Blockchain básico: dos princípios à aplicação prática

Resumo dos Pontos Principais

• A blockchain é um sistema de registo de dados distribuído, que garante a imutabilidade dos dados de transação através da criptografia e de mecanismos de consenso.
• Ele estabeleceu a base tecnológica para ativos digitais como Bitcoin, Ethereum e está a mudar vários setores, incluindo finanças, cadeia de suprimentos, votação.
• A descentralização, a transparência e a segurança são as três características principais desta tecnologia.

Como a blockchain mudou as finanças modernas

A emergência da tecnologia blockchain rompeu com os modelos tradicionais de gestão de dados. Ao contrário de outras tecnologias da internet, ela introduz um novo mecanismo de confiança — não depende mais de instituições centrais, mas sim da colaboração entre múltiplos participantes em uma rede distribuída para manter a integridade dos dados.

Esta transformação manifestou-se inicialmente no setor das criptomoedas, mas a sua aplicação já se expandiu para muitos outros campos, como o rastreamento da cadeia de suprimentos, a gestão de registos médicos, sistemas de autenticação de identidade e até mecanismos de votação. Em qualquer setor, a blockchain promete oferecer maior transparência, segurança reforçada e custos de transação mais baixos.

Qual é a essência da blockchain?

Do ponto de vista técnico, a blockchain é um livro-razão distribuído, mantido por uma rede de computadores espalhados pelo mundo. Este livro-razão organiza todas as informações de transações em “blocos” de acordo com a ordem temporal, cada bloco está interligado por algoritmos criptográficos.

Ao contrário das bases de dados tradicionais geridas por uma única entidade, o design descentralizado da blockchain significa que ninguém pode controlar o sistema de forma unilateral. As transações entre participantes podem ser realizadas diretamente, sem a necessidade de intermediários. Esta arquitetura altera fundamentalmente a lógica da gestão de dados.

É importante notar que, embora existam vários tipos de blockchain, geralmente discutimos aqueles que são usados para registrar transações de ativos criptográficos em livros-razão distribuídos.

O desenvolvimento da blockchain

O surgimento do conceito moderno de blockchain pode ser rastreado até o início da década de 1990, quando dois pesquisadores—um cientista da computação e um físico—desenvolveram um modelo de blockchain baseado em criptografia para evitar a adulteração de documentos digitais. O trabalho deles inspirou uma grande quantidade de entusiastas da criptografia e programadores, que eventualmente resultou no primeiro aplicativo de blockchain verdadeiro: o Bitcoin.

Desde então, a influência desta tecnologia tem aumentado dia após dia. A adoção global de ativos digitais e a constante expansão dos cenários de aplicação fizeram com que o blockchain evoluísse de um conceito de nicho para uma força tecnológica que provoca transformações na indústria.

A principal vantagem da blockchain

Arquitetura descentralizada A informação é armazenada de forma descentralizada em muitos nós na rede, em vez de estar concentrada em um único servidor. Essa forma de armazenamento distribuído confere a redes descentralizadas em larga escala (como o Bitcoin) uma forte resistência a ataques.

Total transparência A maioria das blockchains públicas permite que todos os participantes vejam o mesmo registo completo de transações. Cada transação está sob supervisão pública, e qualquer pessoa pode verificar.

Permanência dos dados Uma vez que os dados são escritos na blockchain, é quase impossível modificá-los, a menos que se obtenha o consenso de toda a rede.

Mecanismo de proteção criptográfica Através de algoritmos criptográficos e mecanismos de consenso de rede, os dados dentro do sistema recebem múltiplas proteções, reduzindo significativamente o risco de serem adulterados.

Aumento da eficiência das transações Devido à eliminação de intermediários, a blockchain pode permitir um processamento de transações mais rápido e barato, com liquidações que podem ocorrer quase em tempo real.

Descentralização: A alma da blockchain

Em sistemas de blockchain, a descentralização significa que o poder e a tomada de decisões são dispersos entre os vários participantes da rede, em vez de estarem concentrados nas mãos de uma entidade governamental ou empresarial.

