O que é mineração de Bitcoin?

O processo de criação de novos bitcoins é, de certa forma, semelhante ao processo de extração de metais preciosos da terra. Por essa razão, ele passou a ser conhecido como 'mineração de bitcoin.' Conforme declarado no white paper do Bitcoin:

A adição constante de uma quantidade fixa de novas moedas é análoga aos mineradores de ouro gastando recursos para adicionar ouro à circulação. No nosso caso, é o tempo de CPU e a eletricidade que são gastos.

Uma visão geral simplificada da mineração de bitcoin é a seguinte: - As pessoas competem para ganhar recompensas em bitcoin aplicando poder computacional em um processo conhecido como 'Prova de Trabalho' (PoW). O processo é assim chamado porque apenas os participantes (mineradores) que provaram ter dedicado recursos suficientes (trabalho) terão a chance de ganhar as recompensas. - Aproximadamente a cada 10 minutos, as recompensas são distribuídas para um único 'minerador' vencedor. - As recompensas são duplas -> (1) A 'recompensa do bloco', que são bitcoins recém-criados. No momento da redação, a recompensa do bloco está fixada em 6,25 bitcoins (mas será reduzida pela metade a partir do início de maio de 2024, depois reduzida pela metade novamente quatro anos depois e assim por diante). (2) As taxas associadas a todas as transações no bloco atual. Os usuários finais que desejam fazer uma transação devem anexar uma taxa à transação proposta como incentivo para os mineradores incluírem-na no próximo bloco.

Índice

Por que a mineração de Bitcoin é necessária?

A mineração de Bitcoin é um componente essencial do método da rede para chegar a um consenso sobre o estado atual do livro-razão. Também é crucial para fortalecer a rede contra ataques. Em outras palavras, a mineração de Bitcoin é central para permitir que as pessoas façam transações de Bitcoin com segurança. Para entender por que, vamos analisar em mais detalhes como o Bitcoin funciona.

A rede Bitcoin é um livro-razão público distribuído globalmente, consistindo em uma lista gigante de transações com registro de data e hora. Por exemplo, uma entrada no livro-razão pode indicar que a Pessoa A enviou 1 bitcoin para a Pessoa B às 10h de segunda-feira. O livro-razão é atualizado aproximadamente a cada 10 minutos, adicionando 'blocos' que contêm uma lista de novas transações. A existência do livro-razão, que é armazenado voluntariamente por milhares de participantes conhecidos como 'nós', permite que qualquer pessoa veja tanto o estado atual quanto o histórico completo da propriedade de Bitcoin.

Por design, não há uma autoridade centralizada decidindo quais transações devem ser adicionadas a novos blocos. Em vez disso, o estado do livro-razão (também conhecido como 'verdade') é alcançado coletivamente e por meio da coordenação dos nós de acordo com o protocolo Bitcoin. Essa descentralização é o que confere ao Bitcoin algumas de suas propriedades mais interessantes - a saber, resistência à censura e ausência de permissão.

A maioria dos nós simplesmente armazena o histórico do livro-razão, valida a autenticidade das novas transações de acordo com as regras do protocolo e passa novos blocos de transações para outros nós. Dessa forma, o estado da rede se propaga pelo mundo até que todos os nós tenham as mesmas informações. Nesse ponto, há uma nova 'verdade' sobre quem possui o quê.

Como os nós de Bitcoin propagam blocos

Importante, um pequeno grupo de nós, chamados mineradores, compete para ser aquele que realmente cria cada novo bloco. A verdade atualizada sobre quem possui o quê começa com um único minerador que ganhou o direito de criar um novo bloco. Ganhar o direito de criar um novo bloco é resolvido por meio de uma competição conhecida como "Prova de Trabalho."

O que é Prova de Trabalho e por que é necessário?

A mineração de Prova de Trabalho (PoW) é uma forma de provar matematicamente que um participante da rede tem skin in the game. Funciona forçando os participantes a provar que concluíram alguns cálculos arbitrários que consomem energia (trabalho). A exigência de gastar energia é importante porque torna extremamente caro para atores mal-intencionados participar. Em outras palavras, garante que atacar o Bitcoin seja uma perspectiva de perda de dinheiro (e muito cara), tornando muito improvável que ocorra.

