O que é blockchain e como funciona

Blockchain é um tipo de registro digital compartilhado, mantido por vários participantes, em que as informações são agrupadas em blocos ligados entre si por funções criptográficas. Isso torna o histórico difícil de alterar sem que a mudança seja percebida, e busca permitir que partes que não confiam umas nas outras concordem sobre um mesmo registro. Não é, porém, um banco de dados mágico nem “imutável” em sentido absoluto: o próprio NIST, instituto de padrões dos Estados Unidos, qualifica a imutabilidade como resistência a adulteração, não como impossibilidade de modificação.

Por que o conceito existe

O white paper do Bitcoin, publicado em 2008, parte de um problema: pagamentos online dependiam de instituições financeiras como terceiros de confiança para evitar o “gasto duplo”, isto é, usar o mesmo valor digital duas vezes. A proposta foi substituir essa confiança por prova criptográfica e por uma rede ponto a ponto que registra a ordem cronológica das transações. A mesma ideia de registro compartilhado passou a ser estudada fora das criptomoedas, em cadeias de suprimento, registros e liquidação de ativos.

Como funciona, passo a passo

Blocos

Uma transação é um registro de transferência ou de ação, assinada digitalmente por quem a submete. Transações pendentes são reunidas em blocos. O NIST descreve cada bloco como composto por um cabeçalho, com metadados, e por dados, que são o conjunto de transações. O cabeçalho de cada bloco, exceto o primeiro, contém um vínculo criptográfico com o cabeçalho do bloco anterior.

Hash

Hash é o resultado de uma função hash criptográfica aplicada a dados de praticamente qualquer tamanho (um arquivo, um texto, um bloco), que gera um resumo (“digest”) de tamanho fixo. O NIST descreve propriedades de segurança buscadas nessas funções, entre elas ser unidirecional (computacionalmente inviável descobrir os dados de origem a partir do resumo) e ser resistente a colisões (computacionalmente inviável achar duas entradas com o mesmo resumo). Qualquer mudança mínima na entrada, mesmo de um único bit, produz um resumo completamente diferente, e por isso qualquer pessoa pode refazer o cálculo e conferir se os dados foram alterados. Uma função muito usada em blockchains é a SHA-256, de 256 bits. Na prática, o hash funciona como uma impressão digital do conteúdo; “inviável” aqui significa inviável com a computação conhecida e com os algoritmos hoje considerados seguros, não impossível em termos absolutos.

Encadeamento

Cada bloco inclui o hash do bloco anterior. A documentação do Ethereum descreve os blocos como lotes de transações com o hash do bloco anterior na cadeia, e explica que alterar um bloco invalidaria os hashes seguintes, o que seria notado por todos que operam a rede. O white paper do Bitcoin descreve a mesma lógica em termos de um carimbo de tempo que inclui o carimbo anterior, formando uma cadeia em que cada elemento reforça os anteriores; no Bitcoin, o bloco não pode ser alterado sem refazer o trabalho de prova de trabalho dele e de todos os blocos seguintes.

Nós

Nó é um computador que executa o software da rede e mantém uma cópia do registro. Segundo o ethereum.org, um nó completo baixa e verifica cada bloco por conta própria, sem depender de terceiros, e por isso não pode ser enganado a aceitar blocos que violem as regras da rede. Quanto mais nós independentes, maior a diversidade e a resistência à censura, segundo a mesma fonte. Existem também nós “leves”, que dependem de nós completos para parte da verificação.

Consenso

Consenso é o conjunto de regras que define quem publica o próximo bloco e como participantes que não confiam uns nos outros chegam a um acordo sobre o estado do registro, inclusive quando duas versões concorrentes aparecem (na maioria das redes, adota-se a cadeia mais longa, ou seja, com mais trabalho acumulado, segundo o NIST). Cada bloco precisa ser válido e pode ser verificado de forma independente por cada nó completo. Dois exemplos:

• Prova de trabalho (proof of work): usada no Bitcoin. Nós competem para encontrar um valor que, ao ser processado por uma função de hash, atenda a um critério difícil de satisfazer, o que exige esforço computacional. A rede considera correta a cadeia com maior quantidade acumulada de trabalho, e, segundo o white paper, o sistema é seguro enquanto nós honestos controlarem coletivamente mais poder computacional que qualquer grupo cooperativo de atacantes.
• Prova de participação (proof of stake): usada atualmente no Ethereum. Validadores bloqueiam uma garantia em ativos da rede (no Ethereum, ETH) e são escolhidos aleatoriamente para propor e atestar blocos; comportamento desonesto pode levar à destruição de parte do valor bloqueado (“slashing”). Segundo o ethereum.org, reverter um bloco finalizado exigiria que o atacante aceitasse perder ao menos um terço do total de ETH em participação. Trata-se de um desenho de incentivos econômicos, cujas premissas de segurança dependem da rede e de sua implementação, e não de uma garantia absoluta.

