Desvendar o mecanismo de Mineração de ativos de criptografia: da teoria à prática

Visão Rápida dos Pontos Principais

• A mineração é o processo chave na rede blockchain para validar transações e criar novas moedas.
• Os mineradores competem com poder computacional para resolver problemas complexos e ganhar recompensas em blocos
• Os equipamentos de mineração evoluíram de CPU para GPU e depois para ASIC, com eficiência em constante melhoria.
• As despesas de eletricidade, custos de hardware, flutuações de preços de moedas e mudanças nos protocolos afetam os lucros da mineração
• As piscinas de mineração e a mineração em nuvem oferecem oportunidades de participação para pequenos mineradores.

Compreender a mineração do zero

Imagine um livro-razão distribuído globalmente que registra cada transação de criptomoeda. Este livro-razão precisa ser mantido e verificado por alguém — essa é a missão central da mineração.

Os mineradores utilizam equipamentos de computação especializados para resolver problemas de criptografia (essencialmente, adivinhando repetidamente números) a fim de organizar e confirmar transações pendentes. Quem resolver o problema primeiro, recebe uma recompensa na forma de criptomoeda. Este mecanismo parece simples, mas na verdade carrega a responsabilidade de proteger a segurança de toda a rede.

Por que a mineração é tão importante?

A mineração garante a segurança de criptomoedas como o Bitcoin. Através deste processo, as transações dos usuários são verificadas e adicionadas ao livro-razão público da blockchain. A mineração é a pedra angular que mantém a operação descentralizada da rede Bitcoin - sem a necessidade de uma entidade de gestão central, todo o sistema continua a funcionar de forma eficiente.

Ao mesmo tempo, a mineração também é responsável por injetar novas moedas em circulação. Embora possa parecer uma “impressão de dinheiro”, a mineração de criptomoedas está sujeita a regras rigorosas. Essas regras são escritas no protocolo subjacente e executadas por uma rede de nós distribuídos, impedindo a emissão arbitrária de novas moedas. Os mineradores resolvem enigmas consumindo recursos computacionais e recebem tokens recém-gerados como recompensa - é uma “criação” custosa, e não uma “emissão” feita do nada.

O processo específico de mineração

versão simplificada

Primeiro passo: Empacotamento de transações Quando um usuário envia ou recebe criptomoeda, todas as transações pendentes são coletadas em um “bloco” para aguardar confirmação.

Segundo passo: resolver o enigma Os mineradores usam computadores para tentar incessantemente encontrar um número especial (chamado de nonce). Quando esse número é combinado com os dados do bloco, gera um resultado inferior ao valor alvo - como participar de uma lotaria digital com senha.

Terceiro passo: Adição do bloco à cadeia O primeiro minerador a resolver o enigma ganha o direito de adicionar seu bloco à cadeia de blocos. Outros nós verificam a validade desse bloco.

Quarta etapa: Receber recompensas Os mineradores vencedores recebem duas partes dos lucros: a nova criptomoeda gerada + todas as taxas de transação contidas nesse bloco.

Análise Profunda

Todas as novas transações entram primeiro numa área de espera chamada “pool de memória”. Os nós de validação verificam a autenticidade dessas transações. A tarefa dos mineiros é extrair transações do pool de memória e organizá-las em blocos candidatos.

É importante notar que nem todos os mineradores executam nós de validação - embora alguns mineradores desempenhem ambas as funções, os nós de mineração e os nós de validação são tecnicamente diferentes.

Um bloco pode ser entendido como uma página do livro-razão da blockchain, que registra várias transações e outros dados. Especificamente, os nós de mineração coletam transações não confirmadas e as combinam em blocos candidatos. Em seguida, os mineradores tentam transformar os blocos candidatos em blocos confirmados, o que requer a solução de um problema matemático complexo, consumindo uma grande quantidade de poder computacional. Cada vez que um bloco é criado com sucesso, o minerador recebe uma recompensa de bloco - incluindo novos tokens e taxas de transação.

