Introdução

A forma como conduzimos negócios, gerimos ativos e trocamos valor na era digital está passando por uma transformação revolucionária. A tecnologia Blockchain está no centro desta transformação. Mas o que exatamente é blockchain?

Blockchain é um livro-razão compartilhado e imutável que simplifica o processo de registro de transações e rastreamento de ativos dentro de uma rede comercial. Ativos intangíveis, como propriedade intelectual, patentes, direitos autorais e marcas, são exemplos de ativos intangíveis. Em outras palavras, se tiver valor, poderá ser rastreado e negociado em uma rede blockchain. Isto reduz os riscos e, ao mesmo tempo, reduz significativamente os custos para todas as partes envolvidas.

No mundo dos negócios, informações oportunas e precisas são críticas. Por fornecer dados imediatos, compartilhados e completamente transparentes armazenados em um livro-razão imutável, o blockchain se destaca como uma tecnologia que pode entregar essas informações rapidamente. Somente membros com as permissões necessárias têm acesso a este livro-razão. Uma rede blockchain pode lidar com o rastreamento de pedidos, pagamentos, contas e produção. Além disso, como todos os membros têm uma visão unificada da verdade, todos os detalhes da transação podem ser visualizados do início ao fim. Esta transparência não só aumenta a confiança, mas também abre a porta para novas eficiências e oportunidades.

Nonce: do básico ao blockchain

O termo “Nonce” pode parecer técnico e complexo, mas a sua essência é simples. Um nonce é um número único que desempenha um papel importante no blockchain e na criptografia. É derivado da frase “número usado apenas uma vez”.

Um nonce, no caso do Bitcoin, é um número de quatro bytes que é adicionado a um bloco com hash – ou criptografado – no mundo do blockchain. Quando refeito, esse número deve atender a certas restrições de nível de dificuldade impostas pela rede blockchain. A principal função do nonce é ser o número que os mineradores de blockchain se esforçam para resolver. Um mineiro recebe a recompensa do bloco depois de resolver com sucesso no momento.

O Nonce desempenha um papel importante na segurança do blockchain. A segurança de um blockchain depende de sua capacidade de gerar e validar grandes números criptografados, conhecidos como “hashes”. A função criptográfica que gera um hash é determinística, o que significa que sempre produzirá o mesmo resultado com a mesma entrada. Essa natureza determinística garante que, embora a geração de um hash seja eficiente, a dedução da entrada original se torna difícil, aumentando assim a segurança do blockchain.

Para fortalecer a segurança do blockchain, os dados dos blocos anteriores são criptografados ou “hashed” em uma sequência de números, que forma o cabeçalho do bloco seguinte. Este cabeçalho de bloco contém metadados críticos, como o número da versão do blockchain, o hash do bloco anterior, a raiz Merkle, o carimbo de data e hora, o alvo de dificuldade e, o mais importante, o nonce.

O nonce é usado para autenticar as informações dentro de um bloco. Durante o processo de mineração, um número aleatório é gerado, anexado ao hash do cabeçalho atual e, em seguida, refeito. Depois disso, o novo valor é comparado a um hash alvo. Se o valor de hash resultante corresponder aos requisitos, o minerador resolve o problema com sucesso e recebe o bloco. Se este não for o caso, o valor nonce é incrementado e repetido. Este processo iterativo continua até que um minerador atinja a meta com sucesso.

Devido à alta dificuldade de mineração, a maioria dos blocos são abertos por pools de mineração, pois os mineradores individuais podem não ter o poder de hashing necessário. É improvável que o valor do nonce seja adivinhado corretamente na primeira tentativa, exigindo que os mineradores testem muitos valores do nonce antes de determinar o valor correto. O tempo necessário para gerar uma solução é determinado pelo nível de dificuldade, que mede a dificuldade de criar um hash abaixo do alvo. Para garantir a consistência da rede, a dificuldade do bloco permanece uniforme, dando a todos os mineradores oportunidades iguais de deduzir o hash correto.

Mineração, Nonce e quebra-cabeças criptográficos

O mundo blockchain é vasto e um dos seus aspectos mais fascinantes é o processo de mineração. Muitas redes blockchain dependem da mineração para garantir sua segurança e continuidade. Mas como o nonce se encaixa nesse quebra-cabeça?

A mineração é um processo computacional no qual as transações são adicionadas ao livro-razão público, o blockchain. Os mineiros validam e verificam as transações para garantir que sejam válidas. Essas transações são adicionadas a um bloco depois de verificadas. Antes que um bloco possa ser adicionado ao blockchain, no entanto, os mineradores devem resolver um quebra-cabeça matemático complexo, que é onde o nonce entra em jogo.

