ÁRVORE DE MERKLE

A árvore de Merkle, ou Merkle root, é uma estrutura de dados organizadas em modelo de árvore. Nela estão reunidas uma ou mais transações, e funciona da seguinte forma, uma primeira transação tem o seu hash calculado, a próxima transa- ção juntamente com o hash da transação anterior tem seu valor calculado, esse pro- cesso continua até a última transação. O último hash obtido após esse processo se denomina árvore de Merkle.

Esse recurso garante que não ocorra alterações em qualquer transação, sem que a cadeia de blocos seja quebrada, pela forte conexão entre seus elementos por meio de seus valores de hash.

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Figura 6 - Árvore de Merkle [22]

Uma vantagem da Árvore de Merkle, é quando há uma alteração em um bloco de dados, diferentemente de outros tipos de hash, nesse caso não é necessário calcular todos os dados novamente. Um exemplo baseado na Figura 6, é que se o bloco d01 é alterado, o n01 terá que ser recomputado, assim como todos os nós até a

raiz. Se os blocos e os hashs forem relativamente pequenos esse processo é muito eficiente.

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COMPONENTES DO BITCOIN

4.1 BLOCKCHAIN

No artigo original do Bitcoin, Satoshi define o Bitcoin como uma cadeia de assinaturas digitais, ou blockchain, um dos grandes motivos para o sucesso do Bitcoin foi a sua criptografia de controle de transações, a blockchain é a base do Bitcoin e seu objetivo é ser o livro-razão, na qual armazena todas as transferências financeiras de todos os usuários do Bitcoin, sua criação se deu para solucionar diversos problemas, entre eles se tem o problema do gasto duplo, quando um usuário usa os mesmos Bitcoins em diferentes transações financeiras, um outro problema resolvido, foi a não necessidade de um órgão centralizador para que a validação das transações sejam feitas.

A blockchain proposta por Satoshi Nakamoto, visava a transparência das transações feitas com Bitcoins, pois todas as transações desde o princípio estão ar- mazenadas nos blocos da blockchain e estão disponíveis para qualquer usuário da rede. Todos os registros estão armazenados na lista encadeada da blockchain de tal forma que não há a necessidade de um elemento central, na qual gerencie e controle as transações realizadas, o blockchain é mantido por todos os nós da rede, ou seja, é distribuída entre e pelos próprios usuários.

A blockchain é a cadeia de registros, ou blocos, que armazenam as infor- mações de transações, na qual somente aceitam a inclusão de novos blocos e nunca a alteração ou remoção de blocos já existentes. Devido a essa característica a sua base de dados é sempre crescente, armazena todas as transações já feitas. Seus registros são encadeados, ou seja, um bloco de dados “aponta” para o bloco anterior, formando uma cadeia de blocos. Cada vez que um novo bloco é resolvido, os registros de todos os mineradores são atualizados para que aquele bloco seja adicionado na

blockchain.

O Bitcoin possui um algoritmo que é programado para funcionar de forma que as transações são agrupadas em blocos a cada 10 minutos. Aliado a isso há um sistema de recompensa que busca incentivar os usuários a validarem as transações,

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chamado proof-of-work, onde o minerador que mais validou transações recebe Bitcoins pelo trabalho realizado.

“A blockchain é um livro-razão de todas as transações do Bitcoin que já foram executadas. Está constantemente crescendo à medida que mineradores adi- cionam novos blocos (a cada 10 minutos) para gravar as transações mais recentes. Os blocos são adicionados a blockchain e uma ordem linear e cro- nológica. Cada nó completo (isto é, cada computador conectado à rede Bitcoin usando um cliente que realiza a tarefa de validação e retransmissão transações) possui uma cópia da blockchain, que é baixado automaticamente quando o minerador se junta a rede Bitcoin. A blockchain tem a informação completa sobre os endereços e saldos desde o bloco gênese (as primeiras transações executadas) até o bloco completado mais recente.”7

O elo criptográfico, criado pelo esforço computacional do algoritmo proof-

of-work, que faz a ligação entre os blocos da blockchain é uma das propriedades mais

interessantes para a resolução de um dos problemas intrínsecos de sistemas descen- tralizados, a falta de confiança, sem as suas propriedades a blockchain por si só, seria somente mais uma estrutura de dados.

