introduzido. Neste sistema, os computadores não precisam resolver enigmas complexos. Em vez disso, as transações são validadas por pessoas que “travam” temporariamente suas criptomoedas como garantia. Isso exige muito menos poder de computação e, portanto, consome muito menos eletricidade. Os exemplos mais conhecidos de blockchains que utilizam Proof-of-Stake são o Ethereum e o Cardano.

Escalabilidade das blockchains

Por escalabilidade, entende-se a velocidade com que as blockchains podem processar de forma segura e eficiente um grande número de transações. Quanto mais congestionada a rede, mais pressão ela sofre. Isso levou a muitas críticas às blockchains populares como o Bitcoin e o Ethereum durante períodos de grande tráfego. Ambas funcionam exigindo que todas as transações sejam validadas por toda a rede. Isso significa que essas redes só conseguem processar um número limitado de transações por segundo. Em períodos de alta demanda, isso leva a atrasos e taxas de transação elevadas.

Como o Bitcoin foi desenvolvido como um substituto do sistema monetário tradicional, os problemas de escalabilidade representam um desafio. A rede Bitcoin processa cerca de 7 transações por segundo, enquanto sistemas como o Visa processam milhares.

Para enfrentar esse problema, foram desenvolvidas diversas soluções, como:

• Soluções de camada 2 (como a Lightning Network do Bitcoin): Permitem que as transações ocorram fora da cadeia principal e sejam validadas posteriormente em lote.
• Sharding: Técnica que divide a rede blockchain em cadeias que operam em paralelo, permitindo a execução simultânea de transações e aumentando significativamente a eficiência e a velocidade.
• Novos mecanismos de consenso: Como o Proof of History do Solana e algoritmos inovadores de Proof-of-Stake como o do Avalanche.

Vantagens e desvantagens da tecnologia blockchain

As blockchains apresentam tanto vantagens quanto desvantagens. A tabela abaixo resume os principais pontos:

Quem inventou a blockchain?

Muitas pessoas pensam que a tecnologia blockchain surgiu com o desenvolvimento do Bitcoin por Satoshi Nakamoto. Embora Nakamoto tenha desempenhado um papel crucial na aplicação da blockchain, a origem da tecnologia remonta a períodos anteriores.

A base da blockchain foi estabelecida em 1983 pelo cientista da computação americano David Chaum, que pesquisou as “assinaturas cegas”, uma técnica para assinar dados sem revelar seu conteúdo. Essa técnica fundamentou transações digitais com foco em privacidade.

Em 1991, os matemáticos Stuart Haber e W. Scott Stornetta desenvolveram um método para atribuir carimbos de data confiáveis a documentos digitais, com o objetivo de evitar modificações não autorizadas. Um ano depois, adicionaram uma estrutura de dados em cadeia para armazenar documentos — uma versão inicial do que hoje conhecemos como blockchain.

Somente em 2008 a blockchain ganhou notoriedade, quando Satoshi Nakamoto publicou o whitepaper do Bitcoin. Foi a primeira aplicação bem-sucedida da tecnologia como um livro-razão público e descentralizado para o envio de moeda digital sem a intermediação de bancos. Essa aplicação foi revolucionária, pois combinou a tecnologia com incentivos econômicos e criptografia em um sistema funcional.

Embora Satoshi Nakamoto não tenha sido o inventor do conceito de blockchain, ele é considerado o criador da tecnologia blockchain moderna, como é usada atualmente em criptomoedas.

Considerações finais

A tecnologia blockchain é uma forma inovadora de registrar dados de maneira segura, transparente e imutável, sem a necessidade de intermediários centrais. A tecnologia utiliza criptografia, descentralização e mecanismos de consenso para garantir a confiança nas redes. Embora as blockchains enfrentem desafios como consumo de energia e escalabilidade, elas oferecem aplicações promissoras tanto para setores financeiros quanto não financeiros. Graças ao desenvolvimento contínuo de métodos de validação mais eficientes, a tecnologia continua a evoluir rapidamente.