Era uma vez durante o processo de mineração: Um nonce é um número pseudo-aleatório usado principalmente como contador no processo de mineração no contexto da tecnologia blockchain. Por exemplo, os mineradores de Bitcoin devem adivinhar o nonce correto várias vezes para calcular um hash de bloco que atenda a requisitos específicos. O primeiro minerador a descobrir um nonce que produza um hash de bloco válido ganha o direito de adicionar o próximo bloco ao blockchain e é recompensado por seus esforços.

Compreendendo o Nonce no Blockchain: uma ilustração simples

Para entender como um nonce funciona em blockchain, vamos visualizar uma simulação de bloco.

Para que um bloco seja reconhecido como válido através do mecanismo de prova de trabalho, seu hash resultante deve ser um número baixo ou começar com um número específico de zeros, determinado pelo nível de dificuldade definido. Por exemplo, se a dificuldade exige que o hash comece com quatro zeros, então esse se torna o nosso alvo. (As imagens a seguir vêm de: https://pintu.co.id/)

Bloco Inicial – Antes de o nonce ser adicionado, este bloco não atende aos critérios.

Em nosso primeiro bloco, temos dados de transação, como uma transferência de 5 BTC de A para B. O hash desses dados é bc97ee..5052 quando expresso em hexadecimal. Traduzindo os caracteres iniciais de hexadecimal, 'b' significa 11 e 'c' equivale a 12, fazendo com que o hash seja lido 111297…5052 em formato decimal. Isso significa que nosso hash começa com o número 1.

Para modificar o número inicial do hash para 0, os mineradores introduzem uma variável que pode alterar o resultado do hash. Essa variável é o nonce, uma figura aleatória que, quando adicionada, pode produzir um hash diferente. Depois de adicionar o nonce, o minerador aplica o algoritmo de hash SHA-256 para derivar um novo hash.

Bloqueio com Nonce “1” - Mesmo com o nonce, o bloco não atinge a meta.

Bloco com Nonce “23” – Apesar de um nonce diferente, o bloco permanece não conforme.

Usando um nonce de 1, o novo hash derivado é 306b…ba6a. No entanto, isto não satisfaz o nosso objetivo de começar com quatro zeros. Os mineiros então ajustam os valores do nonce sequencialmente, aplicando o algoritmo SHA-256 a cada vez, com o objetivo de obter um hash que se alinhe com o nível de dificuldade.

Bloco bem-sucedido - Com um nonce “16663”, o hash do bloco começa com os quatro zeros necessários.

Após inúmeras tentativas, descobriu-se que um valor nonce de 16.663 produz um hash que começa com os quatro zeros desejados.

Este método iterativo de aplicação de técnicas de hash e ajuste de nonces é denominado mineração. Os mineradores estão em uma corrida para identificar o nonce correto e executar o hash de acordo com o objetivo definido. O primeiro minerador a criar um bloco compatível (encontrar um nonce que resulte em um hash abaixo do alvo) é recompensado, geralmente em Bitcoin.

Descoberta de Nonce por meio de tentativa e erro

A mineração é um processo iterativo. Os mineradores ajustam o valor nonce e refazem os dados do bloco indefinidamente até encontrarem um valor de hash que atenda aos critérios da rede. Isto é frequentemente comparado a uma loteria, na qual os mineiros fazem inúmeras suposições para encontrar o número vencedor (uma vez). A complexidade deste processo garante a segurança da rede, tornando computacionalmente difícil e intensivo em recursos a alteração de qualquer informação uma vez adicionada ao blockchain.

O papel do hardware

O número de mineradores e o poder computacional que eles trazem para a rede influenciam a dificuldade em determinar o nonce correto. Recursos de computação de alto desempenho podem processar equações matemáticas complexas mais rapidamente, dando aos mineradores uma vantagem na localização do nonce correto. O nível de dificuldade se ajusta à medida que a rede blockchain cresce e mais mineradores entram na briga para garantir que os blocos sejam adicionados a uma taxa relativamente constante.

Por que o Nonce é importante?

O nonce garante que cada bloco tenha um valor único, mesmo que as transações nele contidas sejam idênticas. Essa singularidade é crucial para a segurança do blockchain. Ao exigir que os mineradores resolvam imediatamente, a rede garante que qualquer agente mal-intencionado consideraria proibitivamente caro e demorado alterar os dados da transação.

A abordagem única da Ethereum para Nonce

Ethereum, uma plataforma blockchain líder, trouxe inúmeras inovações no espaço blockchain. Uma de suas características distintivas é a abordagem ao nonce, que difere ligeiramente de outras redes blockchain.

