Mineração de bitcoin: Um guia completo

A mineração de Bitcoin é um processo que valida transações de Bitcoin e emite novas bitcoins (BTC) em circulação.

A mineração de Bitcoin ajuda a:

• Incentivar os mineradores que propõem e verificam novas transações para a blockchain da Bitcoin.

• Proteger a blockchain da Bitcoin contra ataques.

• Gerir a criação e o fluxo de novas unidades da criptomoeda bitcoin que entram no mercado pela primeira vez.

Semelhante à mineração física de metais preciosos como o ouro, a mineração de bitcoin requer equipamento especializado, energia e um pouco de sorte.

No entanto, em vez de pás e panelas, os mineradores de Bitcoin competem entre si usando equipamentos de computação desenvolvidos para esse fim. 

O objetivo de cada minerador é vencer uma competição baseada em criptografia. O vencedor de cada ronda recebe uma recompensa em bloco muito desejada pelos seus esforços. Também têm o direito de propor um novo bloco de dados de transações pendentes para se juntar à blockchain.

Se tudo isso é novo para si, continue a ler a seguir o nosso guia completo sobre mineração de Bitcoin.

Mas, se quiser uma compreensão mais profunda e técnica, pode estar interessado em conferir o nosso artigo: Como as criptomoedas usam criptografia?

Antes de mergulhar na mecânica do Bitcoin, é importante começar por compreender por que acontece a mineração de Bitcoin.

A rede Bitcoin não é gerida por um banco central, bilionário poderoso ou instituição financeira intermediária. É gerida coletivamente por voluntários espalhados pelo mundo, e qualquer um pode participar. 

Isso significa que o Bitcoin depende da cooperação de seus utilizadores para operar e funcionar. Como contrapartida por dedicar o seu poder computacional à validação de transações, o protocolo recompensa os mineradores com novas unidades da criptomoeda bitcoin. 

Ao incentivar a cooperação, os mineradores ajudam coletivamente a proteger a rede, tornando proibitivamente caro para atores maliciosos obter o controlo maioritário sobre ela.

Para compreender melhor a descentralização da Bitcoin, vamos olhar para uma empresa tradicional, controlada centralmente, como a Uber. 

Imagine se a Uber fosse gerida coletivamente pelos seus milhões de motoristas de táxi e utilizadores da aplicação, em vez de um grupo seleto de altos executivos. Neste modelo mais descentralizado para a Uber, todas as partes envolvidas acordariam coletivamente sobre como os motoristas seriam pagos e como a aplicação de pedido de viagens funcionaria — em vez de essas decisões serem tomadas por uma equipa de executivos.

Além disso, em vez de a empresa gerir funções importantes como administração e desenvolvimento da aplicação, qualquer pessoa no mundo poderia ajudar a contribuir para essas funções a partir de casa, utilizando os seus próprios dispositivos. Isto poderia criar um ecossistema muito mais acessível e transparente para todos.  

Dito isto, este nível de descentralização pode levantar algumas questões sérias; se qualquer pessoa pode participar na rede e não há uma única autoridade para supervisionar as suas operações, como pode dissuadir pessoas desonestas de tentar corromper a rede, e como pode garantir que todos colaboram de forma eficaz?

É aqui que o mecanismo de consenso da blockchain entra em cena.

Simplificando, a mineração de bitcoin é uma corrida para ganhar um jogo de sorte que se repete aproximadamente a cada dez minutos.

Envolve mineradores a utilizar máquinas especializadas para gerar valores aleatórios. Quem gerar um valor que ultrapasse o valor alvo, ganha. A parte difícil é que os mineradores não têm controlo sobre os valores que criam. Apenas têm que continuar a gerar novos valores na esperança de que eventualmente um deles seja o vencedor.

Assim que alguém o faz, transmite o seu valor a todos os outros mineradores na rede para verificar a sua validade.

