A Tolerância a Erros Bizantinos Explicada

Sempre fui fascinado por este conceito de Tolerância a falhas bizantinas. Desde a emergência do Bitcoin em 2008 como um sistema monetário peer-to-peer, vi passar tantas criptomoedas, cada uma com os seus próprios mecanismos. Mas quase todas compartilham um elemento fundamental: a blockchain.

As blockchains são intencionalmente projetadas para serem descentralizadas, funcionando como um registro digital mantido por uma rede distribuída de nós computacionais. Esta tecnologia possibilitou a criação de sistemas econômicos sem confiança, onde transações financeiras transparentes e confiáveis podem ser executadas sem intermediários. As cryptos tornaram-se uma alternativa viável aos sistemas bancários tradicionais que dependem tanto da confiança - e, francamente, quem ainda confia nos bancos?

Como na maioria dos sistemas informáticos distribuídos, os participantes de uma rede crypto devem regularmente concordar sobre o estado atual da blockchain - isso é chamado de consenso. Mas alcançar esse consenso em um ambiente distribuído, de forma segura e eficiente? Isso está longe de ser simples!

Então, como uma rede distribuída de nós pode chegar a um consenso se alguns nós podem falhar ou agir de forma desonesta? Essa é a questão fundamental do famoso problema dos Generais Bizantinos, que deu origem ao conceito de Tolerância a falhas bizantinas.

O Problema dos Generais Bizantinos

Este dilema lógico foi imaginado em 1982 para ilustrar como um grupo de generais bizantinos pode ter problemas de comunicação quando tenta concordar sobre sua próxima manobra.

O dilema supõe que cada general tem seu próprio exército e que cada grupo está localizado em diferentes lugares ao redor da cidade que eles desejam atacar. Os generais devem concordar em atacar ou recuar. Não importa a ação escolhida, contanto que todos os generais cheguem a um consenso para executar a ação de forma coordenada.

Consideremos, portanto, esses requisitos:

• Cada general deve decidir: atacar ou recuar
• Uma vez tomada a decisão, impossível de a alterar
• Todos os generais devem concordar na mesma decisão para a executar de forma sincronizada

O desafio central? Um general só pode se comunicar com outro por meio de mensageiros. E essas mensagens podem ser atrasadas, destruídas ou perdidas.

Pior ainda, mesmo que uma mensagem seja entregue corretamente, um ou mais generais podem optar por agir de forma maliciosa e enviar uma mensagem fraudulenta para semear a confusão.

No contexto blockchain, cada general representa um nó da rede, e os nós devem alcançar um consenso sobre o estado atual do sistema. Em outras palavras, a maioria dos participantes de uma rede distribuída deve concordar e executar a mesma ação para evitar uma falha total.

A única maneira de alcançar esse consenso é ter pelo menos ⅔ de nós confiáveis e honestos. Se a maioria da rede decidir agir de forma maliciosa, o sistema torna-se vulnerável a ataques - como esse ataque estúpido de 51% que sempre me faz ranger os dentes.

Tolerância a falhas bizantinas (BFT)

A Tolerância a falhas bizantinas é a propriedade de um sistema capaz de resistir às falhas derivadas do problema dos Generais Bizantinos. Isso significa que um sistema BFT pode continuar a funcionar mesmo que alguns nós falhem ou atuem de forma maliciosa.

Existem várias soluções possíveis para este problema e, portanto, várias maneiras de construir um sistema BFT. Da mesma forma, existem diferentes abordagens para que uma blockchain atinja essa tolerância, o que nos leva aos algoritmos de consenso.

Algoritmos de consenso blockchain

Um algoritmo de consenso é o mecanismo pelo qual uma rede blockchain alcança o acordo. Os mais comuns? A Prova de Trabalho (PoW) e a Prova de Participação (PoS). Vamos usar o Bitcoin como exemplo.

Enquanto o protocolo Bitcoin prescreve as regras primárias do sistema, o algoritmo PoW define como essas regras serão seguidas para alcançar o consenso - nomeadamente durante a verificação das transações.

Embora o conceito de Prova de Trabalho seja mais antigo do que as criptomoedas, Satoshi desenvolveu uma versão modificada como algoritmo permitindo a criação de Bitcoin como um sistema BFT.

Note que o algoritmo PoW não é 100% Tolerância a falhas bizantinas, mas graças ao processo de mineração caro e às técnicas criptográficas subjacentes, provou ser uma das implementações mais seguras e confiáveis para redes blockchain. Eu acho isso brilhante, mesmo que não seja perfeito!

Reflexões finais

O Problema dos Generais Bizantinos é um dilema fascinante que, em última análise, deu origem aos sistemas BFT, amplamente aplicados em vários cenários. Para além da indústria blockchain, encontramos esses sistemas na aviação, no espaço e até na indústria nuclear.

No contexto cripto, ter uma comunicação de rede eficaz com um bom mecanismo de consenso é vital para qualquer ecossistema blockchain. A segurança desses sistemas é um esforço contínuo, e os algoritmos de consenso existentes ainda precisam superar algumas limitações, como a escalabilidade. No entanto, PoW e PoS continuam a ser abordagens fascinantes como sistemas BFT, e suas aplicações potenciais claramente inspiram a inovação em grande escala.