Dois tipos de Nonce em Ethereum

Embora o termo “nonce” possa parecer singular em sua aplicação, Ethereum o emprega de duas maneiras distintas:

1. Prova de Participação Nonce: Ethereum fez a transição de um mecanismo de Prova de Trabalho (PoW) para um mecanismo de Prova de Participação (PoS). No PoS, o conceito de nonce usado no processo tradicional de mineração de PoW não é diretamente aplicável. Em vez de os mineradores competirem para resolver quebra-cabeças de hash, os validadores no PoS são escolhidos para criar novos blocos com base no número de moedas que possuem e estão dispostos a “apostar” ou bloquear como garantia. Quanto mais moedas apostarem, maior será a chance de serem escolhidos para validar um bloco de transações. Este mecanismo de eficiência energética não envolve o processo de mineração tradicional, eliminando assim a necessidade de um nonce PoW no contexto da criação de blocos.
2. Conta Nonce: Este continua sendo um recurso exclusivo do Ethereum. A conta nonce atua como um contador de transações para cada conta na rede Ethereum. Cada vez que você envia uma transação da sua conta Ethereum, esse valor de nonce aumenta em um, garantindo que cada transação da sua conta seja única.

Por que a conta Nonce é importante

Pedido de transação

A conta nonce garante que as transações sejam processadas na ordem em que são recebidas. Não há garantia de que as transações enviadas em rápida sucessão serão processadas na ordem em que foram enviadas em sistemas distribuídos. No entanto, com o nonce da conta, os mineradores devem processar as transações na ordem especificada pelo valor do nonce. Uma transação com nonce 1 será, por exemplo, processada somente após uma transação com nonce 0 ter sido processada.

Prevenindo ataques de repetição

O account nonce é fundamental na prevenção de ataques de repetição. Sem o nonce, um ator mal-intencionado pode reenviar ou “repetir” uma transação várias vezes, resultando potencialmente em gastos duplos. Com o nonce, entretanto, cada transação é distinta, mesmo que o valor e o destinatário permaneçam constantes. Devido a esta singularidade, a rede Ethereum rejeitará qualquer transação repetida com um nonce já utilizado, evitando ataques de repetição.

Exemplo prático

Imagine que você possui um endereço Ethereum e enviou várias transações desse endereço. Cada uma dessas transações terá um nonce exclusivo, começando em 0 para a primeira transação e aumentando em um para cada transação subsequente. Este valor não representa apenas o número de transações que você enviou, mas também garante a exclusividade e a segurança de cada transação.

O futuro do Nonce no Blockchain

À medida que a tecnologia blockchain continua a evoluir, o mesmo acontece com o papel e a importância do nonce. Este capítulo final explorará possíveis avanços, desafios e as implicações mais amplas do nonce no cenário de blockchain em constante evolução.

Algoritmos Nonce Adaptativos

Com o crescente poder computacional disponível para os mineradores, há uma necessidade crescente de algoritmos nonce adaptativos. Esses algoritmos ajustariam a dificuldade de encontrar o nonce correto em tempo real, garantindo que os blocos fossem adicionados ao blockchain em uma taxa consistente, independentemente do poder total de hashing da rede.

Computação Quântica e Nonce

O advento da computação quântica apresenta desafios e oportunidades para a tecnologia blockchain. Os computadores quânticos poderiam encontrar o nonce correto muito mais rápido do que os sistemas atuais. Embora isto possa acelerar a validação das transações, também pode perturbar o equilíbrio de poder nos sistemas de prova de trabalho. Os desenvolvedores de blockchain já estão pesquisando algoritmos nonce que seriam resistentes a quantum.

Protocolos de segurança aprimorados

À medida que as ameaças cibernéticas se tornam mais sofisticadas, o papel do nonce na garantia da segurança das transações tornar-se-á ainda mais crítico. Os futuros sistemas blockchain podem empregar vários nonces ou combinar valores nonce com outras técnicas criptográficas para aumentar a segurança.

Considerações ambientais

O processo intensivo de energia para encontrar o nonce correto em sistemas de prova de trabalho levantou preocupações ambientais. Os futuros sistemas de blockchain podem procurar formas mais eficientes em termos energéticos para utilizar nonces ou mudar para prova de aposta ou outros mecanismos de consenso que não dependam do processo de mineração com uso intensivo de energia.

Conclusão

O nonce, embora pareça um conceito simples, desempenha um papel crítico no complexo mundo do blockchain. O nonce sem dúvida se adaptará à medida que a tecnologia evolui, garantindo que o blockchain permaneça seguro, eficiente e relevante na era digital.