Uma forma mais fácil de compreender este processo é pensar em milhares de pessoas a tentar resolver um cubo de Rubik vendadas, todas ao mesmo tempo. 

No início, cada pessoa tem o seu próprio cubo embaralhado de forma idêntica. Assim que a competição começa, todos começam a rodar aleatoriamente os seus cubos até que um fiscal anuncie um vencedor. Os restantes concorrentes tiram as vendas e inspecionam o cubo do vencedor para verificar a sua conclusão. Depois, a competição começa tudo de novo.

Está a fazer sentido até agora? Vamos aprofundar um pouco mais. 

Para ser mais específico, os mineiros competem entre si usando computadores construídos para gerar hashes criptográficos — geralmente muitos milhões deles por segundo— na esperança de serem os primeiros a adivinhar o hash correto.

Pode pensar em cada novo hash como uma única jogada de um cubo Rubik. 

O mineiro que adivinhar o hash correto primeiro ganha o direito de adicionar esse bloco à blockchain. Em troca do seu trabalho, o mineiro recebe a recompensa do bloco.

Um mecanismo de consenso de blockchain é um sistema orientado por computador que garante que os participantes de uma rede descentralizada possam chegar a um consenso sobre novos dados que entram na blockchain.

Porque os blocos de Bitcoin e os dados de transação dentro deles se tornam permanentes uma vez adicionados à blockchain, é crucial que esta informação seja válida. 

Por exemplo, a rede deve garantir que as pessoas não tentem transferir fundos que na verdade não têm, ou "gastar duas vezes" o mesmo saldo enviando-o a duas pessoas diferentes ao mesmo tempo.

Os mecanismos de consenso ajudam a rede a acordar coletivamente sobre estas questões para garantir que novas transações sigam as regras do protocolo antes de serem permanentemente adicionadas à blockchain.

Existem diferentes mecanismos de consenso que podem ser empregados numa rede baseada em blockchain, cada um com o seu próprio método específico para filtrar utilizadores desonestos. 

A Bitcoin utiliza o mecanismo de consenso prova de trabalho (PoW - proof-of-work) — um sistema que envolve poder computacional e energia para garantir que os participantes atuem nos melhores interesses da rede. 

Este método aproveita princípios da teoria dos jogos, um estudo matemático de como os humanos interagem uns com os outros. Ao exigir que os participantes se envolvam pessoalmente — comprando equipamentos e cobrindo custos operacionais — o sistema prova de trabalho ajuda a dissuadir maus atores de tentarem corromper a rede.

Pode aprender mais sobre prova de trabalho e outros tipos de mecanismos de consenso no nosso artigo do Kraken Learn Center O que é um mecanismo de consenso da blockchain?

Os hashes são códigos de comprimento fixo criados quando alguém executa qualquer tipo de entrada através de uma função de hash criptográfica.

Pode pensar nas funções de hash criptográficas como máquinas de código mágico que podem pegar em qualquer coisa, desde uma única letra até uma enciclopédia, e transformá-la num código único e aleatório de comprimento fixo.

Ao longo dos anos, surgiram vários tipos de algoritmos de hashing. Cada um utiliza uma metodologia diferente para receber entradas e transformá-las em códigos aleatórios.

A rede Bitcoin utiliza o Algoritmo de Hash Seguro 256 (SHA-256), que foi originalmente desenvolvido pela Agência de Segurança Nacional dos Estados Unidos (NSA).

Os hashes SHA-256 são códigos hexadecimais de 28 caracteres, de comprimento fixo, que contêm uma mistura de números entre 0-9 e letras entre A-F. 

Não importa até que ponto uma entrada é pequena ou grande, irá sempre gerar um código do mesmo exato comprimento. Por exemplo, executar a palavra única "Olá" ou um livro inteiro do Senhor dos Anéis através do algoritmo SHA-256 produzirá dois códigos hash únicos de 28 caracteres.

Os hashes são vitais no processo de mineração porque possuem uma série de características únicas.