Detalhes técnicos: cinco etapas chave

Passo um: Hash de transação

A primeira fase da mineração é obter transações do pool de memória, processando-as uma a uma através de uma função hash. Quando os dados são hashados, o minerador obtém um resultado de tamanho fixo - o valor hash. No contexto da mineração, o hash de cada transação é um identificador composto por uma sequência de números e letras.

Além de realizar o hash e a confirmação de transações individuais, os mineradores também adicionam uma transação especial que envia a recompensa do bloco para si mesmos. Essa transação é chamada de transação coinbase, e ela cria novas moedas. Normalmente, a transação coinbase é adicionada primeiro ao novo bloco, seguida pela fila de transações pendentes de confirmação.

Passo dois: Construir a árvore de Merkle

Após a conclusão do hash da transação, esses valores de hash são organizados em uma estrutura chamada árvore de Merkle (ou árvore de hash). A árvore de Merkle é formada emparelhando os hashes das transações e fazendo um novo hash. O hash gerado novamente é emparelhado e hashado. Esse processo é repetido até que reste apenas um hash - o hash raiz (ou raiz de Merkle). Este hash raiz abrange todos os hashes anteriores usados para criá-lo.

Passo Três: Procurar cabeçalhos de bloco válidos

O cabeçalho do bloco atua como um identificador único para cada bloco. Ao criar um novo bloco, os mineradores combinam o hash do bloco anterior com o hash da raiz do bloco candidato para obter o novo hash do bloco. Ao mesmo tempo, um número aleatório (nonce) é adicionado. Para validar o bloco candidato, os mineradores devem combinar o hash da raiz, o hash do bloco anterior e o valor nonce e, em seguida, realizar o hash. Esse processo continua até que um hash válido seja encontrado.

Devido ao hash da raiz e ao hash do bloco anterior serem imutáveis, os mineradores podem apenas alterar o valor nonce até encontrarem um hash válido que atenda aos critérios. Esse hash deve ser menor que o valor alvo estipulado pelo protocolo. Na rede Bitcoin, o hash do bloco deve começar com um número específico de zeros - esse valor alvo é chamado de dificuldade de mineração.

Passo Quatro: Difundir o Bloco

Os mineradores realizam repetidamente cálculos de hash do cabeçalho do bloco com diferentes valores de nonce até encontrarem um hash de bloco válido. Após descobrir um hash válido, o minerador transmite o bloco para a rede. Todos os outros nós verificam a validade do bloco, e se for aprovado, o adicionam à sua própria cópia da blockchain. Nesse momento, o bloco candidato torna-se o bloco confirmado, e todos os mineradores começam a minerar o próximo bloco. Mineradores que não conseguem encontrar um hash válido descartam seu bloco candidato e reiniciam um novo ciclo de mineração.

Situação em que dois blocos aparecem ao mesmo tempo

Às vezes, dois mineradores transmitem quase ao mesmo tempo blocos válidos, resultando em dois blocos concorrentes na rede. Os usuários começam a minerar o bloco que recebem primeiro. Isso temporariamente divide a rede em duas versões da blockchain. A concorrência continua até que o próximo bloco seja minerado e supere todos os blocos concorrentes. Após a geração do novo bloco, o bloco anterior do minerador é considerado o vencedor. O bloco abandonado do outro minerador é chamado de bloco isolado ou bloco desconectado. O minerador que escolheu esse bloco imediatamente muda para o bloco vencedor, baseado na sua continuidade de mineração.

Ajuste dinâmico da dificuldade de mineração

A dificuldade de mineração é ajustada continuamente pelo protocolo, garantindo que a geração de novos blocos mantenha um ritmo estável, permitindo assim uma emissão previsível de novas moedas. A dificuldade varia de acordo com a capacidade de computação total da rede (hashrate).

