O que é blockchain (cadeia de blocos)? O livro-razão do Bitcoin explicado

Ideias principais

• Uma blockchain (cadeia de blocos) é um registro compartilhado, no qual os dados só são acrescentados. As transações são agrupadas em blocos, e cada bloco contém uma impressão digital, chamada hash, do bloco anterior.
• Alterar um bloco antigo muda o hash dele e rompe todas as ligações seguintes, então a adulteração aparece. No Bitcoin, a prova de trabalho também torna muito caro reescrever a história.
• Blockchain é a estrutura de dados. Bitcoin é uma rede e uma moeda que usa uma.
• As blockchains públicas deixam qualquer pessoa participar, e as com permissão limitam quem pode. Qual serve depende de quanta confiança os participantes já têm entre si.
• Uma blockchain torna os registros difíceis de alterar, não verdadeiros. Ela custa armazenamento, velocidade e capacidade de resolver disputas, e muitos usos propostos funcionariam igualmente bem em um banco de dados comum.

O que é uma blockchain?

Uma blockchain é um registro compartilhado de transações guardado como uma série de blocos, em que cada bloco contém a impressão digital do anterior. Novos blocos são acrescentados somente no fim, e os antigos não são editados. O resultado é um histórico que todos os participantes podem ler e que é difícil de reescrever em silêncio.

Imagine o livro-razão de uma vila. Cada família guarda uma cópia idêntica. Os novos negócios são anotados em uma página nova, as famílias conferem cada lançamento e todas acrescentam a página ao final da sua cópia. Cada página começa citando a impressão digital da página anterior. Se uma família alterar em segredo uma página antiga, suas impressões digitais deixam de coincidir com as de todas as outras, e os vizinhos percebem.

O termo abrange tanto a estrutura de dados quanto os computadores que a mantêm. A do Bitcoin é a mais conhecida, e Como funciona o Bitcoin? mostra como ela se encaixa com as chaves, os mineradores e os nós.

O que é um hash e por que ele liga os blocos?

Um hash é uma impressão digital de tamanho fixo gerada a partir de qualquer dado, e um bloco inclui o hash do bloco anterior, o que transforma blocos separados em uma cadeia. O Bitcoin usa uma função de hash chamada SHA-256, que sempre produz 256 bits de saída, normalmente escritos como 64 caracteres hexadecimais.

Três propriedades tornam os hashes úteis aqui. A mesma entrada sempre dá a mesma saída. Uma mudança minúscula na entrada, mesmo de um só caractere, dá uma saída que parece totalmente sem relação. E não é possível fazer o caminho inverso, da saída para a entrada.

Um bloco do Bitcoin contém uma lista de transações e um cabeçalho que inclui um hash-resumo dessas transações e o hash do bloco anterior. O hash do próprio bloco é calculado a partir desse cabeçalho. Assim, cada impressão digital depende da anterior, até o primeiro bloco.

Como a blockchain resiste à adulteração?

Alterar um bloco antigo muda o hash dele, que deixa de coincidir com a cópia guardada no bloco seguinte, então a edição fica visível para qualquer pessoa que confira. Veja um exemplo simplificado com três blocos.

Bloco	Transações (simplificadas)	Hash do bloco anterior	Hash deste bloco
1	Ana paga 2 a Ben	nenhum, primeiro bloco	7f3a…
2	Ben paga 1 a Cy	7f3a…	c91d…
3	Cy paga 0,5 a Dee	c91d…	2be8…

Isto é apenas uma ilustração. Os hashes estão abreviados e foram inventados, os reais têm 64 caracteres, e os blocos reais contêm muitas transações e se referem a endereços, não a nomes.

Agora suponha que alguém edite o bloco 2 para que Ben pague 100 a Cy. O hash do bloco viraria uma sequência totalmente diferente, não c91d…. O bloco 3 continua registrando c91d… como o hash do seu antecessor, então os dois deixam de coincidir, e um nó que conferisse a cadeia rejeitaria a versão alterada.

Uma cadeia de hashes sozinha, porém, apenas torna a adulteração visível. Calcular hashes é barato, então um falsificador poderia recalcular todos os blocos seguintes. Duas coisas impedem isso no Bitcoin. Existem muitas cópias independentes, então uma cadeia falsa precisa vencer todas elas. E o hash de cada bloco precisa atingir uma meta exigente, então recalcular um bloco significa refazer o trabalho de encontrá-lo.

Quem guarda as cópias e decide o que é acrescentado?

Milhares de computadores chamados nós guardam, cada um, uma cópia da cadeia, e cada um confere todo bloco novo com as mesmas regras. Um nó que recebe um bloco inválido, por exemplo um que gasta a mesma moeda duas vezes, o rejeita e não o repassa. O que é um nó Bitcoin? trata do que envolve rodar um.

Às vezes dois mineradores encontram blocos válidos quase no mesmo instante, e por um curto período nós diferentes enxergam blocos mais recentes diferentes. A rede se acomoda na cadeia que reúne mais prova de trabalho acumulada, e o outro bloco é descartado. Isso dura pouco, e é por isso que um pagamento fica mais seguro depois que mais blocos são acrescentados por cima. Forks do Bitcoin trata de desacordos sobre as próprias regras.

Como funciona a blockchain do Bitcoin, em particular?

A blockchain do Bitcoin começou com o bloco gênese em 3 de janeiro de 2009, e um novo bloco é acrescentado a cada dez minutos, aproximadamente. Cada bloco leva as transações que um minerador escolheu do conjunto de pagamentos em espera. A cadeia registra transferências de bitcoin, que é sua função principal, e é pública: qualquer pessoa pode ler todas as transações já feitas.

