O mecanismo de consenso de um blockchain é responsável por validar a validade das transações e adicioná-las ao blockchain em uma sequência precisa. Dependendo do mecanismo de consenso escolhido, a eficiência dos processos de validação e ordenação difere, resultando em diferentes níveis de throughput. No mundo dos blockchains, Solana é uma cadeia de alto desempenho, com um tempo de bloco de 400ms e transações por segundo (TPS) em média entre 2,000 to 3,000, com um pico teórico de TPS de 65.000 (para referência, o TPS do Ethereum é aproximadamente 12).

Este artigo tem como objetivo destacar um par de arquiteturas da Solana que desempenham um papel crítico para contribuir com sua alta taxa de transferência, nomeadamente o mecanismo de consenso Delegated Proof-of-Stake (DPoS) e o mecanismo Proof-of-History (PoH).

1. Mecanismo de Consenso Tradicional

Vamos começar por compreender um dos principais gargalos existentes das blockchains: escalabilidade.

Cada nó em uma rede blockchain descentralizada tem seu próprio relógio interno pelo qual opera. Quando ocorre uma transação, os nós registrarão a transação de acordo com este relógio do sistema local.

Relógio interno do nó

A confirmação ou rejeição eventual das transações também será carimbada com base neste bloco do sistema local. Com mecanismos de consenso tradicionais como Prova de Trabalho (PoW)eProva de Participação (PoS), todos os nós terão que se comunicar entre si para estabelecer que o tempo passou.

Para uma blockchain descentralizada com milhares de nós em todo o mundo, é provável que as discrepâncias entre os relógios do sistema local dos nós venham à tona, resultando em timestamps de transações diferentes entre os nós. Isso se torna um problema quando os nós precisam chegar a um consenso sobre quais transações ocorreram e a ordem delas no bloco. Isso é conhecido como o problema de sincronização de timestamps e se torna mais grave e complexo quando uma rede aumenta sua descentralização ao aumentar o número de nós.

Eventualmente, isso cria um caminho possível para ataques maliciosos. A discrepância no tempo permite que atores maliciosos transmitam transações falsas que são semelhantes aos carimbos de hora reais na tentativa de assumir o controle da rede. Para evitar essa manipulação de transações, é necessário gastar muito tempo e poder de processamento para verificar a precisão do carimbo de hora. Isso pode resultar potencialmente em atraso na confirmação do bloco ou até mesmo rejeição do bloco (os nós podem votar para que o bloco seja inválido devido aos carimbos de hora diferentes).

2. O que é a Prova de História (PoH)

Proof-of-History (PoH) é usado no Solana para provar que as transações são colocadas na sequência correta, e isso pode ser facilmente verificado pelos validadores na rede.

Ao contrário do que foi mencionado na seção 1, onde os nós têm seus relógios individuais, PoH pode ser considerado como um bloco global que todos os nós usam para verificar a passagem do tempo entre dois eventos. Com este relógio universal, os nós visualizam o mesmo registro histórico de transações, abstraindo qualquer desacordo potencial sobre a ordem das transações. Isso permite que o consenso seja alcançado rapidamente e reduz significativamente o tempo necessário para que uma transação seja verificada e adicionada ao blockchain.

PoH baseia-se em um método criptográfico para criar um registro contínuo e cronológico de transações. Vamos nos aprofundar um pouco mais nisso.

3. Mergulho técnico em PoH

Cada transação é processada através do SHA-256, uma função de hash criptográfica conhecida por sua capacidade de receber qualquer entrada e produzir uma saída única e imprevisível. Quando uma transação é hashada, sua saída se torna a entrada para o hash da próxima transação. Esse processo resulta em uma ordem embutida de transações dentro das saídas hashadas, criando uma cadeia longa e contínua.

PoH alavanca Funções de Atraso Verificáveis (VDFs), que são essenciais na verificação da passagem do tempo dentro da blockchain. VDFs são funções computacionalmente intensivas que não só dependem do hash anterior, mas também incorporam o tempo decorrido. Esse mecanismo permite que o Solana demonstre, criptograficamente, que o tempo real passou na geração de saídas sequenciais. Como resultado, há uma ordem clara e verificável de transações, garantindo uma linha do tempo consistente de eventos. Os validadores podem facilmente verificar quanto tempo passou, aumentando ainda mais a confiabilidade da rede.

