O que é prova de história e como funciona?

A necessidade de prova da história, explicada

Como alguém que passou inúmeras horas investigando as complexidades de vários sistemas blockchain, devo admitir que a abordagem de Solana ao consenso e ao processamento de transações é simplesmente impressionante. A maneira como eles conseguiram eliminar a necessidade de um mempool usando seu mecanismo exclusivo de Prova de História (PoH) é verdadeiramente inovadora.

Num sistema descentralizado como o blockchain, manter uma sequência unificada de transações é um obstáculo substancial. Normalmente, os blockchains gerenciam essa sincronização transmitindo blocos por toda a rede. No entanto, este método pode introduzir atrasos e prolongar a confirmação de transações, especialmente à medida que mais dispositivos participam na rede.

Anatoly Yakovenko, criador do Solana, reconheceu um problema chamado “problema do relógio” e propôs um método criptográfico para resolvê-lo, carimbando a data e hora de cada transação de uma forma verificável. Esse registro de data e hora permite que Solana estabeleça uma sequência cronológica de eventos sem a necessidade de acordo contínuo de rede sobre horário ou ordem. A solução única, conhecida como Prova de História, tornou-se uma característica definidora da Solana, permitindo-lhe manter altas velocidades enquanto preserva a descentralização.

Atualmente, Solana está gerando muita atenção como um dos principais blockchains da camada 1, principalmente porque oferece taxas de transação excepcionalmente rápidas e custos acessíveis. Apoiando sua operação de alta velocidade está uma ideia única chamada Prova de História (PoH), que serve de base para esta plataforma poderosa.

Em vez de confiar completamente em métodos de consenso, como Prova de Trabalho (PoW) como Bitcoin ou Prova de Participação (PoS) como Ethereum, Solana utiliza uma mistura de Prova de História (PoH) e Prova de Participação para criar um sistema que ofereça alta velocidade e baixa latência.

Como pesquisador que se aprofunda na tecnologia blockchain, posso atestar que essa combinação única diferencia Solana de seus pares, permitindo-lhe processar um número impressionante de transações por segundo. Esta característica única aborda e alivia eficazmente os gargalos significativos encontrados por outras cadeias nas suas operações diárias.

Como funciona a prova de histórico (PoH)

A prova de histórico opera através da criação de um cronômetro criptográfico que data cada transação, resultando em uma sequência de eventos que verifica a hora exata em que cada transação ocorreu.

Neste método, uma função de atraso verificável (VDF) – especificamente, uma que aproveita a função de hash SHA-256 no contexto de Solana – é empregada para gerar uma cadeia sequencial e ininterrupta de hashes. Cada hash está vinculado ao anterior, criando uma linha do tempo distinta.

Uma característica distintiva do PoH (Prova de História) é que cada hash produzido é verificável e dependente daquele que o precedeu. Essa cadeia de hashes funciona como um “relógio” com o qual todos os nós da rede podem sincronizar, permitindo-lhes concordar na sequência da transação sem exigir comunicação direta. Ao validar blocos e transações em uma ordem pré-determinada, os nós podem agilizar todo o processo.

Como PoH acelera o consenso sobre Solana

PoH (Prova de História) facilita a Solana um consenso mais rápido e eficiente, organizando as transações com antecedência. Isso resulta em tempos de bloqueio curtos e na capacidade de processar inúmeras transações a cada segundo, podendo chegar a milhares.

Em sistemas convencionais de Prova de Participação (PoS) ou Prova de Trabalho (PoW), a criação de blocos é facilitada por um acordo em todo o sistema, onde há necessidade de acordo quanto ao carimbo de data/hora e sequência de cada bloco.

PoH (Prova de História) permite que Solana ignore a etapa de consenso por meio de transações de pré-encomenda. Em termos mais simples, isto significa que os validadores podem processar imediatamente as transações à medida que estas chegam, sem necessidade de esperar por um acordo em toda a rede. Isso resulta em menos necessidade de comunicação e em processos de validação mais rápidos e eficientes.

Com a Prova de História (PoH), Solana pode chegar a um consenso muito mais rapidamente, pois cada nó tem acesso a uma cronologia verificável e idêntica. Isso resulta em tempos de bloqueio consistentes e rápidos – Solana geralmente atinge tempos de bloqueio de 400 milissegundos, o que é mais rápido do que vários sistemas centralizados. Ao resolver o problema de sincronização, o PoH permite que Solana lide com milhares de transações por segundo com um alto nível de precisão.

