As criptomoedas são ativos digitais descentralizados que operam numa rede peer-to-peer. Isto significa que os nós na rede são responsáveis por manter a segurança e integridade do sistema. Um dos principais desafios enfrentados por estas redes é a questão do consenso, ou seja, como garantir que todos os nós concordem com o estado do sistema. A Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT) é um mecanismo de consenso que ajuda a resolver este desafio. Neste artigo, iremos discutir o que é o BFT, como funciona e quais são as suas vantagens.

O que é um consenso?

O consenso é um componente crítico das redes descentralizadas, especialmente em criptomoedas. Em termos simples, o consenso refere-se a um processo pelo qual um grupo de indivíduos ou nós em uma rede chegam a um acordo sobre uma decisão ou transação específica. Nas criptomoedas, o consenso é crucial porque garante que todos os nós concordem com o estado do sistema e que nenhum ator malicioso possa interferir na rede.

Alcançar consenso numa rede descentralizada pode ser desafiante devido a vários fatores. Em primeiro lugar, não há autoridade central ou tomador de decisão numa rede descentralizada, o que torna difícil estabelecer confiança entre os nós. Em segundo lugar, os nós numa rede podem estar localizados em diferentes partes do mundo e ter diferentes interesses, o que torna difícil chegar a um acordo sobre decisões específicas. Por último, a rede pode ser vulnerável a ataques por atores maliciosos que visam perturbar o processo de consenso e manipular o sistema para seu próprio ganho.

Um dos principais desafios de alcançar consenso numa rede descentralizada é o problema dos “generais bizantinos”. Isto refere-se a um cenário hipotético em que um grupo de generais deve chegar a um acordo sobre um determinado curso de ação, mas alguns dos generais podem ser traidores que estão a trabalhar contra o grupo. Neste cenário, é essencial garantir que todos os generais leais concordem com o mesmo curso de ação para evitar que os traidores perturbem o sistema.

Numa rede descentralizada, o problema dos generais bizantinos é conhecido como o problema da Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT). BFT refere-se à capacidade de uma rede descentralizada de chegar a um consenso apesar da presença de nós maliciosos ou falhas. É um componente crítico da tecnologia blockchain, garantindo que todos os nós concordem com o estado do sistema e que as transações sejam seguras.

Para alcançar consenso numa rede descentralizada, foram desenvolvidos diferentes mecanismos de consenso. Estes incluem Prova de Trabalho (PoW), Prova de Participação (PoS) e DeleGate.iod Prova de Participação (DPoS). Cada mecanismo tem as suas forças e fraquezas, tornando-o adequado para diferentes aplicações de blockchain.

Em PoW, os mineiros competem para resolver problemas matemáticos complexos para validar transações e adicionar novos blocos à blockchain. O primeiro mineiro a resolver o problema recebe uma recompensa e pode adicionar o bloco à cadeia. No entanto, o PoW requer uma potência computacional significativa, tornando-o intensivo em energia e lento.

No PoS, os validadores são escolhidos com base no número de moedas que possuem, sendo responsáveis por validar transações e adicionar novos blocos à cadeia. O PoS é menos intensivo em termos de energia do que o PoW e mais rápido, mas pode ser vulnerável a ataques por atores maliciosos que possuem um número significativo de moedas.

DPoS é semelhante ao PoS, mas os validadores são eleitos pelos detentores de moedas e são responsáveis por validar transações e adicionar novos blocos à cadeia. O DPoS é mais rápido e mais eficiente em termos energéticos do que o PoW e o PoS, mas pode ser vulnerável à colusão entre validadores.

Apesar das vantagens desses mecanismos de consenso, eles podem não ser adequados para todas as aplicações de blockchain, especialmente aquelas que requerem um alto nível de segurança e confiabilidade. É aqui que o Falha Bizantina entra, fornecendo um mecanismo mais robusto e seguro para alcançar consenso em uma rede descentralizada.

O que é Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT)?

A Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT) é um mecanismo de consenso que permite a uma rede descentralizada chegar a um consenso apesar da presença de nós defeituosos ou maliciosos. O BFT foi introduzido pela primeira vez em 1982 por Leslie Lamport, Robert Shostak e Marshall Pease no seu artigo intitulado “O Problema dos Generais Bizantinos”. O artigo foi inspirado no problema dos generais bizantinos, um cenário hipotético em que os generais devem chegar a um acordo sobre um determinado curso de ação, mas alguns dos generais podem ser traidores que estão a trabalhar contra o grupo.

BFT funciona garantindo que todos os nós em uma rede concordem com uma decisão ou transação específica antes que seja considerada válida. Em um sistema baseado em BFT, todos os nós comunicam entre si e trocam mensagens para chegar a um acordo. Cada nó possui uma cópia da blockchain ou livro-razão e verifica transações antes de adicioná-las à cadeia.

Para garantir que a rede consiga resistir a nós com falhas ou maliciosos, o BFT requer um certo limiar de nós para concordar com uma decisão ou transação antes que seja considerada válida. Esse limiar é conhecido como o limiar de tolerância a falhas bizantinas e varia dependendo do tamanho e complexidade da rede. Por exemplo, numa rede com três nós, o limiar pode ser dois, significando que dois nós devem concordar com uma decisão ou transação antes que seja considerada válida.

