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A mineração de Bitcoin por dentro

O que os mineradores de Bitcoin fazem, como funcionam a prova de trabalho e os ASICs, por que ela gasta tanta energia e como os halvings mudam a economia.

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Ilustração de fileiras de máquinas de mineração em um data center com ventiladores de refrigeração

Ideias principais

  • Os mineradores reúnem as transações pendentes em blocos e competem para adicionar o próximo bloco à cadeia. Quem vence recebe bitcoin recém-emitido mais as taxas de transação desse bloco.
  • A disputa é a prova de trabalho: as máquinas testam números em velocidade enorme até que uma delas produza um resultado que atenda a uma meta de dificuldade. O trabalho é caro de fazer e fácil de verificar para qualquer pessoa.
  • Chips especializados, chamados ASICs, dominam a mineração. O lucro depende da eficiência do hardware, do custo da eletricidade e do preço do bitcoin, e as margens podem ser apertadas.
  • A dificuldade se ajusta automaticamente para que os blocos cheguem a cada dez minutos, mais ou menos, não importa quantas máquinas entrem na rede. A recompensa por bloco cai pela metade a cada 210.000 blocos, aproximadamente a cada quatro anos.
  • O consumo de energia é a principal crítica. Defensores e críticos discordam sobre se ele é um preço justo pela segurança que compra.

O que os mineradores fazem

O Bitcoin não tem um operador central que decida quais transações são válidas nem em que ordem aconteceram. Os mineradores resolvem esse problema. Eles reúnem as transações ainda não confirmadas, verificam se cada uma segue as regras e as agrupam em um bloco candidato. Depois, tentam conquistar o direito de publicar esse bloco.

O prêmio é a recompensa por bloco, que tem duas partes: o subsídio do bloco, que é bitcoin recém-emitido, e as taxas que os usuários anexaram às transações incluídas no bloco. Essa é a única forma de novos bitcoins entrarem em circulação. Se você quer primeiro uma visão geral de como blocos, transações e chaves se encaixam, Como funciona o Bitcoin? é o ponto de partida.

Os mineradores não têm poder para criar moedas fora do cronograma nem para gastar as moedas de outras pessoas. Cada nó da rede confere todos os blocos com as regras, e um bloco que as quebra é rejeitado, não importa quanto trabalho tenha sido gasto nele.

A prova de trabalho em termos simples

Para publicar um bloco, o minerador precisa encontrar um número, chamado nonce, que, combinado com o conteúdo do bloco e processado por uma função hash, produza um resultado abaixo de um valor-alvo. Uma função hash transforma qualquer entrada em uma sequência de tamanho fixo que parece aleatória, e o Bitcoin usa o SHA-256 para isso. Não existe atalho conhecido. A única maneira de achar um resultado válido é testar nonces até que um funcione, como jogar dados até tirar uma soma incomumente baixa.

Como cada tentativa é imprevisível, encontrar um bloco válido é uma questão de probabilidade. Um minerador com mais poder de computação faz mais tentativas por segundo e, por isso, vence proporcionalmente mais vezes. Mas nenhum minerador tem a vitória garantida, e até um minerador pequeno tem alguma chance em cada rodada.

Aqui entra a assimetria importante. Encontrar uma resposta válida exige um esforço enorme, mas conferi-la exige um único cálculo de hash. Qualquer pessoa pode confirmar em um instante que o trabalho foi feito. Isso torna o custo do bloco real e sua validade evidente, e é nisso que a rede se apoia para concordar sobre uma única história sem precisar confiar em ninguém.

A prova de trabalho também dá à cadeia sua resistência a reescritas. Para alterar uma transação antiga, um atacante teria de refazer o trabalho daquele bloco e de todos os blocos seguintes, mais rápido do que a rede honesta acrescenta novos. Quanto mais blocos se acumulam sobre uma transação, mais caro isso fica.