Nesta arquitetura, não existe um único controlador ou intermediário. Todas as transações são verificadas e registradas através de uma rede distribuída, e todos os participantes na rede assumem coletivamente a responsabilidade de manter a integridade do sistema. Isso transforma completamente a forma como as pessoas entendem a “confiança”.

Mecanismo de funcionamento da blockchain

O papel do livro razão A blockchain atua como um livro-razão digital seguro, registrando de forma confiável as transações entre diferentes partes e impedindo o acesso não autorizado.

Registo distribuído Quando uma transação ocorre (por exemplo, o usuário A transfere ativos digitais para o usuário B), essa transação é broadcast para uma rede de computadores em todo o mundo. Cada computador na rede valida a transação, verificando a autenticidade da assinatura digital e outros dados da transação.

Após a verificação, esta transação é empacotada em um novo bloco junto com outras transações verificadas. Este processo é semelhante a escrever uma nova página em um livro de contabilidade.

Vários blocos estão ligados entre si por meio de técnicas criptográficas, formando uma cadeia em constante crescimento. Cada bloco contém as características criptográficas do bloco anterior, o que garante que qualquer tentativa de adulterar o histórico seja imediatamente detectada.

Para garantir que todos os participantes cheguem a um consenso sobre o estado da blockchain, o sistema utiliza um mecanismo de consenso. Este é um conjunto de regras que permite aos nós da rede coordenar ações e chegar a um consenso sobre a validade de novas transações e o estado do sistema.

Da negociação ao registro: uma decomposição passo a passo

Primeiro passo: Início e validação da transação

Quando um usuário inicia uma transação, esta transação é enviada a cada nó na rede. Cada nó verifica, de acordo com regras predefinidas, a legitimidade da transação.

Passo 2: Elementos constitutivos do bloco

As transações verificadas são agrupadas em um novo bloco. Cada bloco contém:

• Dados de Negociação — Informações específicas sobre a negociação
• Timestamp — Regista o momento exato em que o bloco foi gerado
• Fingerprint de Dados — Identificador único gerado por um algoritmo de hash
• A impressão digital do bloco anterior — Este link conecta todos os blocos juntos

Terceiro passo: alcançar o consenso da rede

Para adicionar um novo bloco à cadeia, os participantes da rede devem concordar sobre sua validade. Isso é alcançado por meio de um algoritmo de consenso, dos quais os mais comuns são a Prova de Trabalho (PoW) e a Prova de Participação (PoS):

Proof of Work Mode Neste mecanismo (que o Bitcoin utiliza), os validadores precisam usar poder computacional para resolver problemas matemáticos complexos. O primeiro validador a resolver o problema ganha o direito de adicionar um novo bloco e recebe ativos criptográficos como recompensa. Este processo requer um grande investimento de recursos computacionais e energia elétrica.

Modelo de Prova de Participação A nova geração de blockchain (como o Ethereum) adota essa abordagem mais eficiente em termos de energia. Aqui, não há mineração competitiva, mas sim validadores que apostam ativos criptográficos para participar. Os nós são selecionados aleatoriamente a partir de um pool de validadores, com base no valor apostado, para gerar novos blocos. Os validadores são recompensados através de taxas de transação, e se houver má conduta, enfrentam o risco de ter seus ativos apostados confiscados.

Quarta etapa: a extensão da cadeia

Os blocos são adicionados à blockchain após serem confirmados. Cada bloco subsequente faz referência às informações do bloco anterior, este design garante a robustez estrutural de toda a cadeia, tornando-a resistente a qualquer forma de modificação não autorizada.

Passo cinco: Verificabilidade das informações

Outra característica da blockchain é a sua completa auditabilidade. Através de ferramentas de exploração de blocos disponíveis publicamente, qualquer pessoa pode visualizar os dados na cadeia, incluindo todas as informações de transações e os registos detalhados dos blocos.

Tomando a rede Bitcoin como exemplo, os usuários podem rastrear cada transação de Bitcoin, verificar o endereço do remetente, o endereço do destinatário, o montante da transferência e outras informações. É até possível retroceder até o primeiro bloco do sistema - o bloco gênese.