BFT pode ser implementado de várias maneiras, incluindo Tolerância a Falhas Bizantinas Práticas (PBFT), Acordo Bizantino Federado (FBA) e ByzCoin. PBFT é um mecanismo de consenso baseado em BFT que é amplamente utilizado em redes de blockchain permissivas. Funciona dividindo os nós em diferentes papéis, incluindo nós primários, de backup e réplicas. O nó primário é responsável por coletar pedidos de transação e ordená-los antes de enviá-los para os nós de backup para verificação. Uma vez que os nós de backup verificam as transações, enviam a sua aprovação de volta ao nó primário, que em seguida transmite as transações aprovadas para os nós de réplica para execução.

FBA é um mecanismo de consenso baseado em BFT que é amplamente utilizado em sistemas descentralizados, incluindo Stellar e Ripple. Funciona permitindo que os nós votem numa decisão ou transação específica. Uma vez que um certo limiar de nós concorda com a decisão, esta é considerada válida.

ByzCoin é um mecanismo de consenso baseado em BFT que é utilizado na rede de blockchain ByzCoin. Funciona permitindo que os nós votem numa transação ou decisão específica. Uma vez que um determinado limiar de nós concorda com a transação, esta é considerada válida e adicionada ao blockchain.

Como funciona a Tolerância a Falhas Bizantinas?

Num sistema de Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT), os validadores desempenham um papel crucial na garantia de que a rede atinja o consenso. Os validadores são responsáveis por verificar transações e blocos antes de serem adicionados à blockchain. Esses validadores são selecionados a partir dos nós da rede com base em critérios específicos, como reputação ou participação na rede.

Uma vez selecionados os validadores, o processo de validação do bloco começa. No BFT, os blocos são validados através de um processo de vários passos. Primeiro, um validador propõe um bloco, que é então transmitido aos outros validadores para verificação. Cada validador verifica o bloco e transmite a sua aprovação ou rejeição aos outros validadores.

Para alcançar consenso, um determinado limiar de validadores deve aprovar o bloco. Este limiar é normalmente definido em dois terços do número total de validadores na rede. Uma vez atingido o limiar, o bloco é considerado válido e adicionado à blockchain.

O processo de validação de blocos em BFT é projetado para ser tolerante a falhas, o que significa que pode resistir à presença de validadores defeituosos ou maliciosos. Se um validador for considerado malicioso, pode ser removido da rede e um novo validador pode ser selecionado para substituí-lo.

Um dos principais benefícios do BFT é a finalidade. A finalidade significa que, uma vez que um bloco é adicionado ao blockchain, não pode ser removido ou alterado. Em outros mecanismos de consenso, como o Proof of Work (PoW), os blocos são considerados válidos uma vez que são adicionados à cadeia com um certo nível de confiança. No entanto, sempre existe uma pequena chance de que o bloco possa ser removido ou alterado se um ator malicioso ganhar controle da rede. O BFT elimina essa possibilidade ao garantir que, uma vez que um bloco é adicionado à cadeia, ele é final e não pode ser alterado.

Para alcançar a finalidade em BFT, um bloco deve ser confirmado por um certo número de validadores. Uma vez confirmado, o bloco é considerado final e não pode ser alterado. Isso oferece um alto nível de segurança para a rede e a torna adequada para aplicações que requerem um alto nível de confiança e segurança.

Quais são as vantagens da Tolerância a Falhas Bizantinas?

A Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT) tem várias vantagens sobre outros mecanismos de consenso. Uma das vantagens mais significativas do BFT é a sua capacidade de alcançar consenso de forma rápida e confiável. Isso o torna adequado para aplicações que requerem tempos rápidos de processamento de transações e altos níveis de confiabilidade, como transações financeiras e gestão da cadeia de abastecimento.

Outra vantagem do BFT é a sua capacidade de resistir a ataques de atores maliciosos. O BFT é projetado para ser tolerante a falhas, o que significa que pode continuar a funcionar mesmo que um certo número de validadores seja comprometido. Isso o torna altamente seguro e resistente a ataques, tornando-o uma escolha popular para aplicações que requerem um alto nível de segurança.

BFT também é altamente escalável, o que significa que pode lidar com um grande número de transações e utilizadores. Esta escalabilidade é alcançada através do uso de processamento paralelo e técnicas de fragmentação, que permitem à rede processar várias transações simultaneamente.

Exemplos do mundo real de BFT em ação incluem o protocolo Ripple e o algoritmo de consenso Tendermint. A Ripple utiliza uma variante de BFT chamada Algoritmo de Consenso do Protocolo Ripple (RPCA) para alcançar consenso entre seus validadores. Isso permitiu à Ripple processar milhares de transações por segundo, tornando-a uma das redes de pagamento mais rápidas e confiáveis do mundo.

Tendermint é outro exemplo de um algoritmo de consenso baseado em BFT. É usado por várias redes blockchain, incluindo Cosmos e Binance Smart Chain. Tendermint é altamente escalável, com a capacidade de lidar com milhares de transações por segundo, tornando-o adequado para uso em aplicações de alto tráfego.

Outro exemplo do mundo real de BFT em ação é a plataforma blockchain Hyperledger Fabric. O Hyperledger Fabric usa uma versão modificada de BFT chamada Tolerância a Falhas Bizantinas Prática (PBFT) para alcançar consenso entre seus validadores. Isso o tornou uma escolha popular para aplicações empresariais que exigem altos níveis de segurança e escalabilidade.

Conclusão

A Tolerância a Falhas Bizantinas é um mecanismo de consenso importante que ajuda a garantir a segurança e integridade das redes descentralizadas. Sua capacidade de lidar com falhas bizantinas e alcançar consenso em um sistema descentralizado tornou-o uma escolha popular para muitas aplicações blockchain. À medida que as criptomoedas continuam a evoluir, a BFT provavelmente permanecerá uma parte importante do panorama de consenso.