Cada bloco, com exceção do bloco gênese, muitos também conhecem como bloco 0, que é o bloco mais antigo e registra o estado inicial do banco de dados, é composto por um cabeçalho, que está incluso metadados, como número de referên- cia exclusivo do bloco atual, assim como a hora em que o bloco foi criado e um hash contendo o cabeçalho do bloco anterior, já no seu conteúdo está gravado uma lista de transações que foram validadas junto com seus respectivos valores e endereços dos usuários que participaram das transações. Logo, dado o primeiro bloco pode-se aces- sar todos os blocos anteriores conectados em cadeia. Desta forma garantindo que qualquer alteração feita em alguma transação ou em um bloco anterior seja identifi- cada por qualquer usuário da rede blockchain.

7 _{The blockchain is the public ledger of all Bitcoin transactions that have ever been executed. It is con-}

stantly growing as miners add new blocks to it (every 10 minutes) to record the most recent transactions. The blocks are added to the blockchain in a linear, chronological order. Each full node (i.e., every com- puter connected to the Bitcoin network using a client that performs the task of validating and relaying transactions) has a copy of the blockchain, which is downloaded automatically when the miner joins the Bitcoin network. The blockchain has complete information about adresses and balances from the gen- esis block (the very first transactions ever executed) to the most recently completed block. [27, p. 10]

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Figura 7 - Modelo simplificado da blockchain [23]

A blockchain em si foi criada para o funcionamento do Bitcoin, atualmente percebeu-se que o uso da blockchain não se limita ao Bitcoin, e que a blockchain em si é uma inovação, pois fornece segurança a ataques, evita erros humanos, armazena todas as informações de forma descentralizada e evita a falsificação.

O conceito um conjunto de elementos encadeados e protegidos contra adulterações podem ser inseridos em outras aplicações onde a necessidade de docu- mentos não sofram nenhum tipo de adulteração, como por exemplo em contratos, onde permitiria pessoas negociarem com desconhecidos sem a necessidade de um terceiro, votações eletrônicas onde em muitos países a manipulação de resultados nas urnas é frequente e entre outros.

Esses benefícios e possibilidades estão atraindo a atenção de diversas em- presas públicas e privadas no mundo que acreditam no seu potencial e estão traba- lhando para introduzir a blockchain em suas funções, passando aos seus clientes uma maior confiabilidade e autenticidade.

4.2 TRANSAÇÕES

As transações na rede Bitcoin são feitas através de um endereço remetente e um endereço destinatário, essas transações ficam encadeadas na blockchain, assim

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como os blocos. Para que o sistema de transações funcione sem depender de tercei- ros todas as transações são públicas e como a blockchain está espalhada pelos com- putadores que compõe a rede do Bitcoin, por consenso entre as informações contidas pelos usuários o primeiro pagamento seja o único válido. Uma transação só entra no bloco quando mais de 50% dos mineradores a validaram.

“Uma operação envolvendo Bitcoins precisa de pelo menos três partes: um usuário que tenha emitido uma ordem de transferência de um Bitcoin, um usuário de destino do Bitcoin enviado e um conjunto de usuários, mineradores (miners) que irão verificar e validar a operação realizada entre as duas par- tes.” [24, p. 49]

Em uma estrutura de dados de uma transação, está contida as seguintes informações, um timestamp8_{, o registro do tempo da transação, o identificador (hash)}

da transação anterior de onde vem o valor de entrada, podendo haver mais de um, o valor de entrada, o valor de saída, o endereço de destino e a assinatura digital feita com a chave privada do usuário que está criando a transação.

Já na parte das ações necessárias para que uma transação aconteça, é dividido em quatro passos, a preparação dos clientes, o registro da transação, a vali- dação do bloco e a consulta ou confirmação.

Quando acontece uma transação, essa informação é distribuída pela rede para que todos os nós mineradores verifiquem e aprovem a transação para que a mesma seja adicionada na blockchain. Em uma transação também há a possibilidade de adicionar uma mensagem, que pode conter qualquer tipo de informação.

Um problema pertinente é como verificar se o usuário usou as mesmas moedas em diferentes transações, uma solução comum para esse problema é adici- onar uma terceira pessoa para garantir que não exista gastos-duplos, o problema dessa solução é que todo o sistema financeiro depende de uma terceira pessoa. Para isso, no sistema do Bitcoin a transação que foi validada primeiro é a que conta, qual- quer outra tentativa é impedida.