Criptografia: A pedra angular da segurança da blockchain

Para garantir a autenticidade, transparência e resistência à adulteração dos registos de transações, a blockchain depende da criptografia. A tecnologia mais crucial é a função hash - um algoritmo que converte dados de entrada de comprimento arbitrário em uma string de comprimento fixo.

Em sistemas de blockchain, as funções hash possuem a característica de resistência a colisões, ou seja, a probabilidade de encontrar duas entradas diferentes que gerem a mesma saída é extremamente baixa. Mas a característica chave é que, mesmo que a entrada mude apenas um pouco (como mudar a capitalização de uma letra), a saída será completamente diferente.

Tomando o algoritmo SHA256 como exemplo (amplamente utilizado em várias blockchains), qualquer pequena modificação na entrada resulta em um hash completamente diferente.

Além disso, a função hash é unidirecional - não é possível reverter a entrada original a partir da saída.

Como cada bloco contém o hash do bloco anterior, isso cria uma estrutura de blockchain sólida. Se alguém tentar adulterar um determinado bloco, terá que recalcular todos os blocos seguintes, o que é extremamente difícil do ponto de vista computacional e também terá um custo exorbitante.

Outra tecnologia criptográfica importante é a criptografia de chave pública (criptografia assimétrica). Ela garante que ambas as partes em uma transação possam interagir de forma segura e verificável.

O seu funcionamento é o seguinte: cada utilizador possui um par de chaves - uma chave privada que deve ser mantida em segredo e uma chave pública. Quando o utilizador inicia uma transação, ele assina a transação com a chave privada, gerando uma assinatura digital. Outros participantes da rede podem usar a chave pública do iniciador para verificar essa assinatura. Este mecanismo garante que apenas o verdadeiro proprietário da chave privada pode autorizar a transação, mas qualquer pessoa pode verificar a autenticidade da assinatura.

Explicação dos Mecanismos de Consenso

Algoritmo de consenso é um conjunto de mecanismos de coordenação que permite que os participantes em uma rede distribuída trabalhem em conjunto. Ele garante que, mesmo que alguns nós apresentem falhas, toda a rede ainda possa chegar a um consenso sobre o estado dos dados.

Este mecanismo garante que todos os nós na rede distribuída mantenham a mesma versão do livro-razão, que registra todas as transações executadas.

Quando milhares de nós mantêm a mesma cópia dos dados, é fácil surgirem problemas de desincronização ou de nós maliciosos. Assim, vários mecanismos de consenso nasceram para regular como os nós coordenam para alcançar um acordo.

Tipos principais de mecanismos de consenso

Prova de Trabalho (PoW) Este é o modelo de consenso original, que ainda desempenha um papel em redes como o Bitcoin. No PoW, os participantes competem para resolver problemas matemáticos difíceis para obter direitos de validação e recompensas. Isso exige o uso de dispositivos de computação de alto desempenho, resultando em um alto consumo de energia e, portanto, custos elevados.

Prova de Participação (PoS) O PoS foi projetado para superar algumas fraquezas do PoW. Neste modelo, não há competição de mineração. Em vez disso, o sistema escolhe os validadores com base no tamanho dos ativos digitais que eles têm em stake. O stake representa uma garantia. Os validadores selecionados recebem taxas de transação como incentivo, e podem perder seu stake em caso de comportamento malicioso.

Outros modos de consenso Além do PoW e do PoS, existem vários outros algoritmos de consenso no mercado. Alguns combinam características das duas abordagens principais, enquanto outros criam novas vias de consenso.

Prova de Direitos de Delegação (DPoS) Este mecanismo é semelhante ao PoS, mas com uma diferença crucial: os detentores de moeda não participam diretamente na validação, mas votam para eleger um grupo de representantes para criar blocos em seu nome.

Certificado de Autoridade (PoA) Este método considera a reputação ou identidade do validador, em vez da quantidade de ativos que possui. Os validadores são selecionados com base na confiabilidade e podem ser removidos da rede em caso de comportamentos inadequados.