Interação entre prova de histórico e prova de aposta

Como analista de dados, acho que enquanto o Proof of History (PoH) descreve a sequência e o momento das transações, o Proof of Stake (PoS) é responsável pela eleição dos validadores e pela manutenção da segurança geral da rede.

Como pesquisador que estuda o sistema Proof of Stake de Solana, posso compartilhar que os validadores desta rede são escolhidos com base em seu investimento, ou participação. Quanto maior a aposta, maiores serão as chances de um validador ser selecionado para anexar novos blocos. Este processo de escolha de validadores com base no valor apostado garante a segurança da rede, garantindo que os interesses dos validadores estejam intimamente ligados à saúde e ao bem-estar geral da rede.

PoH e PoS funcionam juntos perfeitamente. Veja como:

• PoH fornece a lista ordenada de eventos, enquanto PoS determina quem pode adicioná-los ao blockchain. 
• O validador eleito, também conhecido como “líder”, coleta e ordena as transações de acordo com os carimbos de data/hora do PoH. Essa sinergia entre PoH e PoS permite que Solana mantenha velocidade e segurança, um equilíbrio que tem sido um desafio para muitos outros blockchains alcançarem.

Papel do validador líder na criação de blocos em Solana

No contexto de Solana, um validador de chave, muitas vezes referido como “líder”, é escolhido para construir blocos dentro de um período de tempo específico, conhecido como slot. É função deste validador líder organizar e registrar a data e hora das transações de acordo com o cronograma da Prova de Histórico (PoH).

Usando Prova de Histórico (PoH), o líder garante que cada transação receba uma posição ou carimbo de data/hora exclusivo, evitando assim a necessidade de validadores adicionais para verificar ativamente a ordem sequencial das transações. Este método simplifica o processo e melhora a eficiência do sistema blockchain.

Depois que o validador líder tiver criado o bloco, ele será verificado por outros nós. 

Como o bloco está alinhado com o cronograma de Prova de Histórico (PoH), a verificação ocorre de forma rápida e eficaz. A principal tarefa do verificador primário no sistema Solana é indispensável para sua escalabilidade, pois garante que os blocos sejam gerados rapidamente e validados em alta velocidade.

A sequência de acordo une Prova de História (PoH) e Prova de Participação (PoS), criando assim uma blockchain com alta velocidade e atraso mínimo.

• Etapa 1: Os líderes validadores em Solana são escolhidos com base em um sistema ponderado por participação, onde validadores com participações maiores em Solana (SOL) têm maior probabilidade de serem selecionados como líderes. Isto significa que as entidades que investem mais na rede têm maior probabilidade de serem responsáveis ​​pela produção de blocos, promovendo um alinhamento de incentivos com a segurança da rede.
• Etapa 2: O mecanismo de consenso do PoH estabelece um cronograma de rotação para líderes. O cronograma é conhecido com antecedência e cada líder recebe um “slot”, que é um breve período (cerca de 400 milissegundos) no qual eles reunirão as transações e produzirão um bloco. Essa rotação previsível permite que os validadores antecipem quando atuarão como líderes, facilitando a preparação para responsabilidades futuras.
• Etapa 3: Durante o slot atribuído, o líder coleta transações da rede. O mecanismo PoH permite que o líder registre a data e hora de cada transação com uma assinatura criptográfica exclusiva, criando uma sequência ordenada de transações. Esta ordenação é parte integrante do PoH, permitindo que as transações sejam verificadas e validadas por outros nós na sequência correta.
• Etapa 4: O líder então organiza as transações ordenadas em um bloco, incorporando um carimbo de data/hora que se alinha com a sequência PoH. Esta sequência atua como um registro histórico que confirma a ordem da transação sem exigir que cada validador chegue a um consenso sobre cada transação individualmente. O carimbo de data/hora do PoH também serve como prova de que as transações foram processadas em tempo real, fornecendo um registro verificável.
• Etapa 5: Depois que o bloco é criado, o líder o transmite para o resto da rede usando o protocolo Turbine de Solana. O Turbine divide os dados em pacotes menores e os distribui entre validadores, garantindo uma propagação eficiente mesmo com grandes volumes de transações.
• Etapa 6: Outros validadores recebem o bloco e o validam em relação à sequência PoH, confirmando que o pedido com carimbo de data e hora está alinhado com o registro histórico esperado. Como as transações já são pré-ordenadas pelo líder, os validadores podem verificar rapidamente a sequência sem a necessidade de comunicação adicional para o pedido, acelerando o processo de validação.
• Passo 7: Após a validação do bloco, ele é adicionado ao blockchain, finalizando os registros da transação. A função do líder então passa para o próximo validador agendado, que começa a coletar transações para o slot seguinte. Este ciclo continua e permite que Solana alcance a produção contínua de blocos e mantenha um alto rendimento.