8 _{Sua finalidade é armazenar o momento em que alguma alteração ocorreu no blockchain e impedir}

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4.3 MINERAÇÃO

O termo minerar é muito bem aplicado ao Bitcoin, devido a suas similarida- des com o ouro, pois ambos são escassos no mercado e ambos têm um alto grau de dificuldade para ser obtido, ainda assim essa é uma das maneiras mais comuns de se conseguir Bitcoins. A mineração é feita por um software específico, para minerar é preciso instalar esse software para que seu computador esteja interligado com a rede Bitcoin.

O processo de mineração consiste em decifrar problemas matemáticos que o software emite, e utiliza do hardware do usuário para resolve-los. O primeiro a en- contrar a solução para o problema recebe uma quantidade de Bitcoins, quanto maior a contribuição para a resolução do problema, maior vai ser a recompensa recebida. Na mineração conforme os blocos são adicionados na blockchain a dificuldade para resolver os problemas matemáticos necessários é automaticamente alterada para que o número de Bitcoins gerados diminua até chegar ao seu limite estipulado, que é o limite de 21 milhões de unidades de Bitcoin, atualmente se tem em torno de 17 milhões de moedas em circulação.

Para começar a adquirir Bitcoins, não são necessários muitos conhecimen- tos em informática, entretanto necessita de um computador com um hardware potente e um grande gasto com energia, para que o computador se mantenha sempre em funcionamento, além de gastos com refrigeração para mantê-lo na temperatura ideal. Com a popularização do Bitcoin a mineração se transformou em algo extremamente competitivo, pois com o aumento de usuários, houve a necessidade de uma burocra- tização na quantidade de moedas que eram distribuídas.

A recompensa recebida ao minerar foi automatizada para reduzir pela me- tade a cada quatro anos ou 210 mil blocos minerados. É dessa maneira que fazem o controle do fornecimento e limitam a inflação da moeda. Por esse método de recom- pensa que mais Bitcoins entram no mercado, sem a necessidade de uma autoridade para controlar a criação de novas moedas no mercado.

Os mineradores são os nós que compõem a rede, cada um deles guarda uma cópia de todos os registros das transações. Eles competem entre si para conse- guir ser o primeiro a minerar um bloco, esforço chamado de proof-of-work, esse é um

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trabalho que é difícil de ser feito, mas é fácil de ser verificado. Em linhas gerais pode se dizer que os mineradores desempenham três funções básicas:

 Armazenar e distribuir a blockchain

 Validar novas transações

 Adicionam novas moedas a rede

Um bloco é minerado e adicionado ao sistema a cada 10 minutos, nos pri- meiros blocos a dificuldade de se minerar era muito pequena, começando com a difi- culdade no nível 1, atualmente a dificuldade está no nível 3511060552899, os mine- radores tinham uma grande facilidade para minerar nos estágios iniciais do Bitcoin. A dificuldade é ajustada a cada 2016 blocos para que se mantenha a taxa de 1 bloco a cada 10 minutos.

“O protocolo do sistema Bitcoin é que regula o grau de dificuldade para a resolução destas equações matemáticas para a formação dos blocos de in- formação, equilibrando a dificuldade de modo que, a cada 10 minutos, um bloco novo seja criado” [24, p. 359]

Como o número de nós é muito grande e volátil, não há como contabilizar o número de nós que tenha auxiliado na mineração de um bloco e dar sua devida recompensa. O proof-of-work faz uma distribuição justa baseado na probabilidade de um nó “encontrar” o próximo bloco, ou seja, quanto maior o poder computacional, maior a chance de “encontrar” o próximo bloco. O proof-of-work faz com que a rede seja mais segura, para conseguir fraudar um bloco é necessário que todo o trabalho seja refeito para conseguir “encontrar” aquele bloco novamente.

Uma vez que um minerador consegue minerar um bloco, ele faz a trans- missão desse novo bloco pela rede, os outros mineradores fazem a verificação de legitimidade desse bloco e se for aceito, o bloco é adicionado em suas cópias da blo-

ckchain, esse processo se repete por toda a rede até que se tenha um consenso entre

os nós da rede.

Há vários ramos na qual a mineração está envolvida, um deles é a minera- ção em pools (que são grupos de mineradores que cooperam entre si e dividem as recompensas do bloco em proporção ao seu poder de processamento), ataque de 51%, consenso distribuído, entre outros.

