Blockchain: Uma visualização gráfica

Abra o teu browser e acesse a URL da página de demonstração que devera ser http://<ip-no-docker-machine>:3000.

Finalmente, vamos à aba Blockchain para entender o que é esse conceito genial, numa visualização gráfica! 😃

Nessa aba, apenas para fins de demonstração, apresentamos cinco (5) blocos encadeados. Observe que, agora, foi adicionado o campo Prev. Esse campo também é um Hash. No primeiro bloco, seu valor é nulo. Para todos os demais blocos, o campo Prev armazena o valor do Hash do bloco anterior. Assim, agora há um encademento que forma o que chamamos de "corrente de blocos". Ou, o nome bonito em inglês: Blockchain.

O objetivo desse encadeamento entre os blocos é muito simples. Se você fizer uma alteração em qualquer campo do bloco o seu Hash será alterado. Consequentemente, todos os blocos posteriores a essa alteração também não serão mais considerados válidos. O motivo para isso é que, a partir do momento em que é modificado o Hash de um bloco, o valor de Prev, registrado no bloco posterior, não coincidirá mais. Logo, uma Blockchain considerará todos os blocos inválidos a partir de algum que tenha sido adulterado em qualquer um de seus campos.

Para fazer uma Blockchain adulterada ser novamente considerada válida, alguns passos seriam necessários. Por exemplo, vamos supor que estamos fazendo uma alteração de dados apenas no último bloco. Nesse caso, tornar a Blockchain válida é algo simples: basta recalcular o Hash desse bloco executando a operação Miner. Ou seja, executar o processo de mineração.

O problema real surge ao ser feita uma tentativa de alterar um bloco que não é o último! Vamos ver também que a dificuldade de se alterar um bloco é gradativamente aumentada quando ele vai se aproximando do primeiro bloco (ou se distanciando do último). Suponhamos, por exemplo, que alguém tentasse fazer a adulteração de um dado no bloco 3. Para que isso fosse possível, a operação de mineração para todos deveria ser novamente realizada a partir desse bloco. Assim, o custo de tornar um bloco válido vai aumentando exponencialmente a medida em que ele se aproxima do primeiro bloco.

Podemos observar, então, que uma Blockchain é uma estrutura (ou um banco) de dados que rejeita modificações que não sejam no último bloco. Poderíamos fazer uma comparação com um livro onde só é possível se escrever na última página. E, continuando nessa linha, esse livro só poderia ser escrito a caneta. Por fim, qualquer tentativa de se modificar um dado registrado nesse livro o deixaria manchado (ou rasurado) para sempre.

Uma Blockchain é citada por muitos como sendo "o protocolo da confiança". Um dos motivos é decorrente do fato de somente ser possível se adicionar informações. Não são permitidas alterações de informação, pois, pelo que vimos, a rede rejeita mudanças através de seu protocolo. Finalmente, é importante entender que uma Blockchain é uma estrutura de dados que fica "na mão de muitos". Ou seja, é descentralizada. Vamos agora entender como uma Blockchain é considerada ainda mais segura quando ela é distribuída entre vários nós de uma rede.

Vimos que uma Blockchain é uma estrutura de dados confiável que só aceita inserções de dados. Ou seja, ela é resistente a mudanças. Mas, além disso, uma Blockchain é também uma rede de computadores onde essa estrutura de dados é replicada. Dessa forma, sua estrutura de dados existe, distribuída, em cada um dos computadores (nós) dessa rede.

O objetivo principal da distribuição de uma Blockchain entre vários nós é impedir que mesmo sendo ela válida num único nó, ela só seja totalmente válida quando houver um consenso (na rede) de que suas informações também são válidas em todos os outros nós. Numa Blockchain, os nós pertencentes a sua rede são responsáveis por validar dados e retransmití-los de forma que eles sejam replicados em todos os nós. Mais especificamente, quando dados precisam ser inseridos num bloco, todos os nós devem verificar se esses dados são válidos. Caso não sejam, esses dados serão descartados e não retransmitidos aos próximos nós.

A validação de dados, obviamente, depende do que são esses dados. A primeira Blockchain foi construída para resolver um problema complexo: a tranferência de valores. Dando crédito: os conceitos de Blockchain que estamos aprendendo surgiram para fazer a moeda digital Bitcoin entrar em funcionamento. Perceba que só agora estamos falando de uma das várias possibilidades de aplicação da Blockchain. Apresentaremos, ainda, vários outros casos de uso de uma Blockchain.

O que diferencia a solução da Blockchain, dada para o Bitcoin, de soluções bancárias tradicionais que resolvem esse problema, entretanto, é a descentralização. Detalharemos mais sobre transações, logo a frente. Mas, por enquanto, é importante saber que uma Blockchain, por ser descentralizada, precisa criar algoritmos que promovam a manutenção de um consenso entre os nós.

