O que é Proof of Stake (PoS)?
A blockchain utiliza protocolos de consenso para obter um consenso distribuído. Um dos protocolos mais conhecidos é o Proof of Work (PoW), utilizado pelo Bitcoin [1]. Outro desses protocolos é o Proof of Stake (PoS), também denominado de Prova de Posse ou Prova de Participação ou Prova de Aposta.
O PoS é o consenso alternativo mais conhecido ao PoW, pois apresenta características semelhantes sem exigir alto gasto de energia [2]. Suas principais características incluem alta eficiência energética, alto desempenho e maior segurança.
Em vez de gastar tempo e recursos computacionais para vencer uma eleição do consenso como o Proof of Work, o PoS possui critérios sustentáveis para a eleição, que são estabelecidos baseados na posse ou no interesse que cada nó tem na rede. Mais especificamente, com base na quantidade de recursos em criptomoedas que cada nó possui [3]. Nesse caso, os votos dos participantes para a eleição são ponderados pelo investimento já realizado na rede, pois o peso pode obedecer a vários critérios. De certa forma, o PoS mantém a lógica da PoW, pois a posse de criptomoedas na rede é diretamente proporcional ao poder computacional na rede. Um dos desafios da PoS é o acompanhamento da evolução do estado de cada interessado na rede.
O PoS é um mecanismo alternativo para o consenso de Nakamoto, que seleciona o próximo nó de mineração com base no controle da moeda digital nativa da rede blockchain [4]. Por exemplo, os mineradores da blockchain Peercoin precisam provar a propriedade de uma certa quantidade de moeda Peercoin para minerar blocos. Desse modo, a prova de aposta alinha naturalmente os incentivos dos detentores de moeda digital na blockchain com seu bom funcionamento.
A Peercoin foi uma das primeiras moedas a propor a PoS. Atualmente, a Ethereum realizou trabalhos para a migração do PoW para PoS [3]. Também existem outros protocolos de PoS, como: Ouroboros [5], Snow-White [6] e o Tendermint usado em Eris e Casper para Ethereum. Eles possuem objetivos de projeto diferentes, favorecendo algumas propriedades não funcionais em detrimento de outras [4]. A prova de participação não seleciona necessariamente o próximo minerador com base na maior participação acionária. Por exemplo, a Nxt também usa um fator aleatório, e a Peercoin combina randomização e idade da moeda. O BitShares usa prova de aposta delegada, onde as contas podem delegar sua aposta a outras contas, ao invés de participar do processo de validação de transações diretamente. Os representantes se revezam em rodízio, assinando blocos.
Comparado o PoS com o PoW, o PoS é mais econômico porque bem menos poder computacional é usado na mineração e a latência também é menor. No entanto, a detenção passiva de ativos pode se tornar mais difícil.
Exemplos de Utilização do PoS em Blockchain
A blockchain Cardano utiliza o protocolo Ouroboros, considerado o primeiro protocolo de blockchain com segurança verificável e revisado por pares [7]. A Cardano foi a primeira blockchain a implementá-lo. Este protocolo permite a descentralização da rede, possibilitando sua expansão de forma sustentável em relação a requisitos globais sem comprometer a segurança. O protocolo é o auge de um esforço incansável, impulsionado por uma visão de sistemas de pagamento globais mais seguros e transparentes, e um meio para redistribuição de poder e controle de forma mais justa.
A Polkadot utiliza o Nominated Proof of Stake (NPoS), ou Prova de Participação Nomeada, na qual os nomeadores apóiam os validadores com sua própria aposta, como uma demonstração de fé no bom comportamento do validador [8]. O NPoS difere do conceito mais genérico do Delegated Proof of Stake (DPoS), ou Prova de Participação Delegada, pois os nomeadores estão sujeitos à perda da aposta se nomearem um validador incorreto.
A blockchain Solana utiliza um mecanismo de PoS para verificar as transações, gerenciar seu estoque de moedas e criar novas moedas [9]. Para participar deste sistema, os interessados precisam ter a criptomoeda nativa da Solana, denominada SOL. Os apostadores são recompensados por ajudar a validar o razão, delegando sua participação a nós validadores [10]. Esses validadores fazem o trabalho braçal de reproduzir o livro razão e enviar votos para uma conta de voto por nó, para a qual os apostadores podem delegar suas apostas. O restante dos nós usa os votos ponderados da aposta para selecionar um bloco quando surgem as bifurcações.
Na Cardano, Polkadot e Solana, os usuários demonstram suas intenções de se tornar validadores ao fazer as apostas, bloqueando a movimentação de seus próprios criptoativos [11]. Em outras palavras, para que um participante da rede se torne um validador, há a necessidade de colocar em jogo os seus próprios “tokens”, funcionando como uma garantia que as novas transações validadas por eles sejam legítimas. O protocolo que comanda esse mecanismo de consenso seleciona aleatoriamente um apostador e lhe fornece o direito de propor e adicionar novas transações confirmadas na blockchain [11].
[1] NAKAMOTO, S. Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System. 2008. Acesso em: 20 nov. 2020. Disponível em: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf.
[2] G. A. F. Rebello, G. F. Camilo, L. C. B. Guimarães, L. A. C. de Souza and O. C. M. B. Duarte, “On the Security and Performance of Proof-based Consensus Protocols”, 4th Conference on Cloud and Internet of Things (CIoT), 2020, pp. 67–74, doi: 10.1109/CIoT50422.2020.9244295.
[3] GREVE, F.; SAMPAIO, L.; ABIJAUDE, J.; COUTINHO, A. A.; BRITO, I.; QUEIROZ, S. Blockchain e a revolução do consenso sob demanda. In: Minicursos do Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos. Porto Alegre, RS: Sociedade Brasileira de Computação, 2018.
[4] XU, X.; WEBER, I.; STAPLES, M. Blockchain in software architecture. In: Architecture for Blockchain Applications. Cham: Springer International Publishing, 2019. p. 83–92. ISBN 978–3–030–03035–3. Acesso em: 20 nov. 2020. Disponível em: https://doi.org/10.1007/978-3-030-03035-3_5.
[5] Kiayias, A., Konstantinou, I., Russell, A., David, B. M., and Oliynykov, R. (2016). A provably secure proof-of-stake blockchain protocol. IACR Cryptology ePrint Archive, 2016:889.
[6] Bentov, I., Pass, R., and Shi, E. (2016). Snow white: Provably secure proofs of stake. IACR Cryptology ePrint Archive, 2016:919.
[7] Cardano — https://cardano.org/
[8] Polkadot Launch: Nominated Proof of Stake Phase — https://polkadot.network/launch-npos
[9] O que é Solana (SOL), a criptomoeda que é apontada como grande concorrente do Ethereum
[10] SOLANA — https://solana.com/validators
[11] Conheça a Solana, um dos blockchains que mais se destacou em 2021 — https://exame.com/future-of-money/conheca-a-solana-um-dos-blockchains-que-mais-se-destacou-em-2021/