Do ponto de vista da teoria dos jogos, a mineração PoW oferece várias vantagens:

Incentiva o Comportamento Honesto: Os mineradores são incentivados a seguir as regras e validar as transações corretamente. Se tentarem enganar o sistema, correm o risco de perder sua recompensa potencial de bloco e a energia/recursos investidos no processo de mineração.
Segurança Através do Custo: O esforço (trabalho computacional) necessário para adicionar um bloco torna a blockchain segura contra ataques. Qualquer tentativa de alterar transações passadas (ou seja, realizar um ataque de 51%) exigiria um poder computacional enorme, tornando tais ataques caros e impraticáveis.
Equidade: A probabilidade de minerar um bloco e receber uma recompensa é proporcional à quantidade de recursos computacionais que um minerador utiliza. Isso fornece um mecanismo justo de distribuição de novas moedas e também de alocação do poder de decisão sobre a adição de novos blocos.
Resistência a Sybil: A mineração PoW torna ataques Sybil (onde uma entidade cria muitas identidades falsas para influenciar a rede) inviáveis devido ao alto custo associado à mineração para cada identidade.

Como funciona a mineração de Bitcoin?

O processo é resumido no white paper do Bitcoin:

1. Novas transações são transmitidas para todos os nós.

2. Cada nó coleta novas transações em um bloco.

3. Cada nó trabalha para encontrar uma difícil Prova de Trabalho para seu bloco.

4. Quando um nó encontra uma Prova de Trabalho, ele transmite o bloco para todos os nós.

5. Os nós aceitam o bloco apenas se todas as transações nele forem válidas e não já gastas.

6. Os nós expressam sua aceitação do bloco trabalhando na criação do próximo bloco na cadeia, usando o hash do bloco aceito como o hash anterior.

Vamos detalhar isso um pouco mais.

Para começar, os mineradores são aqueles que propõem atualizações para o livro-razão e apenas mineradores que completaram com sucesso a Prova de Trabalho (PoW) têm permissão para adicionar um novo bloco. Isso está codificado no protocolo Bitcoin.

Os mineradores são livres para selecionar transações válidas de um pool de transações potenciais que são transmitidas para a rede por nós. Tais transações são coletadas no 'mempool.' Mineradores racionais e honestos selecionam transações do mempool com base nas taxas anexadas a elas, otimizando para taxas mais altas. Isso dá origem ao mercado de taxas, que ajuda a garantir que o espaço limitado do bloco seja usado de forma justa e eficiente.

O primeiro minerador a completar a PoW, transmite seu novo bloco proposto para a rede mais ampla de nós, que então verificam para garantir que o bloco segue as regras do protocolo. As regras principais aqui são (1) todas as transações no bloco são válidas (ou seja, não há gastos duplos), e (2) o novo bloco refere-se apropriadamente ao bloco anterior e é numerado como o próximo na cadeia (ou seja, o novo bloco constitui o bloco mais recente na cadeia mais longa). Se assim for, os nós o enviam para outros nós que completam o mesmo processo. Dessa forma, o novo bloco se propaga pela rede até ser amplamente aceito como a 'verdade.'

No entanto, pode (e regularmente acontece) que mais de um minerador complete a PoW quase ao mesmo tempo e simultaneamente transmita seu novo bloco para a rede. Além disso, devido a atrasos na rede e separação geográfica, os nós podem receber novos blocos propostos em momentos ligeiramente diferentes.

Importante, o novo bloco proposto por um minerador pode ser ligeiramente diferente do de outro! Isso ocorre porque, como mencionado, os mineradores são aqueles que escolhem quais transações incluir em um bloco - e mesmo que tendam a otimizar para lucratividade, localização e outros fatores introduzem variação. Quando dois mineradores enviam blocos novos diferentes, versões concorrentes da 'verdade' começam a se propagar pela rede. A rede, em última análise, converge na versão 'correta' da verdade selecionando a cadeia que cresce mais rapidamente.