É através de consenso que uma Blockchain identifica se uma cópia de seus dados, que está num nó, é realmente válida ou não. Acessando a aba Distributed podemos identificar que a alteração de uma das cópias da Blockchain num dos nós é possível de ser realizada. E, essa alteração pode, com certeza, tornar a cópia da Blockchain válida nesse nó. Como vimos, para isso ocorrer, seria necessário refazer os cálculos de Hash para cada bloco a partir do que for modificado. Mas, caso isso ocorra, outros nós da rede percebem a diferença e, automaticamente, eliminam a participação do nó que possui a Blockchain adulterada. Isso é feito através de consenso. A rede que está certa é a rede que detém a maioria do consenso (51%).

Na aba Tokens visualizamos uma das possíveis aplicações da Blockchain. Ela pode ser utilizada para um sistema financeiro. Em essência, como já citado, a origem da Blockchain foi para tornar possível a existência do Bitcoin. Em inglês, o termo token é dado para uma coisa que esteja servindo como uma representação visível ou tangível de um fato, qualidade, sentimento, etc. Dessa forma o campo Data numa Blockchain pode representar um token que, nesse contexto, significa um registro de várias transações. Cada transação, por sua vez, registra que pessoa está enviando uma quantia (em moeda ) para outra pessoa.

Como já vimos, o registro de dados numa Blockchain é imutável. Logo, se esses dados forem transações, elas também serão imutáveis. E, num registro dessa espécie, é essencial essa imutabilidade pois nenhuma pessoa de boa fé gostaria de ver transações sendo adulteradas. A Blockchain resolve isso. Se tentarmos fazer uma alteração nos dados de qualquer transação poderemos notar que o bloco será invalidado.

Nessa demonstração, as transações são representadas de forma muito simplificada. Basicamente, cada transação possui apenas três (3) campos: quem está enviando um valor, quem está recebendo e, por fim, o valor. Fundamentalmente, para um sistema de transações, essas são as três informações chave. É muito importante que saibamos de onde uma quantia saiu e para onde ela foi.

É claro que apenas essas três informações não são suficientes para se contruir um sistema realmente utilizável. Afinal, as pessoas querem privacidade e anonimato por razões óbvia (de segurança). Ninguém utilizaria um sistema, como esse, onde estão públicas as informações do nome da pessoa e dos valores que ela movimenta. Então, num sistema como o Bitcoin, ao invés de utilizarmos nomes, utilizamos endereços.

Da mesma forma que não queremos adulterações nos dados, devemos evitar outras possibilidades de fraudes. Há um tipo de fraude que não seria possível de ser verificada numa Blockchain implementada da forma como estamos fazendo agora. Essa fraude seria uma pessoa tentar "gastar" o mesmo diheiro duas vezes. Isso é conhecido como "gasto duplo".

Exemplificando a possibilidade de gasto duplo através de um passo a passo:

Então, claramente, essa Blockchain precisa ser evoluída.

Como vimos uma Blockchain voltada ao controle de transações precisa manter um registro imutável dessas transações. Mas, além disso, em se tratando de transações, é essencial conseguirmos verificar se elas realmente são válidas. Num sistema financeiro, para que uma pessoa possa gastar algum dinheiro, ela precisa ter saldo, óbvio. Então, esse dinheiro deve ter vindo de alguém que, por sua vez, recebeu de outro alguém e assim suscessivamente. Voltando no tempo dessa forma, chegaremos até o ponto em que o dinheiro surgiu.

Poderíamos nos imaginar na figura de mineradores reais. Encontrando uma mina de ouro, utilizaríamos parte do ouro que minerássesmos para trocá-lo por coisas. Devemos nos lembrar que toda mina de ouro é finita. A moeda (o ouro nesse caso) é simplesmente algo que utilizamos para facilitar uma troca por algo que queremos. As pessoas que recebem esse ouro, por sua vez, poderiam dividí-lo em porções ainda menores para comprar coisas de outras pessoas. O Bitcoin funciona exatamente assim, como o ouro.

Vamos fazer uma representação sistêmica desse processo. Para entender como surge o dinheiro numa Blockchain, precisamos definir o conceito de transação gênese (ou transação coinbase).

Nessa demonstração, Anders Brownworth é o "descobridor de uma mina". Sendo assim, a primeira coisa que ele faz é criar para si um bloco gênese, de identificador 1. Esse bloco não contém nenhuma transação além de uma, especial, chamada de Coinbase. Essa transação especial é de "ninguém" para a pessoa que criou o bloco, no caso, um minerador. Nessa Blockchain, Anders resolve se dar 100 dólares no primeiro bloco (1).

No bloco 2, existem transações. O importante nessa implementação de Blockchain é que, agora, dá pra saber se uma transação é válida. Vejamos como.

No bloco 4, por exemplo, Sophia transfere para Jackson, 8 dólares. Será que Sophia realmente tinha 8 dólares? Para saber isso, vamos ao bloco anterior (3). Sophia não teve transações nesse bloco. Vamos ao anterior novamente (2). Nesse bloco, Sophia recebeu, de Anders, 10 dólares. Então, sem dúvida, Sophia pode gastar esse dinheiro.

Portanto, com essa nova implementação de Blockchain, agora conseguimos verificar se uma transação é válida.