A dificuldade e o ritmo de dez minutos

A rede busca um bloco a cada dez minutos, aproximadamente. Ela mantém essa meta por meio do ajuste de dificuldade. A cada 2.016 blocos, o que equivale a cerca de duas semanas no ritmo previsto, o protocolo compara quanto tempo esses blocos realmente levaram e altera a dificuldade. Se os mineradores adicionaram máquinas e os blocos saíram em menos de dez minutos, a dificuldade sobe. Se máquinas saíram e os blocos ficaram mais lentos, ela cai.

É por isso que o número de máquinas não muda o cronograma de emissão. Mais competição torna cada tentativa mais difícil de vencer, e não as moedas mais abundantes. É também por isso que uma queda repentina na mineração, por exemplo depois que um país a proíbe, causa uma lentidão temporária e depois uma correção. Algo assim aconteceu em 2021, quando a China reprimiu a mineração e muitos operadores se mudaram, e depois disso a rede se recuperou.

Dos laptops aos ASICs

Nos primeiros anos, as pessoas mineravam com processadores comuns de computador. Com o tempo, a competição levou os mineradores às placas de vídeo, depois aos chips programáveis e, por fim, aos ASICs, circuitos integrados de aplicação específica, construídos para fazer uma única coisa, calcular hashes SHA-256, com a máxima eficiência possível. Um computador de uso geral não consegue competir com eles nessa tarefa.

Uma máquina ASIC é uma caixa com chips, uma fonte de alimentação e ventiladores, que consome eletricidade o tempo todo e produz calor. As gerações mais novas são mais eficientes, ou seja, fazem mais hashes por unidade de energia, e por isso as máquinas antigas vão se tornando pouco lucrativas. Os mineradores vivem, assim, em uma esteira de atualizações, e seu negócio se parece mais com a indústria pesada do que com software. A fabricação do hardware está concentrada em poucas empresas, o que os críticos apontam como um risco de centralização.

Por dentro de uma instalação

Um grande local de mineração é, na maior parte, um problema de energia e de refrigeração. As máquinas ficam em racks, em prédios no estilo de galpões ou em contêineres, ligadas a um grande fornecimento de eletricidade. A maior parte da eletricidade consumida sai em forma de calor, e por isso os operadores usam ventiladores, resfriamento evaporativo ou resfriamento por imersão, em que as máquinas ficam submersas em um fluido não condutor.

Os operadores acompanham poucos números: o preço que pagam por unidade de eletricidade, a eficiência das máquinas, a confiabilidade com que elas permanecem ligadas e o custo do capital. A eletricidade costuma ser o maior custo contínuo, então os mineradores procuram energia barata. Os locais tendem a surgir perto de usinas hidrelétricas, de projetos eólicos e solares com geração excedente e de regiões com preços industriais de energia baixos.

Pouquíssimos mineradores trabalham sozinhos. Como a chance de ganhar um bloco é pequena para uma única máquina, a maioria entra em pools de mineração. O pool combina o trabalho de muitos participantes e divide a recompensa na proporção da contribuição de cada um, de modo que o minerador pequeno recebe um fluxo constante de renda, em vez de um pagamento grande e raro. Em contrapartida, os pools concentram parte do poder de decisão, embora os mineradores individuais, em geral, possam trocar de pool se discordarem de um deles.

Algumas empresas de mineração têm capital aberto, o que significa que seus resultados, dívidas e compras de hardware são divulgados em documentos enviados a órgãos reguladores. Outras são operações privadas ou pessoas com algumas máquinas em casa.

A economia e o halving

O lucro de um minerador é o valor das recompensas recebidas menos a eletricidade, o custo do hardware, o custo da instalação e o financiamento. Como o preço do bitcoin oscila e a dificuldade continua se ajustando, esse resultado pode variar rapidamente. Quando os preços caem ou a dificuldade sobe, os mineradores menos eficientes podem operar com prejuízo e desligar as máquinas. Empresas de mineração já faliram em períodos de queda.