Vamos detalhar essa última parte. Imagine que existem duas cadeias concorrentes. Digamos que 75% dos mineradores selecionem a versão A (porque foi a primeira versão que viram) e comecem sua PoW para o próximo bloco, construindo sobre a versão A. Os outros 25% dos mineradores selecionam a versão B (novamente, porque foi a versão que encontraram primeiro) e iniciam o mesmo processo construindo sobre essa versão. Estatisticamente, um dos mineradores trabalhando na versão A provavelmente completará a Prova de Trabalho primeiro, transmitindo a nova versão para a rede. Como os nós sempre selecionam para a cadeia mais longa, a versão A rapidamente dominará a rede. De fato, a probabilidade de a versão B crescer mais rapidamente desaparece exponencialmente com cada bloco adicional, de modo que, quando seis blocos foram adicionados, é uma impossibilidade estatística. Por essa razão, uma transação que foi confirmada em seis blocos é, para a maioria dos participantes, considerada como definitiva. A 'finalidade' das transações no Bitcoin, então, é de seis blocos, ou cerca de 1 hora.

Note que um bloco que não acaba se tornando parte da cadeia mais longa (a versão B em nosso exemplo acima) é conhecido como bloco órfão. Estima-se que tais blocos sejam criados entre 1 e 3 vezes por dia. Transações incluídas em um bloco órfão não são perdidas. Isso ocorre porque, se não foram já incluídas na versão que acaba sendo a cadeia mais longa, acabarão sendo adicionadas ao próximo bloco da cadeia mais longa.

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Qual é o algoritmo de hashing do Bitcoin?

O Bitcoin usa um algoritmo de criptografia de nível militar chamado Secure Hash Algorithm 2 (SHA2). Os mineradores de Bitcoin são recompensados com BTC quando encontram um número aleatório que só pode ser gerado executando o algoritmo de hashing repetidamente. Este processo é análogo a uma loteria onde comprar mais bilhetes aumenta suas chances de ganhar. Ao dedicar mais poder de computação ao algoritmo de hashing, os mineradores estão efetivamente comprando mais bilhetes de loteria.

O que é o ajuste de dificuldade na mineração de bitcoin e por que é necessário?

O nível de dificuldade para o algoritmo de Prova de Trabalho é ajustado automaticamente a cada 2.016 blocos, ou aproximadamente a cada 2 semanas. Os ajustes são feitos com o objetivo de manter a mineração de novos blocos constante em 10 minutos por bloco.

O ajuste de dificuldade leva em consideração o volume total de poder de computação, ou 'hashpower,' que está sendo aplicado ao algoritmo de hashing. À medida que o poder de computação é adicionado, a dificuldade é aumentada, tornando a mineração mais difícil para todos. Se o poder de computação for removido, a dificuldade é reduzida, tornando a mineração mais fácil.

Note que o sistema de ajuste de dificuldade torna a mineração de bitcoin bastante diferente da mineração de metais preciosos. Se, por exemplo, o preço do ouro subir, mais mineradores são atraídos para o mercado. A adição de mais mineradores de ouro inevitavelmente resultará em mais ouro produzido. Pelas forças de oferta e demanda, isso eventualmente reduzirá o preço de mercado do ouro. No caso do Bitcoin, no entanto, o volume de bitcoin produzido (cunhado) é predeterminado pelo protocolo Bitcoin. Isso significa que não é afetado pelo número e poder dos mineradores. Portanto, não importa quanto poder de mineração seja direcionado ao algoritmo, o volume de Bitcoin produzido não será afetado.

A mineração de Bitcoin é legal?

A mineração de Bitcoin é legal na maioria dos países, incluindo os EUA e a Europa. Na maioria das regiões, os mineradores de Bitcoin precisam apenas estar cientes das leis referentes à utilização de energia elétrica e infraestruturas de dados para garantir que aderem às regras e regulamentos locais.

