O que é o double spending problem e como é resolvido?

O que é o double spending problem?

O double spending problem é um problema fundamental nos sistemas de pagamento digitais, no qual a mesma unidade digital é gasta mais de uma vez. Com o dinheiro físico, isso é praticamente impossível, pois uma cédula só pode ser entregue uma única vez. As criptomoedas, por outro lado, existem apenas como dados e, teoricamente, podem ser copiadas ou reenviadas. Sem mecanismos de segurança adicionais, a mesma criptomoeda ou token poderia ser utilizada várias vezes.

Exemplo
Imagine que uma pessoa utilize 0,01 Bitcoin para pagar algo online. Ao mesmo tempo, essa pessoa envia uma segunda transação utilizando exatamente os mesmos 0,01 Bitcoin para um amigo. Ambas as transações são transmitidas para a rede aproximadamente ao mesmo tempo, antes de serem confirmadas na blockchain. No final, apenas uma dessas transações pode ser incluída na blockchain. A outra é rejeitada, pois o mesmo Bitcoin não pode ser gasto duas vezes. Se um comerciante aceitar o pagamento antes de ele ser incluído na blockchain, pode acontecer de o produto ser enviado e, posteriormente, verificar-se que o pagamento era inválido.

O double spending problem surgiu na era digital, quando se tornou claro que a escassez digital não é automática. Enquanto os objetos físicos são naturalmente escassos, as criptomoedas exigiram uma solução técnica que garantisse que cada unidade pudesse ser gasta apenas uma vez.

Pontos principais

• O double spending problem é o problema pelo qual a mesma unidade de dinheiro digital pode ser gasta mais de uma vez.
• Como o dinheiro digital é composto por dados, pode ser copiado ou reenviado sem proteção adicional.
• Os bancos evitam isso por meio de controle centralizado, mas nas criptomoedas isso é mais complexo devido à sua natureza descentralizada.
• A tecnologia blockchain evita o double spending problem ao registrar as transações em blocos e validá-las coletivamente por consenso.
• Isso permite que o dinheiro digital funcione sem um intermediário central.

Por que o double spending problem é um problema no dinheiro digital?

O problema do dinheiro digital é que ele consiste apenas em dados. Sem controles adicionais, não é possível determinar se a mesma unidade digital já foi gasta anteriormente. Além disso, um ficheiro digital pode ser facilmente copiado, tornando difícil identificar qual versão é a “autêntica”. Se várias cópias do mesmo dinheiro digital puderem ser utilizadas simultaneamente, o dinheiro perde o seu valor e a sua fiabilidade.

Para evitar isso, é essencial, por exemplo para bancos online, que cada pagamento seja definitivo. No momento em que surge a dúvida sobre se o dinheiro já foi gasto, a confiança no sistema desaparece. Como resultado, o double spending problem pode fazer com que o dinheiro digital perca a sua fiabilidade como meio de pagamento.

Os bancos podem evitar este problema graças ao seu papel central, mantendo um livro-razão centralizado. Nesse livro, é registado com precisão o saldo de cada conta. Em cada pagamento, o banco verifica se existe saldo suficiente e ajusta-o imediatamente após a transação.

Como todas as transações passam por uma única entidade central, a mesma quantia de dinheiro não pode ser gasta várias vezes. O sistema financeiro bancário funciona inteiramente com base na confiança nos bancos e noutras instituições financeiras como terceiros. Como as criptomoedas operam sem uma entidade central, o problema torna-se ligeiramente mais complexo.

Por que o double spending problem é mais complexo nas criptomoedas?

As criptomoedas foram concebidas para permitir transações peer-to-peer, ou seja, sem um intermediário central como um banco. Em vez disso, funcionam através de uma rede descentralizada de computadores, também chamados de nodes. Cada node possui uma cópia do livro-razão digital e recebe transações de forma independente dos outros nodes.

Como as transações necessitam de tempo para se propagarem pela rede e devem ser validadas, existe um período temporário em que a rede ainda não alcançou consenso. Durante esse período, um utilizador pode enviar várias transações conflitantes utilizando a mesma criptomoeda. Por isso, são necessários mecanismos de segurança adicionais para que a rede possa determinar quais transações são válidas e quais não são.