O subsídio é programado para cair pela metade a cada 210.000 blocos, o que dá cerca de quatro anos. Ele começou em 50 bitcoins por bloco em 2009 e foi reduzido pela metade várias vezes, a mais recente em abril de 2024, quando caiu para 3,125. Esse processo continua até o subsídio chegar a zero, por volta do ano 2140, e a oferta total se aproximar de 21 milhões. Veja Por que o Bitcoin tem valor? para entender como essa escassez entra no argumento a favor do Bitcoin.

Depois de cada halving, a receita dos mineradores, em bitcoin, cai pela metade da noite para o dia. Continuar lucrativo depende de o preço ou as taxas subirem, ou de os mineradores se tornarem mais eficientes. Alguns mineradores saem depois dos halvings, e os mais eficientes tendem a ficar.

Gráfico de barras da recompensa por bloco do Bitcoin caindo de 50 BTC em 2009 para 3,125 BTC em 2024
A recompensa por bloco cai pela metade a cada 210.000 blocos. O próximo halving está previsto para cerca de 2028.
PeríodoRecompensa por bloco
Jan. 2009 a nov. 201250 BTC
Nov. 2012 a jul. 201625 BTC
Jul. 2016 a mai. 202012,5 BTC
Mai. 2020 a abr. 20246,25 BTC
Abr. 2024 a cerca de 20283,125 BTC

O debate sobre a energia

A prova de trabalho é deliberadamente cara. Sua segurança vem do fato de que atacá-la exigiria gastar recursos reais, e esses recursos são, em grande parte, eletricidade. Por isso a mineração de Bitcoin consome muita energia, o que não é um efeito colateral, e sim uma propriedade central do projeto.

Os críticos levantam vários pontos. O consumo é substancial e, onde a energia vem de combustíveis fósseis, ele acrescenta emissões. A mineração pode elevar os preços locais da eletricidade, e o barulho das instalações já gerou reclamações de moradores vizinhos. Eles também argumentam que a mesma segurança talvez pudesse ser obtida com menos energia, citando outros sistemas que usam métodos de consenso diferentes.

Os defensores respondem que os mineradores perseguem a energia mais barata e, por isso, favorecem fontes que de outra forma ficariam isoladas ou subutilizadas. Algumas operações usam gás natural que seria queimado nos poços de petróleo, e algumas, no Texas, nos Estados Unidos, funcionam como cargas flexíveis que podem ser desligadas rapidamente quando a rede está sob pressão, algo que os operadores da rede podem aproveitar. Eles também argumentam que a segurança do Bitcoin vale o que custa, comparando-a com os recursos consumidos pelo sistema financeiro tradicional.

As principais afirmações de ambos os lados ainda não estão resolvidas. A parcela da mineração movida a energia renovável é estimada de formas diferentes por pesquisadores diferentes, e as estimativas mudam com o tempo, então encare qualquer número isolado com cautela e confira a fonte e a data. O que está claro é que esse dilema é central para qualquer avaliação honesta do Bitcoin, e que ele é uma questão de valores tanto quanto de engenharia.

Perguntas em aberto

Duas perguntas moldam o futuro da mineração.

A primeira é o financiamento da segurança. À medida que o subsídio diminui, as taxas terão de, com o tempo, responder por mais da renda dos mineradores, ou o custo de atacar a rede poderá diminuir. Ninguém sabe se a receita de taxas será suficiente, e essa é uma das críticas de longo prazo mais fortes ao projeto. A questão só será testada por completo daqui a décadas.

A segunda é a centralização. A mineração tem vantagens de escala: energia barata, hardware comprado em grande quantidade e acesso a capital. Pools e fabricantes de equipamentos estão concentrados em poucas mãos, e reguladores de alguns países podem pressionar grandes operadores. Como os usuários comuns ainda podem verificar as regras com seus próprios nós, os mineradores não controlam as regras, mas a concentração continua sendo tema de debate.

Para situar a mineração no quadro mais amplo da economia, veja O papel do Bitcoin em uma economia global em mudança. Se você está começando no assunto, Comece aqui oferece uma trilha de aprendizado em ordem. A mineração como negócio traz risco financeiro substancial, e quem pensa em minerar deve consultar antes um profissional qualificado.

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