O Bitcoin é o primeiro sistema monetário a operar sem a intervenção de uma autoridade central. É baseado em vários conceitos que garantem seu funcionamento adequado. Entre outras coisas, ele é estabelecido em um servidor de timestamp distribuído para gerar provas da cronologia das transações. Essa ferramenta resolve um dos problemas mais importantes na implementação de um sistema de pagamento sem uma autoridade central: gastos duplos.
Neste artigo, estudamos alguns dos aspectos técnicos na base do protocolo Bitcoin: assinaturas digitais, o servidor de timestamp distribuído e a transação.
Assinaturas digitais
Ao contrário do sistema bancário tradicional que associa dinheiro à identidade, a propriedade de uma moeda Bitcoin é garantida por meio do uso de criptografia assimétrica. Cada pedaço de bitcoin é associado na rede a um par de chaves criptográficas.
Dois conceitos são assim definidos: a chave pública e a chave privada. A chave pública permite que o usuário receba bitcoins, em particular por meio de um endereço, produzindo uma condição de despesa em uma moeda. Para gastar esses fundos, o proprietário legítimo precisará produzir uma assinatura usando a chave privada associada.
Portanto, o usuário deve garantir a segurança de suas chaves privadas, pois elas fornecem acesso irrestrito aos seus bitcoins.
O problema desse sistema é que as pessoas que recebem bitcoins não têm como verificar se essas unidades não foram gastas duas vezes: isso é chamado de gasto duplo. Uma rede de pagamento que permite isso obviamente não pode funcionar. Precisamos encontrar uma maneira de o beneficiário de um pagamento em Bitcoin verificar se as moedas recebidas ainda não foram gastas durante uma transação anterior com outro beneficiário.
A rede Bitcoin, portanto, usa um servidor de timestamp para poder marcar transações ao longo do tempo.
Para evitar gastos duplos, em Bitcoin, é definido que a transação mais antiga é a que conta. Por exemplo, digamos que Alice tenha 2 bitcoins e os envie para Bob às 15:00. Essa transação será validada pela rede. Se Alice tentar enviar esses mesmos 2 bitcoins para Charles às 16:00, essa transação será recusada, pois Alice já os gastou no passado.
Para que Bob possa garantir que Alice ainda não tenha gasto esses bitcoins, ele deve ter acesso a um registro listando todas as transações que já foram validadas. No Bitcoin, esse livro é um servidor de timestamp.
Assim, poderíamos definir um ator central, que gerenciaria esse registro e determinaria quais transações viriam primeiro. Mas no Bitcoin, para reduzir a necessidade de confiança, queremos ter uma rede de pagamento que não dependa de nenhuma autoridade central. Portanto, esse servidor de carimbo de data/hora deve ser distribuído para cada usuário. Para evitar gastos duplos, todos devem estar cientes de todo o histórico de transações. Então, quando Bob recebe uma transação de Alice, ele mesmo pode verificar se os bitcoins comprometidos ainda não foram confirmados em outra transação no passado.
O formato do servidor de carimbo de data/hora escolhido para o Bitcoin é um blockchain. Embora esse termo seja frequentemente mal compreendido, é o que você conhece como “Blockchain”.
Seu princípio é simples: cada transação é registrada em um bloco de timestamp. Um bloco é simplesmente uma aglomeração de transações. Eles são criados em média a cada 10 minutos e cada um inclui a área ocupada pelo bloco que o precede. Assim, eles formam uma corrente.
O que eu chamo de “impressão digital” é na verdade um hash. Passamos o cabeçalho do bloco para uma função hash, ou seja, função que associa dados de tamanho arbitrário a valores de tamanho fixo e obtemos a impressão digital do bloco. A impressão é, portanto, um resumo de todas as informações contidas no bloco.
Com todos esses detalhes, estamos começando a adivinhar uma rede de pagamento eficiente. Mas ainda temos alguns problemas para resolver! Como você garante que os usuários concordem com um único blockchain comum? E como você escolhe quem insere os novos blocos e, portanto, as novas transações nesse livro distribuído?
É aqui que entra a pedra angular do sistema Bitcoin: o Consenso de Prova de Trabalho de Nakamoto (Prova de trabalho).
Primeiro, o usuário que quiser enviar um pagamento criará uma transação. Nele, ele indicará quais bitcoins gastar e para onde enviá-los. A transação de Bitcoin é então composta de entradas e saídas (em inglês, as “entradas” e as “saídas”). As entradas representam os bitcoins usados para pagar. Diz-se que as entradas foram “consumidas” pela transação. As saídas representam destinos de pagamento. Diz-se que as saídas são “criadas” em troca de entradas que são “consumidas”.
Para que a transação seja válida, a quantidade total de saídas deve ser menor ou igual à quantidade total de entradas. As taxas de transação, que são pagas aos mineradores, representam a diferença entre o total de entradas e o total de saídas.
Depois que essas informações forem coletadas, o remetente da transação as assinará com a chave privada associada aos bitcoins usados para o pagamento inicial. A assinatura permite provar que o usuário que deseja gastar é de fato o legítimo proprietário da chave privada e, portanto, dos bitcoins comprometidos, sem revelar a chave. Se as entradas do Bitcoin estiverem associadas a diferentes pares de chaves, uma assinatura deverá ser produzida para cada par de chaves.
O remetente então transmite sua transação assinada para a rede Bitcoin, ou seja, para os nós. Os nós verificam individualmente se a transação e as assinaturas recebidas são válidas. Se for esse o caso, cada nó transmite essa transação para outros nós, que também a verificarão e depois a retransmitirão. Esse processo continua até que todos os nós da rede sejam notificados da existência dessa transação.
A transação do emissor está agora no “mempool” (Pool de memória). Em outras palavras, ele está na memória dos nós, esperando que um minerador o inclua em um bloco válido, o que representará sua primeira confirmação.
Essa etapa da criação do bloco pelo minerador será o assunto do artigo da próxima semana.
Conclusão
O sistema monetário Bitcoin é baseado em vários mecanismos. Cada uma dessas engrenagens não é uma tecnologia real em si, mas todas são essenciais para o bom funcionamento do Bitcoin.
A propriedade do Bitcoin é garantida por meio do uso de assinaturas eletrônicas. As chaves públicas permitem que você receba bitcoins criando condições de gastos, e as chaves privadas associadas permitem que elas sejam desbloqueadas.
Para evitar gastos duplos nessa rede peer-to-peer, é usado um servidor de carimbo de data/hora, também chamado de “Blockchain”.
Uma transação de Bitcoin consiste em entradas (Entradas) e passeios (Saídas). As entradas são consumidas para poder criar as saídas.
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