O uso de PoH no Solana adiciona uma camada robusta de segurança e integridade. Alterar qualquer parte da cadeia de hash exigiria recalcular todos os hashes subsequentes, um esforço intensivo que protege a rede contra alterações.

PoH reduz significativamente a quantidade de informações que os validadores precisam processar por bloco. Ao usar versões hash das últimas transações do estado, os tempos de confirmação do bloco são drasticamente reduzidos. Quando os validadores (ou nós replicadores) recebem um bloco, a sequência PoH fornece a eles uma ordem de transação criptograficamente confiável, na qual eles podem confiar sem re-verificação. Essa eficiência é vital para acelerar o mecanismo de consenso, já que a rede pode selecionar e passar rapidamente para o próximo validador para validação do bloco.

4. Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

Com uma melhor compreensão do PoH, esta seção explica como o PoH é utilizado no mecanismo de consenso da Solana - DPoS.

No DPoS, cada validador que aposta $SOL será capaz de participar na governança da rede - votando na validade dos blocos e se devem ser adicionados ao blockchain. Os detentores de $SOL (eu e você) que preferem não participar diretamente no processo de apostas podem delegar seus tokens a outros validadores, efetivamente tornando-os delegados. Este processo de delegação aloca os direitos de voto dos delegados (proporcionais à quantidade de $SOL que possuem) a esses validadores. Em troca de apostar $SOL, os delegados receberão uma parte da recompensa do bloco.

O sistema DPoS opera com o princípio de que os nós com participações maiores têm uma probabilidade maior de serem escolhidos para validar transações e adicioná-las ao blockchain. Essa oportunidade de ganhar recompensas em bloco incentiva os nós a manter um alto nível de desempenho e integridade.

Dado um entendimento tanto de DPoS quanto de PoH, vamos juntar o conhecimento para ter uma visão geral de como será a confirmação de bloco típica na Solana.

5. Visão Geral de Alto Nível do Mecanismo de Consenso da Solana

1. Seleção de um Nó Líder
   O nó líder será responsável por gerar uma sequência de PoH (ordenar transações) e criar blocos.
   Esse processo de seleção é baseado no peso da participação que um nó tem, o qual é aumentado quando os detentores de tokens delegam a eles. O papel de líder será rotacionado entre os validadores.
2. Timestamping Transações
   O nó líder receberá transações e as carimbará usando PoH para dar origem a uma ordem de transação.
3. Criação de Blocos
   Com a sequência do PoH, o nó líder então procede para criar um bloco
4. Propagação de Bloco
   O novo bloco criado será enviado para nodos replicantes (os outros validadores dentro da rede descentralizada)
5. Verificação de Validade da Transação
   Os nós replicadores verificarão os seguintes dois componentes:
   Ordem de Transação: Verifique se as transações estão na ordem correta usando a sequência de PoH. Como é um relógio universal, essa verificação não requer comunicação de ida e volta entre os nós (como nos mecanismos de consenso comuns como PoW e PoS).
   Validade da Transação: Verificar se as transações seguem as regras da rede e são válidas.
6. Finalização de Bloco
   Após verificação da ordem e validade da transação, o bloco será adicionado à blockchain. O próximo nó líder será selecionado, e o processo começa novamente.

6. Conclusão

Solana tem trabalhado incansavelmente para melhorar a arquitetura de sua blockchain, com desenvolvimentos recentes incluindo QUIC, mercado de taxas localizadas ponderadas pela participação. Além disso, o ecossistema está antecipando uma melhoria significativa em sua eficiência com o lançamento deFiredancerVale a pena ficar de olho nos novos casos de uso que podem ser construídos em cima do Solana com sua arquitetura única - OPOS (Apenas Possível no Solana).

Entretanto, não deixe de conferir os protocolos construídos em Solana aquie tente interagir com eles!

Referências

1. Helius | Prova de História, Prova de Participação, Prova de Trabalho - Explicado
2. Anatoly | Prova de História: Um Relógio para Blockchain
3. Gêmeos | Solana (SOL): Dimensionando Cripto para as Massas

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