Em algumas regiões, os reguladores locais impuseram ou se moveram para impor restrições à mineração de Bitcoin. As razões mais comuns citadas são que a mineração de Bitcoin tem um impacto negativo nas redes elétricas locais e/ou que tem impactos ambientais negativos. Por exemplo, o Vice-Presidente da Autoridade Europeia dos Valores Mobiliários e dos Mercados Erik Thedéen, disse em novembro de 2021 que as criptomoedas constituem um risco para atingir as metas de mudança climática do Acordo de Paris. A China baniu oficialmente a mineração de Bitcoin e outras criptomoedas em meados de 2021, embora uma parte significativa do hashrate de Bitcoin continue a emanar do país.

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A mineração de Bitcoin é ruim para o meio ambiente?

O impacto ambiental do Bitcoin é um assunto que recebeu atenção significativa. Os críticos geralmente argumentam que o Bitcoin é ruim para o meio ambiente porque consome muita eletricidade, que eles associam a consequências ambientais e éticas negativas. No entanto, essas alegações precisam ser dissecadas e examinadas cuidadosamente. Embora o Bitcoin consuma uma quantidade significativa de eletricidade, é crucial considerar como essa eletricidade é gerada e fazer comparações adequadas com outras indústrias. Além disso, o impacto ambiental pode variar muito dependendo da fonte de energia, e a proporção de energia renovável usada na mineração de Bitcoin é debatida. Além disso, deve-se notar que coisas que são ruins para o meio ambiente não são necessariamente eticamente ruins. Um exemplo aqui seria um serviço intensivo em energia, mas benéfico, como hospitais. O impacto ambiental precisa ser ponderado em relação aos benefícios potenciais, que no caso do Bitcoin incluem a redução de taxas de remessas internacionais, inclusão financeira e a criação de liberdade econômica. Embora o uso de energia do Bitcoin seja certamente uma preocupação, é uma questão multifacetada que precisa de uma análise nuançada. Você pode encontrar uma análise completa do problema do impacto ambiental do Bitcoin neste artigo.

A mineração de Bitcoin é lucrativa?

A mineração de Bitcoin é uma indústria altamente competitiva com margens de lucro estreitas. A entrada principal é a eletricidade, embora investimentos iniciais significativos em hardware e instalações para abrigar o hardware também sejam necessários. O hardware chave envolvido é conhecido como Circuito Integrado de Aplicação Específica (ASIC), que é um dispositivo de computação especializado para executar exclusivamente o algoritmo de hashing do Bitcoin. A lucratividade depende principalmente do acesso consistente à eletricidade de baixo custo aplicada ao hardware ASIC mais eficiente.

A mineração de Bitcoin é um sistema naturalmente equilibrado. À medida que o preço do bitcoin aumenta, as margens dos mineradores se expandem. Isso atrai mais mineradores para o mercado. No entanto, os novos participantes fazem com que a dificuldade de cunhar novos blocos aumente. Isso exige que todos os participantes gastem mais recursos, reduzindo assim a lucratividade de maneira geral. Quedas sustentadas no preço do bitcoin historicamente resultaram em uma parte dos mineradores desistindo devido aos custos excederem a receita.

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Como a mineração de Bitcoin afeta o preço do Bitcoin?

Na maioria dos casos, os mineradores vendem uma parte significativa de seus bitcoins ganhos para cobrir os custos associados à mineração. Esses custos, então, contribuem para a pressão líquida de venda. As tentativas dos mineradores de maximizar a lucratividade mantendo ou vendendo Bitcoin com base no momentum do mercado podem ter um impacto na volatilidade do preço do Bitcoin. Aqui, o argumento é que quando o preço do Bitcoin está subindo, os mineradores podem tentar manter por mais tempo na esperança de que possam extrair mais lucro. Isso resultaria em menos pressão líquida de venda, levando a um aumento mais rápido no preço. Quando o preço do Bitcoin está caindo, no entanto, os mineradores provavelmente venderão não apenas suas reservas, mas também o bitcoin recém-adquirido. Isso, por sua vez, contribuiria para a volatilidade negativa.