Inovações adicionais em Solana: Turbina e Pipelining

Além do PoH, Solana também utiliza avanços tecnológicos adicionais, como Turbina e Pipelining, para melhorar ainda mais o desempenho.

Em grandes redes, o fluxo de dados pode ficar lento e obstruído, causando atrasos e backups. O Turbine resolve esse problema dividindo os dados em pedaços menores e enviando-os simultaneamente através de vários nós, da mesma forma que o BitTorrent divide arquivos. Este método mantém a latência mínima e garante altas taxas de transferência de dados, especialmente em uma rede mundial.

Em termos mais simples, o design do pipeline de Solana permite que múltiplas fases de tratamento de transações ocorram ao mesmo tempo. Ao distribuir estas tarefas entre os recursos disponíveis, permite que as transações ocorram sem problemas e sem demora, aumentando a eficiência e a capacidade.

Ao mesclar as tecnologias Turbine e Pipelining com Proof-of-History (PoH), Solana lida com transações em um ritmo rápido e eficiente, evitando os pontos de estrangulamento típicos que os blockchains convencionais costumam encontrar.

Por que Solana não tem mempool

Na maioria das redes blockchain, um mempool serve como armazenamento temporário para transações que ainda não foram confirmadas. Solana, por outro lado, opera de forma diferente porque não utiliza o mempool tradicional devido ao seu mecanismo de consenso de Prova de História (PoH). No sistema Solana, as transações recebem um carimbo de data/hora imediatamente assim que entram na rede, permitindo que sejam processadas em tempo real sem a necessidade de um mempool para fins de fila.

No processamento em tempo real, não há necessidade de fila (mempool) porque as transações não são feitas para esperar sua vez — elas são rapidamente aceitas e organizadas ou rapidamente descartadas. Ao eliminar o mempool, Solana diminui significativamente a latência e garante que as transações sejam processadas prontamente, o que é crucial para preservar seu desempenho acelerado.

O PoH permite que Solana funcione sem um mempool?

A função exclusiva de carimbo de data/hora do PoH é o que permite que Solana opere sem um mempool.

Como o PoH incorpora uma sequência integrada para transações, os validadores podem processar transações prontamente sem exigir armazenamento temporário. Essa classificação instantânea agiliza o processo de transação e permite que a rede gerencie grandes volumes com mais eficiência, eliminando a complexidade de manter uma fila (ou mempool) para gerenciamento de transações.

O uso do design do Solana garante um desempenho rápido e um equilíbrio bem gerenciado entre as responsabilidades do validador, segurança da rede e prevenção de congestionamento – tornando-o um dos blockchains mais rápidos atualmente em operação.

Líderes de bloco – um vetor de centralização no modelo de consenso PoH de Solana?

A escolha frequente dos mesmos validadores como líderes no mecanismo de Prova de Participação (PoS) pode levar a uma concentração da produção de blocos, diminuindo assim a variedade de validadores e amplificando os riscos associados à extração do Valor Extraível Máximo (MEV).

Como investidor em criptomoedas, entendo que os líderes da rede desempenham um papel fundamental na facilitação e verificação de transações dentro do nosso ecossistema digital. No entanto, se os mesmos poucos validadores forem consistentemente selecionados como líderes, isso poderá levar a um cenário em que um grupo pequeno e com bons recursos possa exercer um controle desproporcional sobre a produção de blocos. Isto poderia potencialmente limitar a variedade de participantes ativamente envolvidos na criação de blocos para a rede.

Os líderes do bloco atuam como emissores exclusivos de transações e podem potencialmente utilizar transações de Valor Extraível Máximo (MEV) para gerar ganhos adicionais. No entanto, o ritmo rápido da cadeia diminui as oportunidades de MEV em comparação com redes mais lentas. Este aspecto apresenta um risco inerente ao mecanismo de Prova de Participação (PoS).