Muito se questiona sobre como a moeda dará recompensas ao atingir o limite de moedas, tudo indica que quando chegar ao limite do que pode ser gerado, o

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sistema baseado em recompensas por bloco minerado, será alterado para um sistema baseado em taxas de transação [8].

4.4 CARTEIRAS

As carteiras (do inglês wallets) é um programa que armazena as chaves privadas e gerenciam um conjunto de endereços, na qual acompanha os valores totais de cada um e realiza operações como a criação, a assinatura e o envio de transações. A maioria das carteiras atualmente usam um QR code para ter uma maior facilidade ao ler os endereços.

Um erro muito comum é acreditar que as carteiras de Bitcoin armazenam moedas, ao contrário de carteiras tradicionais as carteiras de Bitcoin guardam chaves privadas e seus endereços respectivos. Então ao dizer que um usuário possui 1 Bitcoin, isso significa que ele possui as chaves privadas que geram as chaves públicas referentes aos endereços que estão registrados na blockchain, ou seja, no exemplo acima se um usuário possui 1 Bitcoin, isso quer dizer que a rede assente que o usuário detentor dos endereços em questão realmente possui 1 Bitcoin. Em uma transação o usuário está passando a propriedade daquelas moedas para o endereço público da carteira de outro usuário.

Há também a possibilidade de se ter carteiras de papel, nelas está impressa a chave privada e o endereço da carteira, essa é uma maneira efetiva de criar backups ou armazenar Bitcoins de forma off-line, evita que a chave se perca caso ocorra pro- blemas com o computador na qual está armazenada, e fornece proteção contra hac- kers, vírus e outras possíveis ameaças.

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Figura 8 - Exemplo de carteira impressa gerada pelo bitaddress.org

A desvantagem de se ter uma carteira impressa é que elas ficam suscetí- veis a roubos. Qualquer um que tiver acesso ao papel poderá roubar os Bitcoins ar- mazenados na carteira. Existe outro sistema na qual o usuário tem que memorizar uma senha, de modo que sem essa senha não há como acessar a carteira mesmo tendo suas chaves privadas.

As carteiras não são completamente anônimas, pois apesar de não esta- rem vinculadas a identidade de um usuário, todas as transações são públicas e per- manentes e podem ser acessadas por qualquer um. Entretanto não há nenhum regis- tro de informações pessoais, a única forma de conseguirem obter informações é se relacionarem um endereço de Bitcoin com a identidade de uma pessoa.

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CONSIDERAÇÕES FINAIS

Com todas essas características e fatos mencionados, percebe-se que a tecnologia do Bitcoin tem um grande potencial de desenvolvimento, e que mesmo sendo alvo de desconfianças por muitos, a moeda se mostra estável e em constante uso. Com a utilização de uma rede ponto-a-ponto, aliada a criptografia, torna o Bitcoin a primeira moeda descentralizada do planeta, sem necessidade de nenhuma terceira parte envolvida ou intermediários, se livrando de taxas abusivas e burocracia. E que seu custo comparando com o de outras moedas é baixo.

Essas facilidades tornam a rede do Bitcoin mais atrativa ao decorrer do tempo, e atualmente está sendo utilizada por diversos usuários pelo mundo, e apesar da maioria das empresas ainda não aderirem pagamentos feitos com Bitcoin, grandes empresas estão apostando na tecnologia, como a IBM e a Microsoft que atualmente estão investindo em criptomoedas [25].

A aceitação do Bitcoin como forma de moeda depende da aceitação a filo- sofia do sistema. Com isso em mente, há muitas pesquisas ocorrendo ao redor do mundo na qual buscam melhorar e diversificar a tecnologia. Como a criação de novas moedas que funcionam off-line, moedas que validam as transações mais rápido, as- sim como moedas que fornecem uma grande privacidade aos seus usuários e entre outro, há também a utilização tecnologia por trás do Bitcoin, há muita tecnologia sendo desenvolvida a partir da blockchain como a preparação de contratos inteligentes9_.

A divisão do trabalho em quarto capítulos foi o suficiente para mostrar de forma sucinta o funcionamento interno do sistema do Bitcoin, com uma abordagem da história do Bitcoin no Capítulo 2 e a apresentação de conceitos básicos no Capítulo 3, para que no Capítulo 4 fosse apresentada a aplicação desses conceitos.

9 _{Contratos inteligentes são contratos digitais, na qual são feitos diretamente entre dois indivíduos e é}

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REFERÊNCIAS BIOGRÁFICAS

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