Criptomoedas são ativos digitais descentralizados que operam em uma rede peer-to-peer. Isso significa que os nós na rede são responsáveis por manter a segurança e integridade do sistema. Um dos principais desafios enfrentados por essas 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 lidar com esse desafio. Neste artigo, discutiremos o que é BFT, como funciona e suas vantagens.

O que é um consenso?

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

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

Um dos principais desafios de alcançar consenso em uma rede descentralizada é o problema dos “generais bizantinos”. Isso se refere a um cenário hipotético no qual um grupo de generais deve chegar a um acordo sobre um determinado curso de ação, mas alguns dos generais podem ser traidores que estão trabalhando contra o grupo. Em tal cenário, é essencial garantir que todos os generais leais concordem com o mesmo curso de ação para evitar que os traidores perturbem o sistema.

Em uma rede descentralizada, o problema dos generais bizantinos é conhecido como o problema de 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 em uma rede descentralizada, diferentes mecanismos de consenso foram desenvolvidos. Estes incluem Prova de Trabalho (Proof of Work - PoW), Prova de Participação (Proof of Stake - PoS) e Delegação.iod Prova de Participação (DPoS). Cada mecanismo tem seus pontos fortes e fracos, tornando-o adequado para diferentes aplicações de blockchain.

No PoW, os mineradores competem para resolver problemas matemáticos complexos para validar transações e adicionar novos blocos à blockchain. O primeiro minerador 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, e são responsáveis por validar transações e adicionar novos blocos à cadeia. PoS é menos intensivo em energia do que PoW e mais rápido, mas pode ser vulnerável a ataques de atores maliciosos que possuam 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. DPoS é mais rápido e mais eficiente em termos de energia do que PoW e 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 BFT 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 alcançar um consenso apesar da presença de nós defeituosos ou maliciosos. A BFT foi introduzida pela primeira vez em 1982 por Leslie Lamport, Robert Shostak e Marshall Pease em seu artigo intitulado “O Problema dos Generais Bizantinos”. O artigo foi inspirado no problema dos generais bizantinos, um cenário hipotético no qual os generais devem chegar a um acordo sobre um curso de ação específico, mas alguns dos generais podem ser traidores que estão trabalhando 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 se comunicam entre si e trocam mensagens para chegar a um acordo. Cada nó possui uma cópia do blockchain ou livro-razão e verifica transações antes de adicioná-las à cadeia.

Para garantir que a rede possa suportar 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, em uma 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 amplamente utilizado em redes de blockchain com permissão. Funciona dividindo os nós em diferentes funções, incluindo nós primários, de backup e de réplica. O nó primário é responsável por coletar solicitações de transação e ordená-las antes de enviá-las para os nós de backup para verificação. Uma vez que os nós de backup verificam as transações, eles enviam sua aprovação de volta ao nó primário, que então 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 em uma decisão ou transação específica. Uma vez que um determinado limiar de nós concorda com a decisão, ela é considerada válida.

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

Como funciona a Tolerância a Falhas Bizantinas?

Em um sistema de Tolerância a Falhas Bizantinas (BFT), os validadores desempenham um papel crucial para garantir que a rede alcance o consenso. Os validadores são responsáveis por verificar transações e blocos antes de serem adicionados ao blockchain. Esses validadores são selecionados entre os nós da rede com base em determinados critérios, como reputação ou participação na rede.

Uma vez que os validadores são selecionados, o processo de validação do bloco começa. No BFT, os blocos são validados por meio 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 sua aprovação ou rejeição aos outros validadores.

Para atingir consenso, um certo limiar de validadores deve aprovar o bloco. Esse limiar é tipicamente definido em dois terços do número total de validadores na rede. Uma vez que o limiar é atingido, o bloco é considerado válido e adicionado ao blockchain.

O processo de validação de bloco em BFT é projetado para ser tolerante a falhas, ou seja, pode suportar a presença de validadores defeituosos ou maliciosos. Se um validador for considerado malicioso, ele pode ser removido da rede e um novo validador pode ser selecionado para substituí-lo.

Um dos principais benefícios do BFT é a finalidade. Finalidade significa que uma vez que um bloco é adicionado à blockchain, não pode ser removido ou alterado. Em outros mecanismos de consenso, como Prova de Trabalho (PoW), os blocos são considerados válidos assim que são adicionados à cadeia com um certo nível de confiança. No entanto, há sempre 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, garantindo 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 que o bloco é confirmado, ele é considerado final e não pode ser alterado. Isso proporciona um alto nível de segurança para a rede e a torna adequada para aplicações que exigem um alto nível de confiança e segurança.

Quais são as vantagens da Tolerância a Falhas Bizantinas?

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

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 ele pode continuar a funcionar mesmo se um certo número de validadores for comprometido. Isso o torna altamente seguro e resistente a ataques, tornando-o uma escolha popular para aplicações que exigem um alto nível de segurança.

BFT também é altamente escalável, o que significa que pode lidar com um grande número de transações e usuários. Essa escalabilidade é alcançada por meio do uso de processamento paralelo e técnicas de fragmentação, que permitem que a rede processe várias transações simultaneamente.

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

Tendermint é outro exemplo de um algoritmo de consenso baseado em BFT. É utilizado por várias redes blockchain, incluindo Cosmos e Binance Smart Chain. Tendermint é altamente escalável, com capacidade para 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 de blockchain Hyperledger Fabric. O Hyperledger Fabric usa uma versão modificada de BFT chamada Tolerância a Falhas Bizantinas Práticas (PBFT) para alcançar consenso entre seus validadores. Isso o tornou uma escolha popular para aplicativos 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 de redes descentralizadas. Sua capacidade de lidar com falhas bizantinas e alcançar consenso em um sistema descentralizado tornou-o uma escolha popular para muitas aplicações de blockchain. À medida que as criptomoedas continuam a evoluir, é provável que a BFT permaneça uma parte importante do panorama de consenso.