O mecanismo de consenso de uma blockchain é responsável por validar a validade das transações e adicioná-las à blockchain numa sequência precisa. Dependendo do mecanismo de consenso escolhido, a eficiência dos processos de validação e ordenação difere, resultando em diferentes níveis de débito. No mundo das blockchains, Solana é uma cadeia de alto desempenho, com um tempo de bloco de 400ms e transações por segundo (TPS) com uma média entre 2.000 a 3.000, com um pico teórico de TPS de 65.000 (para referência, o TPS do Ethereum é aproximadamente 12).

Este artigo tem como objetivo destacar um par de arquiteturas da Solana que desempenham um papel crítico ao contribuir para a sua alta taxa de transferência, nomeadamente o seu mecanismo de consenso Delegated Proof-of-Stake (DPoS) e o mecanismo Proof-of-History (PoH).

1. Mecanismo de Consenso Tradicional

Vamos começar por entender um dos principais gargalos existentes das blockchains: escalabilidade.

Cada nó numa rede blockchain descentralizada tem o seu próprio relógio interno pelo qual opera. Quando ocorre uma transação, os nós irão carimbar a transação de acordo com este relógio do sistema local.

Relógio Interno do Nó

A confirmação ou rejeição final das transações também será carimbada com base neste bloco do sistema local. Com mecanismos de consenso tradicionais comoProva de trabalho (PoW)eProof-of-Stake (PoS), todos os nós terão de comunicar entre si para estabelecer que o tempo passou.

Para um blockchain descentralizado com milhares de nós espalhados por todo o mundo, as discrepâncias entre os relógios do sistema local dos nós estão destinadas a surgir, resultando em carimbos de data/hora de transações diferentes entre os nós. Isso se torna um problema quando os nós têm de chegar a um consenso em relação às transações realizadas e à ordem destas transações no bloco. Isso é conhecido como o problema de sincronização de carimbos de data/hora e torna-se mais grave e complexo quando uma rede melhora a sua descentralização aumentando o número de nós.

Eventualmente, isso cria um caminho possível para ataques maliciosos. A discrepância no tempo permite que atores maliciosos transmitam transações falsas que são semelhantes aos carimbos de data/hora reais na tentativa de assumir o controle da rede. Para evitar essa manipulação de transações, é necessário gastar muito tempo e poder de processamento para verificar a precisão do carimbo de data/hora. Isso pode potencialmente resultar em um atraso na confirmação do bloco ou até mesmo na rejeição do bloco (os nós podem votar para que o bloco seja inválido devido aos carimbos de data/hora diferentes).

2. O que é o Proof-of-History (PoH)

Proof-of-History (PoH) é usado na Solana para provar que as transações estão colocadas na sequência correta, e isso pode ser facilmente verificado pelos validadores na rede.

Ao contrário do que foi mencionado na secção 1, onde os nós têm os seus relógios individuais, o PoH pode ser considerado como um bloco global que todos os nós utilizam para verificar a passagem do tempo entre dois eventos. Com este relógio universal, os nós visualizam o mesmo registo histórico de transações, abstraindo qualquer potencial discordância na ordenação das transações. Isto permite que o consenso seja alcançado rapidamente e reduz significativamente o tempo necessário para verificar uma transação e adicioná-la à blockchain.

PoH baseia-se num método criptográfico para criar um registo contínuo e cronológico de transações. Vamos aprofundar um pouco mais neste assunto.

3. Mergulho técnico no PoH

Cada transação é processada através do SHA-256, uma função de hash criptográfica conhecida pela sua capacidade de pegar qualquer entrada e produzir uma saída única e imprevisível. Quando uma transação é hashada, a sua saída torna-se na entrada para o hash da próxima transação. Este processo resulta numa ordem incorporada de transações dentro das saídas hashadas, criando uma cadeia longa e contínua.

PoH aproveita as Funções de Atraso Verificáveis (VDFs), que são essenciais para verificar a passagem do tempo dentro da blockchain. VDFs são funções computacionalmente intensivas que não dependem apenas do hash anterior, mas também incorporam o tempo decorrido. Este mecanismo permite que Solana demonstre, criptograficamente, que o tempo real passou na geração de saídas sequenciais. Como resultado, há uma ordem clara e verificável de transações, garantindo uma linha do tempo consistente de eventos. Os validadores podem assim verificar facilmente quanto tempo passou, aumentando ainda mais a confiabilidade da rede.