Quando novos mineradores se juntam à rede e a competição aumenta, a dificuldade de hash sobe, evitando a redução do tempo de geração de blocos. Por outro lado, se muitos mineradores saírem da rede, a dificuldade de hash diminuirá, tornando a criação de novos blocos relativamente fácil. Este mecanismo de ajuste automático mantém a estabilidade do tempo de geração de blocos, independentemente de como a capacidade de computação total da rede muda.

Várias maneiras de minerar

Os equipamentos e processos de mineração de criptomoedas estão em constante atualização com a evolução de novas tecnologias e algoritmos de consenso. Os mineradores geralmente utilizam dispositivos de computação especializados para resolver equações criptográficas complexas. Aqui estão algumas das formas mais comuns:

mineração de CPU

A mineração com a Unidade Central de Processamento (CPU) envolve o uso do CPU de um computador para executar cálculos de hash sob o modelo de consenso Proof of Work (PoW). Nos primeiros dias do Bitcoin, os custos de mineração eram baixos e a barreira de entrada também era baixa, permitindo que CPUs de computadores comuns pudessem resolver os problemas. Naquela época, qualquer um podia tentar minerar.

No entanto, à medida que o número de mineradores aumenta e o poder de hash da rede cresce, a dificuldade de mineração lucrativa também sobe. O surgimento de equipamentos profissionais, cuja capacidade de cálculo supera em muito a dos processadores de consumo, fez com que a mineração com CPU perdesse gradualmente a competitividade. Hoje em dia, a mineração com CPU já não é viável, pois a grande maioria dos mineradores já migrou para equipamentos profissionais.

mineração de GPU

As placas gráficas (GPU) são projetadas para processar grandes quantidades de operações simultaneamente. Embora normalmente sejam usadas em videogames ou renderização gráfica, as GPUs também podem ser utilizadas para mineração. As GPUs são relativamente baratas e, ao contrário do equipamento de mineração especializado, podem executar várias tarefas. As GPUs também podem ser usadas na mineração de algumas altcoins, mas a eficiência depende do algoritmo específico e da dificuldade de mineração.

mineração ASIC

Os Circuitos Integrados Especiais (ASIC) são projetados para um único propósito específico. No campo das criptomoedas, ASIC refere-se ao hardware desenvolvido especificamente para mineração. A mineração com ASIC é extremamente eficiente, mas requer um investimento inicial relativamente alto. Como os ASIC estão na vanguarda da tecnologia de mineração, o custo desses dispositivos é muito superior ao de CPUs ou GPUs. Além disso, os ASIC são constantemente atualizados e iterados, fazendo com que os produtos da geração anterior sejam rapidamente obsoletos. Por isso, a mineração com ASIC é uma das formas mais caras, mas, se realizada em grande escala, tem a maior eficiência e potencial de lucro.

pool de mineração

Devido ao fato de que a recompensa de bloco é concedida apenas ao primeiro minerador que o consegue, a probabilidade de um minerador individual minerar um bloco é extremamente baixa. Mineradores com capacidade de cálculo limitada quase não têm chance de encontrar o próximo bloco sozinhos. Para resolver essa situação, surgiram as pools de mineração.

Os pools de mineração são coletivos de mineradores que unem recursos de computação (poder de hash) para aumentar a probabilidade de encontrar blocos e compartilhar recompensas. Quando um pool de mineração encontra um bloco com sucesso, a recompensa é distribuída de acordo com a proporção do trabalho realizado por cada minerador. Os pools de mineração são atraentes para mineradores independentes, pois podem reduzir o investimento em hardware e custos de eletricidade. No entanto, esses pools aumentam o risco de centralização e a potencial ameaça de ataque de 51%.

mineração na nuvem

Os mineradores de mineração em nuvem não precisam comprar equipamentos, mas sim alugar capacidade de computação de provedores de serviços de mineração em nuvem. Esta é uma forma relativamente simples de iniciar a mineração, mas vem com riscos de fraude e a possibilidade de redução dos lucros. Se você pretende tentar a mineração em nuvem, deve escolher um provedor de serviços respeitável.

