1. Visão geral da mineração de criptomoedas (PoW)

A mineração de criptomoedas, como a mineração de Bitcoin, é um processo altamente competitivo e com uso intensivo de recursos. Na rede Bitcoin, as transações são agrupadas em blocos e exigem uma quantidade significativa de computação para “provar” ou confirmar em um processo chamado mineração. Os mineradores devem ter hardware e software especializados para serem competitivos no mercado, o que requer um investimento significativo. A competição por recompensas de mineração levou à criação de pools de mineração, onde os mineradores podem combinar seu poder computacional para aumentar suas chances de resolver o problema e receber a recompensa. Isso também ajuda a distribuir as recompensas de mineração de maneira mais uniforme e reduz a concentração do poder de mineração.
O algoritmo de mineração consiste em várias etapas, incluindo agrupar transações, verificar sua validade, selecionar o bloco mais recente e tentar resolver o problema de prova de trabalho (PoW) para o novo bloco. Os mineradores procuram blocos aceitáveis usando o algoritmo PoW incrementando um nonce e obtendo o hash do cabeçalho do bloco resultante até que o valor do hash seja menor que um valor alvo predeterminado. O desempenho da mineração é medido em hashes por segundo, e a dificuldade da mineração é regulada ajustando o valor alvo de hash para blocos periodicamente com base na taxa de criação de blocos.

Processo de mineração Bitcoin explicado

Para entender o processo de mineração de criptografia, vamos dar uma olhada detalhada em cada etapa do processo:

1. Hashing da transação: A primeira etapa é usar uma função de hash para enviar transações pendentes do pool de memória. Cada envio de transação gera um hash de saída fixo que atua como o identificador da transação.

2. Merkle Tree Creation: Uma Merkle Tree verifica o conteúdo da estrutura de dados organizando os hashes da transação em pares. Ele rotula os nós com o hash criptográfico do bloco de dados e os nós internos com o hash do rótulo do nó filho.

3. Block Header Discovery: Um cabeçalho de bloco ajuda os mineradores a identificar um bloco individual com um hash exclusivo. Os mineradores combinam o hash raiz do bloco candidato, o hash do bloco anterior e um número usado apenas uma vez (nonce) para criar um hash válido.

4. Validating Block Hash: O protocolo decide o valor alvo, que deve ser maior que a saída para que o hash do bloco esteja correto. Os mineradores modificam o valor nonce várias vezes, pois não podem alterar os outros dois componentes.

5. Dificuldade de mineração: A dificuldade de mineração indica um quebra-cabeça criptográfico complexo. Quanto mais tempo demorar para encontrar o hash de bloco correto, maior será a dificuldade. A dificuldade de mineração também depende do número de mineradores em uma rede criptográfica. Aqui você pode encontrar uma unidade de medida difícil e um gráfico com as horas extras de dificuldade do Bitcoin.

   H/ s = Hashes por segundo 
    KH/ s = Kilo Hashes por segundo 
    MH/ s = Mega Hashes por segundo 
    GH/ s = Giga Hashes por segundo 
    TH/ s = TeraHashes por segundo 
    PH/ s = PetaHashes por segundo 
    1.000 H/ s = 1 KH/ s 
    1.000 KH/ s = 1 MH/ s 
    1.000 MH/ s = 1 GH/ s 
    1.000 GH/ s = 1 TH/ s 
    1.000 TH/ s = 1 PH/ s
   

6. Verificação de Hash do Bloco: Nesta fase, os mineradores enviam os blocos recém-encontrados aos mineradores pares para verificação de hash. Os nós de mineração peer usam um algoritmo de hash seguro 256 (SHA-256) para verificar a integridade dos dados e identificar problemas de hash e adulteração.

7. Confirmação e publicação do bloco: uma vez que os mineradores de pares verificam e chegam a um consenso em um bloco, um bloco candidato se torna um bloco confirmado. Este novo bloco é adicionado ao final de um blockchain. Quando os mineradores não conseguem validar o hash do bloco candidato, eles descartam o bloco candidato – uma tentativa malsucedida para um minerador.