Os hashes são:

• Determinísticos - A mesma entrada produzirá sempre o mesmo código hash exato.

• Unidirecionais - Embora seja fácil transformar uma entrada num hash, é impossível saber qual era a entrada a partir da saída.

• Aleatórios - Os códigos hash não têm semelhança com as suas entradas.

• Únicos - Não há dois hashes iguais.

O que é especial sobre estas funcionalidades é que, se uma pessoa modificar apenas uma pequena parte da entrada, isso cria uma saída totalmente diferente.

Por exemplo, se mudar uma única letra num livro do Senhor dos Anéis, isso produzirá um código hash completamente novo, irreconhecível em relação ao primeiro.

Qualquer pessoa pode criar hashes executando qualquer entrada através de uma função de hash criptográfica. Pode até experimentar você próprio usando uma calculadora de hashing online gratuita.

Para ganhar a competição de mineração de Bitcoin e ganhar recompensas de bloco, os mineradores devem criar um hash com um valor igual ou inferior a um objetivo definido automaticamente pelo próprio protocolo Bitcoin. Esse valor é conhecido como hash alvo.

Cada hash alvo terá um certo número de zeros na frente. Dependendo da dificuldade de mineração atual, que também é definida automaticamente pelo protocolo, pode haver apenas alguns zeros na frente ou muitos.

Quanto mais zeros houver à frente de um hash alvo, mais difícil é para os mineradores superá-lo, e vice-versa.

Por exemplo, um hash alvo típico de bitcoin pode parecer algo como isto:

00000000000a28ba41fe240e0b37

Um hash alvo mais fácil de superar pode ser assim:

000agh3h5g6711deabcc650918d9

Reparou que tem significativamente menos zeros à frente?

Embora isso possa parecer trivial, adicionar apenas um zero extra à frente torna a competição centenas de vezes mais difícil de vencer. 

Pode pensar nisso como a diferença entre lançar uma moeda e sair cara três vezes seguidas em comparação com vinte vezes seguidas.

O hash alvo para cada novo bloco de transações é primeiro transmitido para a rede como parte do bloco anterior. Esta informação é armazenada no cabeçalho do bloco, que é uma parte do bloco de bitcoin que armazena várias informações importantes de identificação.

Também dentro do cabeçalho do bloco está um valor chamado nonce, abreviação de “number used once” (número usado uma vez). 

Ao criar um hash para superar o hash alvo, todos os mineradores pegam no cabeçalho do bloco anterior, mudam o nonce para um novo número e o executam através do algoritmo de hash SHA-256. Cada vez que o valor do nonce é alterado, produz um hash completamente novo.

Como é impossível para os mineradores saberem que hashes produzirão que entradas, superar o alvo é simplesmente uma questão de tentativa e erro. 

O processo de adivinhação e verificação continua até que um minerador consiga criar um hash que tenha o mesmo ou mais zeros à frente do que o hash alvo atual.

O minerador vencedor propõe então um novo bloco de dados de transação a todos os outros mineradores na blockchain para que verifiquem de forma independente. Estes outros mineradores, que não ganharam a competição de mineração, verificam independentemente o bloco proposto para garantir que é válido.

Quando a dificuldade de mineração aumenta, também aumentam os custos associados à mineração.

Em alguns casos, isso pode tornar incrivelmente difícil para mineradores a solo operarem acima dos níveis de equilíbrio.

Nestes cenários, muitos mineradores independentes decidem juntar os seus recursos nas chamadas pools de mineração.

As pools de mineração partilham o seu poder de processamento e dividem proporcionalmente quaisquer recompensas de bloco que ganham entre todos os membros da pool. 

Hoje, a maioria da mineração de bitcoin é feita por estes grupos, embora seja possível minerar criptomoedas a partir de casa.