O que torna a reescrita cara é a prova de trabalho. Para publicar um bloco, um minerador precisa encontrar um hash abaixo de uma meta, o que exige uma computação enorme para encontrar e um instante para conferir. Para alterar um bloco antigo, um atacante precisaria refazer esse trabalho para ele e para todos os blocos seguintes, mais rápido do que a rede honesta acrescenta novos. Prova de trabalho versus prova de participação compara esse método com outra forma de as cadeias chegarem a um acordo.

O projeto foi apresentado em um artigo publicado em 31 de outubro de 2008, percorrido em O whitepaper do Bitcoin explicado, seção por seção.

Blockchain é a mesma coisa que Bitcoin?

Não. Uma blockchain é uma forma de manter um registro, e o Bitcoin é uma rede e uma moeda que a usam. As regras do Bitcoin, incluindo o limite de 21 milhões e a meta de dez minutos por bloco, pertencem ao Bitcoin e não às blockchains em geral.

Outras blockchains funcionam com regras diferentes e para fins diferentes. O Ethereum, por exemplo, foi criado para executar programas além de registrar pagamentos, e Bitcoin ou Ethereum: principais diferenças expõe as diferenças.

O rótulo também foi colado em muitos produtos e empresas, então “blockchain” em uma apresentação diz pouco sobre o que está sendo oferecido ou o quão arriscado é. Está começando agora? O que é Bitcoin? e a trilha Comece aqui são um ponto de partida mais claro. Para qualquer decisão sobre investir em um produto ligado a blockchain, consulte um profissional financeiro qualificado.

Qual é a diferença entre blockchains públicas e com permissão?

Em uma blockchain pública, qualquer pessoa pode ler o registro, rodar um nó e enviar transações, enquanto em uma com permissão (permissioned) uma organização ou grupo decide quem pode participar. O Bitcoin é público. Os dois projetos respondem a problemas de confiança diferentes.

	Pública (sem permissão)	Com permissão (privada)
Quem pode participar	Qualquer pessoa	Participantes aprovados
Quem confere os dados	Qualquer pessoa que rode um nó	Partes selecionadas e conhecidas
Em que você precisa confiar	Nas regras e no custo de trapacear	Nos operadores
Cenário típico	Redes abertas, como o Bitcoin	Um grupo de empresas que compartilham um registro

Uma cadeia com permissão pode ser mais rápida e mais privada, porque os participantes são conhecidos e menos computadores precisam chegar a um acordo. O preço é que alguém está no comando, o que levanta uma pergunta justa: se você já confia nos operadores, precisa mesmo de uma blockchain?

Quais são os limites de uma blockchain?

Uma blockchain troca eficiência por verificação compartilhada, então é mais lenta e mais volumosa do que um banco de dados comum. Esse custo só vale a pena em certas situações.

• Armazenamento e velocidade. Cada nó armazena e confere tudo, então a capacidade é limitada por projeto. O Bitcoin mantém os blocos pequenos e separados por cerca de dez minutos, e é por isso que existem camadas como a Lightning Network.
• Um banco de dados comum muitas vezes resolve. Se uma organização confiável pode manter o registro, um banco de dados é mais simples, mais barato e mais fácil de corrigir. Uma blockchain compensa o seu custo quando muitas partes que não confiam umas nas outras precisam de um único registro compartilhado, sem dono único.
• Sem resolução de disputas no nível de um banco. Não há como reverter uma transferência feita por engano nem um suporte ao cliente. Se você perder suas chaves, as moedas ficam onde estão, como explica O que acontece com os bitcoins perdidos?
• Uso de recursos. As cadeias de prova de trabalho usam eletricidade como parte da sua segurança, um debate tratado em O consumo de energia do Bitcoin.

Uma blockchain torna verdadeiros os dados que estão nela?

Não. Uma blockchain torna um registro difícil de alterar depois de escrito, mas não consegue dizer se o lançamento era correto desde o início. Se alguém inserir informação falsa, a cadeia a preserva fielmente.

Suponha que um fornecedor registre “orgânico” em uma blockchain para uma caixa de hortaliças. O registro mostra que o lançamento foi feito em determinado momento e não foi alterado desde então. Ele não mostra que as hortaliças eram orgânicas. Ainda é preciso confiar em alguém para inserir o fato corretamente.

O Bitcoin é um caso especial. Os fatos que ele registra, como quais moedas não foram gastas e se uma assinatura é válida, podem ser conferidos por cada nó usando a própria cadeia. Afirmações sobre o mundo físico não têm uma verificação embutida desse tipo.

Leia a seguir

• Como funciona o Bitcoin? Blocos, mineradores e chaves: transações, mineradores e chaves ao redor da cadeia.
• O whitepaper do Bitcoin explicado, seção por seção: o projeto original em palavras simples.
• O que é um nó Bitcoin? O que significa rodar um: quem guarda e confere as cópias.
• Prova de trabalho versus prova de participação: qual é a diferença?: duas formas de uma cadeia chegar a um acordo.
• O bloco gênese do Bitcoin: o primeiro bloco e sua mensagem oculta: onde a cadeia começou.
• Glossário do Bitcoin: termos-chave explicados em linguagem simples: o vocabulário em um só lugar.
• O que é um bloco do Bitcoin? Tamanho, tempo e conteúdo: a unidade da cadeia.
• O que é o ID de uma transação Bitcoin (TXID)? Como ler um: como acompanhar um pagamento.