As três formas de redes blockchain

cadeia pública

Uma cadeia pública é uma rede descentralizada completamente aberta, na qual qualquer pessoa pode se juntar livremente. Essas redes geralmente utilizam código aberto e operam de forma transparente, sem depender da confiança de terceiros. O Bitcoin e o Ethereum pertencem a esta categoria.

cadeia privada

Uma cadeia privada é uma rede fechada e controlada, geralmente possuída e operada por uma única organização. Ela limita os participantes e estabelece regras para decidir quem pode visualizar e registrar transações. Embora uma cadeia privada não seja descentralizada, pode ser distribuída, permitindo que múltiplos nós armazenem cópias dos dados.

cadeia de alianças

Uma blockchain de consórcio situa-se entre uma blockchain pública e uma privada, sendo estabelecida e gerida por várias organizações em conjunto. Esta rede pode ser tanto pública quanto restringida ao acesso, dependendo das necessidades dos participantes. Ao contrário de uma blockchain pública totalmente aberta ou de uma blockchain privada de controle único, o poder de validação em uma blockchain de consórcio é detido por vários participantes iguais. Se esses participantes conseguirem chegar a um consenso, as atualizações do sistema podem ser mais facilmente promovidas. Desde que a maioria dos membros continue a agir de forma honesta, o sistema pode manter a estabilidade.

Aplicações reais da blockchain

Apesar de a blockchain ainda estar em desenvolvimento inicial, já encontrou cenários de aplicação em várias indústrias.

negociação de ativos digitais

A blockchain suporta a criação e o registo de transações de ativos criptográficos. Comparado com a remessa internacional tradicional (que envolve múltiplos intermediários e taxas elevadas), a blockchain permite transferências de fundos mais rápidas, baratas e transparentes. Muitos utilizadores utilizam ativos como o Bitcoin para remessas globais.

Contratos inteligentes e aplicações descentralizadas

Os contratos inteligentes são códigos de programa que podem ser executados automaticamente, realizando ações predefinidas quando determinadas condições são atendidas. A blockchain oferece um ambiente seguro e descentralizado para criar e executar esses contratos.

Eles são amplamente utilizados em aplicações descentralizadas (DApp) e organizações autônomas (DAO), que são componentes importantes do ecossistema de finanças descentralizadas (DeFi). As plataformas DeFi oferecem serviços financeiros como empréstimos, financiamentos e trocas por meio da blockchain, sem depender de instituições financeiras tradicionais, democratizando assim o acesso a ferramentas financeiras.

Digitalização de ativos reais

Ativos físicos (como imóveis, ações, obras de arte) podem ser “tokenizados” - convertidos em representações digitais na blockchain. Esta abordagem pode melhorar a liquidez dos ativos e ampliar as oportunidades de investimento.

Sistema de Gestão de Identidade

A blockchain pode ser utilizada para estabelecer sistemas de identidade digital seguros e imutáveis, para verificar a identidade pessoal e proteger dados sensíveis. À medida que a vida se torna cada vez mais digital, a demanda por esse tipo de aplicação continuará a aumentar.

Votação democrática

A blockchain torna possível a votação segura e transparente, eliminando a oportunidade de fraude. Ela oferece um sistema de registro de votação descentralizado e à prova de adulterações.

Transparência da cadeia de suprimentos

A blockchain pode estabelecer um livro-razão que rastreia todas as transações na cadeia de suprimentos. Desta forma, cada transação é registrada como um bloco na cadeia, garantindo a imutabilidade e a transparência de todo o processo da cadeia de suprimentos.

Conclusão

A blockchain representa uma mudança de paradigma na gravação e armazenamento de dados. Ela traz não apenas avanços tecnológicos, mas também uma nova forma de estabelecer confiança na era digital. Desde transações ponto a ponto até novas formas de ativos digitais, passando pelo desenvolvimento de aplicações descentralizadas — a blockchain abre uma porta para novas possibilidades.

À medida que esta tecnologia continua a amadurecer, podemos esperar ver mais casos de uso criativos emergirem em várias áreas, como finanças, cadeias de suprimentos e autenticação de identidade.