Replicação¶

Cada nó Bitcoin completo armazena uma cópia completa de toda a blockchain, centenas de gigabytes de dados, duplicados em dezenas de milhares de máquinas independentes em todo o mundo, sem coordenação além das regras do protocolo cada nó segue independentemente. Este capítulo aborda por que essa quantidade radical de duplicação é o ponto, não uma ineficiência, e como ela difere da replicação como praticada em bases de dados distribuídas convencionais.

O problema¶

Sistemas convencionais distribuídos (uma base de dados que suporta um grande site, por exemplo) usam replicação para disponibilidade e durabilidade: se um servidor falhar, outra cópia dos dados está disponível, e o sistema permanece em cima. Este é um problema de engenharia bem estudado com tradeoffs bem conhecidos (discussed in Teorema da PAC), e geralmente assume que as réplicas são todas controladas pela mesma organização e espera-se cooperar honestamente. As falhas que estão sendo defendidas são falhas, falha de hardware, e partições de rede, não réplicas mentindo ativamente um para o outro.

O problema de replicação do Bitcoin é diferente e mais difícil: a rede tem que tolerar não apenas falhas honestas, mas participantes ativamente adversários. Nós e mineradores que podem deliberadamente tentar apresentar dados falsos, gastar ou reescrever o histórico para seu próprio benefício. Esta distinção (tolerando falhas honestas mas não confiáveis versus tolerando comportamento ativamente malicioso) é a linha divisória entre a tolerância de falha de sistemas clássicos distribuídos e o Tolerância de falha bizantina Bitcoin realmente precisa, coberto nos próximos dois capítulos.

Como funciona¶

Cada nó completo de forma independente baixa e valida todo o blockchain de seus pares (verificando a prova de trabalho de cada bloco, as assinaturas de cada transação e cada regra que o protocolo especifica (ver Regras de Consenso) em vez de confiar na palavra de qualquer colega que um bloco é válido. Isto significa que a replicação do Bitcoin não é "copiar os dados e confiar na fonte" a forma como a replicação de um banco de dados funciona normalmente; é "copiar os dados e verificar independentemente cada fato sobre eleUm nó que recebe um bloco inválido de um par (um com uma assinatura ruim, um gasto duplo, ou uma prova de trabalho quebrado) simplesmente rejeita-lo, independentemente de quantos outros nós já podem tê-lo aceitado ou quanto hash power produziu.

Isto é o que dá a replicação do Bitcoin sua propriedade de segurança específica: um usuário não precisa confiar em nenhum de seus pares, apenas as regras de protocolo e a verificação independente de seu próprio nó. Um único nó completo, sem permissão, executado por um indivíduo sem acesso ou relação especial a qualquer outra pessoa pode, e pelo design, verificar completamente todo o histórico da rede a partir do bloco de gênese para frente, verificando cada regra para cada bloco, sem pedir a ninguém para confirmar nada.

Exemplo: o custo da replicação completa¶

A partir de qualquer medição recente, o blockchain Bitcoin completo (incluindo todos os blocos históricos desde 2009) ocupa várias centenas de gigabytes e cresce continuamente à medida que novos blocos são adicionados aproximadamente a cada dez minutos. Executar um nó completo significa baixar e armazenar todo este conjunto de dados (ou usar poda, que descarta dados antigos do bloco após validá-lo, mantendo apenas o atual conjunto UTXO, veja a seção Bitcoin para detalhes) e re-executando cada etapa de validação histórica durante a sincronização inicial, um processo que pode levar muitas horas a dias em hardware de consumo comum, dependendo da velocidade de conexão à internet e desempenho do disco. Este é um custo real e contínuo que cada operador de nó inteiro suporta voluntariamente, em troca de não precisar confiar nas reivindicações de ninguém sobre o conteúdo do blockchain.

Traditional replicated database:              Bitcoin's replication model:

  Primary ──► Replica A                         Node A ◄──► Node B ◄──► Node C
     │        (trusts primary,                     ▲           ▲           ▲
     └──────► Replica B                            │           │           │
              copies data as-is)              each independently
                                               re-validates every
                                               block and transaction
                                               against protocol rules

Sob o capô: por que isso escala apesar do custo¶

O modelo de replicação de Bitcoin negocia deliberadamente armazenamento e eficiência de largura de banda (os mesmos dados, duplicados dezenas de milhares de vezes, é objetivamente desperdiçado por padrões convencionais de engenharia de banco de dados) para uma propriedade que nenhum sistema centralizado eficientemente replicado pode oferecer: nenhum nó único, ou mesmo um grande grupo de nós, pode alterar unilateralmente o que qualquer outro nó aceita como válido, porque cada nó verifica as regras por si mesmo. Um nó executado por um indivíduo solitário com um laptop de consumo tem exatamente o mesmo poder de rejeitar um bloco inválido como um nó executado pelo maior grupo de mineração ou troca. Trata-se de uma consequência estrutural directa da plena replicação, combinada com uma verificação independente, e é a base para a alegação, que se insere ainda mais Nós Completos, que executar o seu próprio nó é a única maneira de evitar totalmente confiar na versão de alguém da verdade.

Comércio¶

A replicação completa com verificação independente dá a cada participante a capacidade de verificar todo o histórico, ao custo de exigir a cada participante que queira essa garantia para armazenar e processar todo o conjunto de dados. Um fardo que cresce ao longo do tempo à medida que a blockchain cresce, e que tem implicações reais, práticas para quem pode realisticamente executar um nó completo (um tópico conectado a descentralização debates abrangidos pela Governança). Sistemas que relaxam a replicação completa (clientes leves, que armazenam apenas cabeçalhos de bloqueio, ou serviços centralizados como intercâmbios e exploradores de bloco) trocar parte desta garantia de verificação independente para requisitos de recursos significativamente menores, uma troca real e consequente em vez de uma escolha estritamente inferior para cada caso de uso.

Conceitos errôneos comuns¶

Executar um nó completo não é o mesmo que mineração. Um nó completo valida e retransmite blocos e transações e aplica regras de consenso; mineração é o processo separado de competir para criar novos blocos (ver Mineração). A maioria dos nós completos não são meus.

Mais cópias dos dados existentes não fornecem, por si só, as garantias de segurança do Bitcoin. Mil cópias de um banco de dados controlado pelo mesmo operador desonesto não fornece mais integridade do que uma cópia, o que importa é que cada cópia é verificada independentemente contra regras fixas pelas partes sem necessidade de confiar uns nos outros, não apenas que muitas cópias existem.

Outras leituras¶

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