O NIST lista ainda outros modelos de consenso, usados sobretudo em redes com participantes identificados. Cada modelo tem vantagens e limitações próprias, e não existe um “melhor” universal.

Imutabilidade: prática, não absoluta

É comum ler que o blockchain é “imutável”. O NIST afirma que isso não é estritamente verdadeiro: os registros são “evidentes” e resistentes à adulteração, mas não completamente imutáveis, pois há situações em que a cadeia pode ser modificada. Na prática, a imutabilidade é uma propriedade de grau, que cresce com o número de blocos posteriores e com a descentralização da rede. Em muitas redes, os blocos mais recentes podem ser substituídos por uma cadeia alternativa mais longa, razão pela qual usuários costumam esperar várias confirmações antes de considerar uma transação definitiva. Em redes públicas sem permissão, substituir blocos exigiria controlar mais de metade dos recursos que produzem blocos (o chamado ataque de 51%); o NIST descreve esse ataque como tecnicamente simples, porém potencialmente muito custoso, e tanto mais custoso quanto mais antigo o bloco que se quer alterar. O custo depende do tamanho da rede, e redes menores são mais vulneráveis. Em redes com permissão, o proprietário ou consórcio pode, por meios legítimos, substituir blocos se assim decidir.

Há ainda a governança: desenvolvedores, nós e usuários influenciam a evolução da rede. O NIST cita que, em 2013, uma versão do cliente do Bitcoin com falha criou duas cadeias concorrentes e os desenvolvedores optaram por voltar à versão anterior. Também observa que, ao usar um blockchain como camada de dados, “atualizar” informações costuma ser feito por novas transações que corrigem as anteriores, preservando o histórico, e que o dado “apagado” permanece na cadeia.

Redes públicas e privadas, em linhas gerais

O NIST distingue duas categorias principais:

Nenhuma é superior em todos os casos. A escolha depende de quem precisa participar, de requisitos de privacidade, de desempenho e de responsabilização.

Pontos de atenção e limites

• Registro não é verdade: o blockchain garante que um dado foi registrado e não foi alterado depois, não que o dado inicial seja verdadeiro. O NIST alerta que usuários podem submeter dados falsos e que é difícil automatizar a verificação de dados que entram na rede.
• Desempenho: o NIST observa que a velocidade de processamento depende do modelo de consenso e que muitas redes públicas não igualam o ritmo de outras soluções de TI.
• Dados pessoais: a natureza de registro permanente conflita com requisitos de privacidade; o NIST recomenda cautela com informações sensíveis.
• Governança e controle: a ideia de que “ninguém controla” a rede é, segundo o NIST, uma concepção equivocada; redes têm formas de governança, ainda que distribuídas.
• Segurança de chaves: quem perde a chave privada pode perder o acesso aos ativos, e a cadeia em si não resolve isso.
• Tecnologia não é solução universal: o NIST afirma que blockchain “não é mágica” e “não resolverá todos os problemas”.

O que observar

• Qual problema de coordenação o registro compartilhado resolve.
• Se a rede é pública ou com permissão e quem a governa.
• Qual o modelo de consenso e quais os pressupostos de segurança.
• Quantos participantes independentes operam nós.
• Como os dados entram na rede e quem os valida na origem.
• Como são tratados privacidade, atualizações e erros.
• Qual a base legal de eventuais efeitos jurídicos do registro.

Em resumo, blockchain é uma forma específica de manter um registro compartilhado com resistência a adulteração, ao custo de maior complexidade e de limitações. Para avaliar se faz sentido em um contexto empresarial, veja a consultoria para empresas. Este texto é informativo e não constitui recomendação de investimento ou de tecnologia.