O uso de PoH no Solana adiciona uma camada robusta de segurança e integridade. Alterar qualquer parte da cadeia de hash exigiria recalcular todos os hashes subsequentes, um esforço intensivo que protege a rede contra alterações.

O PoH reduz significativamente a quantidade de informação que os validadores precisam processar por bloco. Ao usar versões hash do estado mais recente das transações, os tempos de confirmação do bloco são drasticamente reduzidos. Quando os validadores (ou nós replicantes) recebem um bloco, a sequência PoH fornece a eles uma ordem de transação criptograficamente confiável, que podem confiar sem re-verificação. Essa eficiência é vital para acelerar o mecanismo de consenso, já que a rede pode selecionar rapidamente e passar para o próximo validador para a validação do bloco.

4. Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

Com uma melhor compreensão do PoH, esta secção explica como o PoH é utilizado no mecanismo de consenso da Solana - DPoS.

No DPoS, todos os validadores que apostam $SOL poderão participar na governação da rede - votando na validade dos blocos e se devem ser adicionados à blockchain. Os detentores de $SOL (eu e tu) que preferem não participar diretamente no processo de apostas podem delegar os seus tokens a outros validadores, tornando-os efetivamente delegantes. Este processo de delegação aloca os direitos de voto dos delegantes (proporcionais à quantidade de $SOL que possuem) a estes validadores. Em troca de apostar $SOL, os delegantes irão receber uma parte da recompensa do bloco.

O sistema DPoS opera com base no princípio de que os nós com maiores participações têm uma probabilidade maior de serem escolhidos para validar transações e adicioná-las à blockchain. Esta oportunidade de ganhar recompensas de bloco incentiva os nós a manter um alto nível de desempenho e integridade.

Dado um entendimento tanto do DPoS como do PoH, vamos juntar o conhecimento para ter uma visão geral de como será uma confirmação de bloco típica na Solana.

5. Visão Geral de Alto Nível do Mecanismo de Consenso da Solana

1. Seleção de um Nó Líder
   O nó líder será responsável por gerar uma sequência de PoH (ordenar transações) e criar blocos.
   Este processo de seleção é baseado no peso da participação que um nó possui, que é aumentado ao ter detentores de tokens a delegar para eles. O papel de líder será rotacionado entre validadores.
2. Timestamping Transações
   O nó líder receberá transações e as marcará com o PoH para dar origem a uma ordem de transação.
3. Criação de Blocos
   Com a sequência de PoH, o nó líder procede então à criação de um bloco
4. Propagação de Bloco
   O bloco recém-criado será enviado para os nós replicadores (os outros validadores dentro da rede descentralizada)
5. Verificação de Validade da Transação
   Nós nós replicadores irão verificar os seguintes dois componentes:
   Ordem de Transação: Verifique se as transações estão na ordem correta usando a sequência de PoH. Como é um relógio universal, esta verificação não requer comunicação de ida e volta entre os nós (como nos mecanismos de consenso comuns como PoW e PoS).
   Validade da Transação: Verifique se as transações cumprem as regras da rede e são válidas.
6. Finalização do Bloco
   Após verificação da ordem e validade da transação, o bloco será adicionado à blockchain. O próximo nó líder será selecionado, e o processo recomeça.

6. Conclusão

Solana tem trabalhado incansavelmente para melhorar a arquitetura de sua blockchain, com desenvolvimentos recentes incluindo QUIC, QoS ponderada pela participação e mercados de taxas localizadas. Além disso, o ecossistema está antecipando uma melhoria significativa em sua eficiência com o lançamento deFiredancer. Vale a pena ficar de olho nos novos casos de uso que podem ser construídos em cima do Solana com sua arquitetura única - OPOS (Apenas Possível no Solana).

Entretanto, verifique os protocolos construídos na Solanaaquie tenta interagir com eles!

Referências

1. Helius | Prova de História, Prova de Participação, Prova de Trabalho - Explicado
2. Anatoly | Prova de História: Um Relógio para Blockchain
3. Gemini | Solana (SOL): Escalando Cripto para as Massas

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