Mineração de criptomoedas: o que é e como funciona

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• A mineração de criptomoedas é utilizada para verificar e confirmar transações na blockchain, assim como para criar novas unidades de criptomoeda.

• O trabalho dos mineradores exige recursos computacionais significativos, mas é necessário para garantir a segurança da rede blockchain.

O que é mineração de criptomoedas

A mineração de criptomoedas é um processo fundamental que garante a segurança e a descentralização das criptomoedas baseadas no mecanismo de consenso Proof of Work (PoW). Durante esse processo, os mineradores verificam as transações dos usuários e as adicionam ao registro público do blockchain. É graças à mineração que criptomoedas como o bitcoin podem funcionar sem a necessidade de uma entidade centralizada de controle.

Funções-chave da mineração:

1. Verificação e confirmação de transações
2. Manutenção da segurança da rede
3. Emissão de novas moedas em circulação

A mineração de criptomoedas é estritamente regulamentada por um conjunto de regras que previnem a criação arbitrária de novas moedas. Essas regras estão integradas nos protocolos básicos das criptomoedas e se aplicam a toda a rede de milhares de nós.

Como funciona a mineração de criptomoedas?

O processo de mineração pode ser dividido em várias etapas sequenciais. Primeiro, todas as novas transações são enviadas para o pool de memória (mempool). A tarefa do minerador é verificar a validade dessas transações e agrupá-las em um bloco.

Um bloco pode ser visto como uma página em um registro de blockchain, onde são registradas informações sobre várias transações. Um nó de mineração coleta transações não confirmadas do pool de memória e forma um bloco candidato.

Após a formação do bloco candidato, o minerador tenta transformá-lo em um bloco confirmado, resolvendo um complexo problema matemático que requer recursos computacionais significativos. Por cada bloco criado com sucesso, o minerador recebe uma recompensa na forma de novas moedas e comissões por transações.

Passo 1. Hashing de transações

Na primeira etapa, o minerador extrai transações não processadas do pool de memória e as hash. Hashing é o processo de transformar dados de entrada de qualquer tamanho em dados de saída de comprimento fixo (hash).

O hash de cada transação é uma sequência única de números e letras que serve como identificador. É importante notar que o hash contém todas as informações sobre a transação de forma compacta.

Além de hash das transações dos usuários, o minerador adiciona sua própria transação, chamada coinbase, na qual se envia uma recompensa pelo bloco. Esta transação gera novas moedas e normalmente é colocada em primeiro lugar no novo bloco.

Passo 2. Criação da árvore de Merkle

Após a hash de todas as transações, os hashes obtidos são organizados em uma estrutura conhecida como árvore de Merkle ou árvore de hashes. Esta estrutura é formada pela combinação sequencial de pares de hashes de transações e sua re-hash.

O processo continua até que reste apenas um hash – o hash raiz (raiz de Merkle). Este hash inclui informações sobre todas as transações no bloco, permitindo verificar a integridade dos dados de forma eficaz.

Passo 3. Pesquisa de um bloco de cabeçalho válido

O cabeçalho do bloco é um identificador único para cada bloco na cadeia. Ao criar um novo bloco, o mineiro combina:

• Hash raiz do seu bloco candidato
• O hash do bloco anterior na cadeia
• Número aleatório (nonce)

Em seguida, o minerador hash essa combinação de dados. O objetivo do minerador é encontrar um valor nonce tal que o hash resultante atenda a certos requisitos (, por exemplo, começar com um determinado número de zeros ). Esse requisito é chamado de dificuldade de mineração.

Como não é possível prever o resultado da hash, os mineradores são obrigados a testar diferentes valores de nonce, realizando milhões de cálculos em busca de um hash adequado.

Passo 4. Transmissão do bloco na rede

Quando um minerador consegue encontrar um hash válido de um bloco, ele envia esse bloco para a rede. Outras nodos verificam a validade do bloco e, se tudo estiver correto, adicionam-no à sua cópia da blockchain.

Neste momento, o candidato a bloco torna-se um bloco confirmado, e todos os mineiros começam a trabalhar no próximo bloco, usando o novo bloco confirmado como base.

Resolução de conflitos na mineração simultânea de blocos

Às vezes, dois mineiros encontram blocos válidos ao mesmo tempo e os transmitem para a rede. Nesse caso, ocorre uma bifurcação temporária da blockchain, onde uma parte dos mineiros continua a trabalhar com base em um bloco, enquanto a outra parte trabalha com base em outro.