A particularidade da mineração de Bitcoin

O Bitcoin é a criptomoeda mais conhecida e testada pelo tempo. A mineração de Bitcoin é baseada no algoritmo de consenso Proof of Work (PoW). O PoW foi criado por Satoshi Nakamoto e proposto em 2008 no white paper do Bitcoin como um mecanismo de consenso de blockchain. O PoW determina como a rede blockchain alcança consenso entre todos os participantes distribuídos, sem a necessidade de um intermediário de terceiros.

É difícil para agentes maliciosos manipular este tipo de rede, pois requer um enorme investimento em custos de eletricidade e recursos computacionais. Como mencionado anteriormente, em redes PoW, as transações pendentes são organizadas pelos mineradores e adicionadas aos blocos. Os mineradores usam equipamentos especializados para competir na resolução de problemas. O primeiro minerador a encontrar a solução obtém o direito de adicionar seu bloco ao blockchain. Se o nó de validação aceitar esse bloco, o minerador recebe a recompensa do bloco.

O montante específico das recompensas em criptomoedas depende da blockchain utilizada. Por exemplo, na blockchain do Bitcoin (até dezembro de 2024), os mineradores recebem uma recompensa de 3,125 BTC por bloco.

O Bitcoin adota um mecanismo de halving, reduzindo a recompensa de BTC em 50% a cada 210.000 blocos (cerca de quatro anos). Este design garante a previsibilidade e a escassez do suprimento total de Bitcoin.

Análise da rentabilidade da mineração

É possível ganhar receita através da mineração, mas é necessário entender profundamente o processo, a gestão de riscos e realizar uma pesquisa adequada. Os investidores devem investir com cautela, considerando os custos de hardware, a volatilidade dos preços das criptomoedas e a possibilidade de mudanças nos protocolos. Os usuários adotam medidas de gestão de riscos e avaliam os custos e benefícios potenciais da mineração.

A rentabilidade da mineração depende de vários fatores, sendo a variação no preço das criptomoedas a chave. Quando o preço sobe, o valor em moeda fiduciária das recompensas de mineração também aumenta. Por outro lado, uma queda no preço reduz a rentabilidade.

A eficiência do equipamento de mineração é um fator central que determina os lucros. O custo do hardware de mineração é alto, e os mineradores devem ponderar o investimento em equipamentos em relação ao retorno potencial. O custo da eletricidade é outra variável importante. Tarifas de eletricidade excessivamente altas podem superar a receita, tornando a mineração não lucrativa.

Além disso, o equipamento de mineração precisa ser atualizado regularmente, pois envelhece rapidamente. Os novos modelos têm um desempenho melhor, e os mineradores que não têm fundos para atualizar perderão competitividade.

Mudanças significativas a nível de protocolo não podem ser ignoradas. A redução pela metade do Bitcoin afetará os rendimentos da mineração, uma vez que reduzirá a recompensa por bloco pela metade. Em certos casos, a mineração pode ser substituída por outros mecanismos de validação. Tomando o Ethereum como exemplo, em setembro de 2022, ele mudou do mecanismo de consenso PoW para Proof of Stake (PoS), encerrando completamente as atividades de mineração na rede.

Resumo

A mineração de criptomoedas é um componente-chave do Bitcoin e de outras blockchains PoW, estabelecendo a base para a segurança dessas redes e a emissão de moedas estáveis. A mineração tem tanto vantagens quanto desvantagens. A vantagem mais óbvia é a possibilidade de lucrar com recompensas de bloco. No entanto, os rendimentos da mineração são influenciados por vários fatores, incluindo custos de eletricidade e condições de mercado.

Se estiver interessado em mineração de criptomoedas, deve primeiro realizar uma pesquisa pessoal, avaliar plenamente os potenciais riscos e oportunidades, agir de acordo com a sua capacidade e evitar seguir a multidão de forma cega.