Ataques de double spending problem nas criptomoedas

Devido à estrutura descentralizada das blockchains, utilizadores mal-intencionados podem tentar ataques que exploram o intervalo de tempo entre o envio e a receção das transações. Para além do exemplo clássico, existem vários tipos de ataques, como o race attack, o Finney attack e o 51% attack.

O que é um race attack?

Num race attack, um atacante envia quase simultaneamente várias transações a partir da mesma wallet para diferentes destinatários, por exemplo para obter um produto, mesmo não havendo saldo suficiente para cobrir todas as transações. Os destinatários que aceitam essas transações não confirmadas podem enviar os produtos antes de a rede validar as transações. No final, apenas uma dessas transações é aprovada e incluída na blockchain, enquanto as restantes são rejeitadas.

O que é um Finney attack?

Um Finney attack é uma forma avançada do double spending problem e requer uma elevada capacidade de mineração. O atacante começa por minerar um bloco válido, mas não o divulga imediatamente à rede. Esse bloco contém uma transação na qual o atacante gasta as suas próprias coins. Enquanto a rede ainda não tem conhecimento disso, o atacante utiliza as mesmas coins para efetuar um pagamento a um comerciante que aceita transações não confirmadas. Após o pagamento ser efetuado, o atacante publica o bloco minerado, tornando o pagamento ao comerciante inválido. Este ataque recebeu o nome de Hal Finney, um dos primeiros desenvolvedores de Bitcoin, que descreveu teoricamente este cenário para demonstrar os riscos das transações não confirmadas.

O que é um 51% attack?

Num 51% attack, um grupo de atacantes controla mais de metade da capacidade de computação total da rede. Por deterem a maioria, podem decidir quais blocos são aceites e até reescrever transações. Em redes grandes como Bitcoin, isto é extremamente difícil e dispendioso na prática, mas teoricamente continua a ser possível.

Como a blockchain evita o double spending problem?

Os mecanismos de consenso, como o Proof-of-Work (PoW) e o Proof-of-Stake (PoS), garantem que a rede chegue a um acordo coletivo sobre quais transações são válidas. Desta forma, a tecnologia blockchain resolve o double spending problem sem uma autoridade central. Todas as transações são registadas num livro-razão distribuído e público. As transações são agrupadas em blocos, e cada bloco está ligado criptograficamente ao bloco anterior. Assim, forma-se uma cadeia, a blockchain, que é praticamente imutável. Para manipular transações, um atacante teria de empregar enormes quantidades de capacidade de computação e capital, tornando esse tipo de ataque economicamente pouco atrativo.

Uma proteção adicional contra o double spending problem consiste em aguardar múltiplas confirmações. Uma confirmação ocorre quando uma transação é incluída num bloco minerado. Quanto mais blocos forem adicionados acima desse bloco, menor será a probabilidade de a transação ser revertida. No caso do Bitcoin, é comum aguardar entre duas e seis confirmações antes de considerar um pagamento como definitivo. Este mecanismo também protege contra divisões temporárias da blockchain, uma vez que a rede seleciona automaticamente a cadeia mais longa como cadeia principal.

Por que o double spending problem é tão importante?

A resolução do double spending problem é essencial para o funcionamento das criptomoedas. Sem uma forma fiável de evitar gastos duplos, o dinheiro digital não consegue manter valor nem funcionar como meio de pagamento.

A tecnologia blockchain garante que as transações digitais sejam verificadas por uma rede em vez de por uma única entidade central. A prevenção do double spending problem é, portanto, fundamental, pois sem essa proteção o dinheiro digital não seria fiável.

Considerações finais

O double spending problem representa um dos maiores desafios do dinheiro digital e uma diferença fundamental entre os sistemas financeiros tradicionais e as criptomoedas. Enquanto os bancos impõem confiança através de controlo centralizado, a tecnologia blockchain utiliza uma rede descentralizada para evitar gastos duplos. Por meio de mecanismos de consenso, blocos e confirmações, a rede determina quais transações são válidas. Sem esta solução, as criptomoedas não poderiam funcionar de forma fiável como meio de pagamento. A prevenção do double spending problem é, portanto, um pilar essencial da tecnologia blockchain.