O conflito é resolvido quando uma das cadeias se torna mais longa do que a outra. De acordo com as regras de consenso, a rede sempre aceita a cadeia mais longa como válida. Um bloco que se encontra na cadeia rejeitada é chamado de órfão ou desconectado, e os mineradores que estavam trabalhando nele mudam para a cadeia principal.

Dificuldade de mineração e sua regulação

Dificuldade de mineração – é um parâmetro que determina quão difícil é encontrar um hash válido para um bloco. O protocolo ajusta automaticamente a dificuldade para garantir um tempo de criação estável de novos blocos.

Quando novos mineradores se juntam à rede e a potência de computação (hashrate) aumenta, a dificuldade aumenta para que o tempo de criação de bloco permaneça inalterado. E vice-versa, se os mineradores saem da rede, a dificuldade diminui.

Este regulamento automático garante uma emissão previsível de novas moedas e um funcionamento estável da rede independentemente do número de mineradores.

Principais tipos de mineração de criptomoeda

Ao longo da existência das criptomoedas, surgiram várias formas de mineração. Vamos considerar as mais comuns entre elas:

Mineração em processador central (CPU)

Nos primeiros anos da existência do bitcoin, era suficiente um processador de computador comum para minerar. Qualquer pessoa interessada podia minerar BTC usando um computador doméstico.

No entanto, com o aumento da popularidade das criptomoedas e o aumento da dificuldade de mineração, a mineração por CPU tornou-se ineficaz. Hoje, este método praticamente não é utilizado para criptomoedas populares, uma vez que os custos com eletricidade superam o lucro potencial.

Mineração em placas gráficas (GPU)

As placas gráficas foram inicialmente desenvolvidas para processamento gráfico, mas a sua arquitetura revelou-se eficaz também para a mineração de criptomoedas. As GPUs são capazes de realizar uma multitude de cálculos paralelos, o que as torna muito mais eficientes que as CPUs em tarefas de hashing.

Vantagens da mineração com GPU:

• Custo do equipamento relativamente acessível
• A versatilidade ( pode ser utilizada para várias criptomoedas )
• Possibilidade de revenda de equipamentos para outros fins

A mineração com GPU ainda é utilizada para extrair algumas altcoins, embora para muitas criptomoedas este método já não seja rentável.

Mineração em circuitos integrados especializados (ASIC)

Os ASIC miners são dispositivos especialmente projetados para a mineração de criptomoedas específicas. Ao contrário das CPU e GPU, que são dispositivos de computação universais, os ASIC são destinados exclusivamente à resolução de um algoritmo de hash específico.

Características da mineração ASIC:

• Eficiência e desempenho máximos
• Alto custo do equipamento
• Rápida obsolescência de modelos
• A falta de universalidade (cada ASIC é projetado para um algoritmo específico)

Atualmente, os mineradores ASIC dominam a mineração de bitcoin e de algumas outras criptomoedas que utilizam o algoritmo SHA-256.

Pools de mineração

Uma vez que a probabilidade de um minerador encontrar um bloco de forma independente é extremamente baixa, foram criados pools de mineração – associações de mineradores que utilizam conjuntamente os seus poderosos de cálculo.

Quando o pool encontra um bloco, a recompensa é distribuída entre os participantes proporcionalmente à sua contribuição para o poder computacional total. Isso permite que os mineradores recebam uma renda mais estável, embora menor.

No entanto, a concentração de poder computacional em grandes pools cria riscos de centralização da rede. Se um pool controlar mais de 51% do hash rate total, ele poderá teoricamente realizar um ataque à rede.

Características da mineração de bitcoin

O Bitcoin utiliza o mecanismo de consenso Proof of Work (PoW), criado por Satoshi Nakamoto. Este mecanismo define como a rede alcança consenso sobre o estado da blockchain sem a participação de intermediários centralizados.

Características da mineração de bitcoin:

• Algoritmo de hash SHA-256
• O tempo de criação de bloco alvo é de cerca de 10 minutos
• Ajuste da dificuldade a cada 2016 blocos ( aproximadamente a cada duas semanas )
• Recompensa por bloco, que é reduzida pela metade aproximadamente a cada quatro anos (halving)

Desde a criação do bitcoin em 2009, a dificuldade da sua mineração aumentou milhões de vezes. Hoje, a mineração eficaz de BTC é possível apenas com o uso de dispositivos ASIC especializados e, geralmente, como parte de pools de mineração.

Apesar da elevada concorrência e dos custos, a mineração de bitcoin continua a ser um elemento importante do ecossistema, garantindo a segurança e a descentralização da primeira e mais conhecida criptomoeda do mundo.