A facilidade ou dificuldade de ganhar a competição de mineração e ganhar a recompensa de bloco depende de três fatores-chave:

1. Hashrate.

2. Dificuldade de mineração.

3. Equipamento.

Hashrate é uma métrica usada para rastrear o total de poder computacional de todos os mineradores numa rede blockchain. Em resumo, combina o número de hashes por segundo que cada minerador produz com as suas máquinas. 

Esta medição fornece informações sobre o tamanho total da rede de mineração de uma blockchain e até que ponto é segura contra ataques da maioria.

À medida que a hashrate de uma rede aumenta, isso geralmente leva a um aumento na dificuldade de mineração, e vice-versa.

Voltando ao exemplo do cubo de Rubik, quanto mais pessoas competirem para resolver o cubo, menores serão as probabilidades de ganhar.

O protocolo Bitcoin tem uma funcionalidade integrada que ajusta automaticamente a dificuldade da competição de mineração para garantir que os mineradores continuam a descobrir novos blocos o mais próximo possível do alvo de tempo de bloco de 10 minutos.

Como mencionado acima, o bitcoin recém-emitido entra em circulação através de recompensas de bloco cada vez que um minerador supera com sucesso o hash alvo e é concedido o direito de adicionar um novo bloco à blockchain.

Para garantir que novas moedas não inundem o mercado à medida que a rede cresce com um número cada vez maior de novos mineradores, um sistema de ajuste de dificuldade algorítmica foi codificado no protocolo Bitcoin pelo seu criador, Satoshi Nakamoto, antes do seu lançamento para gerir esse problema.

O algoritmo de dificuldade de mineração de bitcoin é tal que, após cada 2016 blocos (aproximadamente a cada duas semanas), o protocolo verifica quanto tempo levou para os mineradores descobrirem o hash vencedor para cada bloco e compara esse tempo com os 20.160 minutos que deveria levar (10 x 2016). 

Se de repente houver um aumento no número de pessoas a minerar bitcoin e novos blocos estiverem a ser descobertos muito rapidamente, o algoritmo aumentará a dificuldade do hash alvo (aumenta o número de zeros na frente) para desacelerar os mineradores. 

Por outro lado, se o número de mineradores cair ou começar a demorar muito para descobrirem novos blocos, o algoritmo tornará os hashes alvo subsequentes mais fáceis (reduzindo o número de zeros na frente).

Pense nisso como ajustar a dificuldade de completar um cubo de Rubik aumentando ou diminuindo o número de linhas que o cubo tem.

Um cubo 3x3, por exemplo, seria muito mais fácil de resolver do que um cubo 5x5, e assim sucessivamente.

Para obter uma vantagem competitiva sobre os outros na rede, muitos mineradores usam circuitos integrados específicos de aplicação (ASIC) para mineração. Estas máquinas são capazes de gerar centenas de milhões de hashes por segundo e podem ser executadas em paralelo para dar aos proprietários uma maior probabilidade de ganhar recompensas de bloco.

Várias grandes empresas públicas, incluindo Riot Platforms, Marathon Digital e CleanSpark Inc., operam atualmente enormes instalações de mineração de criptomoedas com milhares de máquinas de mineração ASIC.

A participação dessas empresas maiores aumentou dramaticamente a hashrate geral da Bitcoin, tornando cada vez mais difícil descobrir novos blocos.

É possível para qualquer pessoa ver qual é a hashrate atual da Bitcoin a qualquer momento, usando vários gráficos de hashrate online gratuitos.

Quando a dificuldade de mineração aumenta, também aumentam os custos associados à mineração.

Em alguns casos, isso pode tornar incrivelmente difícil para mineradores a solo operarem acima dos níveis de equilíbrio.

Nestes cenários, muitos mineradores independentes decidem juntar os seus recursos nas chamadas pools de mineração.

As pools de mineração partilham o seu poder de processamento e dividem proporcionalmente quaisquer recompensas de bloco que ganham entre todos os membros da pool. 

Hoje, a maioria da mineração de bitcoin é feita por estes grupos, embora seja possível minerar criptomoedas a partir de casa.

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