Os nós Bitcoin que mineram regulam ativamente a taxa de criação de novos blocos para uma média de 10 minutos. À medida que mais mineradores se juntam, a taxa de criação de blocos aumenta e, à medida que a taxa de criação de blocos aumenta, a dificuldade de mineração aumenta para compensar, o que reduz a taxa de criação de blocos. A criação de novos blocos deve levar em média 10 minutos, o que foi especificamente escolhido por Satoshi Nakamoto como uma compensação entre o tempo de confirmação rápido e a quantidade de trabalho desperdiçado devido a divisões de cadeia e blocos órfãos.

Processo de redução pela metade

Os mineradores bem-sucedidos recebem um certo número de Bitcoins e taxas de transação para cada bloco minerado com sucesso. A recompensa pela mineração de um novo bloco é acordada por todos na rede e atualmente é de 6,25 bitcoins, abaixo dos 50 bitcoins originais. Essa recompensa é reduzida pela metade a cada 210.000 blocos e, eventualmente, será totalmente removida quando o limite de 21 milhões de Bitcoins for atingido, ponto em que o processamento da transação será recompensado apenas pelas taxas de transação. O valor do Bitcoin não depende apenas das recompensas da mineração, mas sim da demanda do mercado, das mudanças regulatórias e do sentimento do mercado, que podem afetar o valor do Bitcoin.

2. História inicial da mineração e sua evolução ao longo do tempo

A mineração de criptomoedas pode ser rastreada até os primeiros dias do Bitcoin. A mineração foi realizada em computadores pessoais e CPUs padrão quando o Bitcoin foi inicialmente anunciado em 2009. À medida que a popularidade do Bitcoin crescia, aumentava também a complexidade da mineração, que exigia maior poder e recursos computacionais.

O primeiro pool de mineração Bitcoin foi estabelecido em 2010, permitindo que os mineradores reunissem seu poder de processamento e recursos para melhorar suas chances de resolver o desafio e obter a recompensa. Isso ajudou a distribuir as recompensas de mineração de forma mais igualitária e minimizou a concentração do poder de mineração.

A mineração tornou-se cada vez mais especializada ao longo do tempo, com os mineradores empregando hardware e software especializados para aumentar a eficiência e a concorrência. Os circuitos integrados específicos de aplicativos (ASICs) que analisaremos nas próximas lições foram introduzidos em 2013 e foram projetados especificamente para mineração de Bitcoin, aumentando drasticamente a velocidade e a eficiência da mineração.

O progresso da mineração também resultou na criação de novas criptomoedas, cada uma com seu próprio conjunto de algoritmos e critérios de mineração. Existem centenas de criptomoedas disponíveis agora, cada uma com sua própria ecologia e problemas de mineração. Conhecer a história da mineração e sua evolução ao longo do tempo é fundamental para entender a posição atual e as possibilidades futuras da indústria de mineração.

3. Cenário Mineiro Atual

O cenário da mineração hoje é dominado por algumas das principais criptomoedas, como Bitcoin e Litecoin. O Bitcoin tem o hashrate de mineração mais alto, seguido pelo Litecoin. Os principais países mineradores incluem Estados Unidos, China, Canadá, Rússia e Cazaquistão. No entanto, mudanças regulatórias recentes na China causaram um declínio significativo na atividade de mineração de Bitcoin no país.

Fonte: statista.com

É importante observar que o Ethereum se afastou da mineração Proof of Work (PoW) e agora usa a mineração Proof of Stake (PoS). A transição para a mineração PoS no Ethereum está sendo implementada por meio da atualização Ethereum 2.0, que é uma mudança significativa no blockchain Ethereum. O Ethereum 2.0 introduziu um novo algoritmo de consenso chamado Beacon Chain, que é responsável por coordenar validadores e gerenciar o processo de consenso PoS. Isso contrasta com a mineração PoW, em que os mineradores competem para resolver problemas matemáticos complexos usando poder computacional. A mineração PoS é considerada mais ecológica e menos intensiva em recursos do que a mineração PoW. Apesar das diferenças entre mineração PoW e PoS, os princípios básicos da mineração de criptomoeda permanecem os mesmos. Na próxima lição, exploraremos os fundamentos da mineração de criptomoedas, incluindo mineração PoW e PoS, e os diferentes tipos de algoritmos de mineração usados no setor. Ao compreender os fundamentos da mineração de criptomoedas, os alunos poderão obter uma apreciação mais profunda dos desafios e oportunidades apresentados por esse importante aspecto do ecossistema blockchain.