Prova de Trabalho, Energia e Ergo

Introdução

Prova de Trabalho (PoW, em Inglês) foi descrita no artigo original de Bitcoin como sendo composta de duas partes. A primeira parte é composta de assinaturas digitais. A segunda parte é uma rede de pessoa-para-pessoa que faz o hash do registro de data/hora das transações em uma blockchain imutável.

Segurança é uma funcionalidade do poder computacional e comprimento da cadeia. O artigo de Bitcoin descreve-a desta forma: “A cadeia mais longa não só serve como uma prova da sequência de eventos testemunhados, mas também como prova de que ela veio da maior pool de poder de CPU.” O tamanho da pool de mineração e o trabalho feito protege a blockchain contra gastos duplos.

O valor de mercado de Bitcoin ultrapassou U$1 bilhão em 27 de Março de 2013, e desde então ultrapassou U$1 trilhão em 19 de Fevereiro de 2021. Com mais valor, preocupações com segurança aumentam. Como resultado, poder computacional e uso de eletricidade aumentam a segurança da blockchain. Quanto de energia estamos falando?

Consumo de Energia de Bitcoin

O Índice Cambridge de Consumo de Energia de Bitcoin rastreia o uso de eletricidade pela rede Bitcoin. Do seu lançamento até Fevereiro de 2022, Bitcoin usou 320.34 terawatts-hora (TWh) de eletricidade. Quando consideramos preços de energia elétrica para várias regiões, custos operacionais de mineração podem variar enormemente. Um kilowatt-hora (kWh) varia entre U$0,03 no Catar e U$0,37 na Alemanha.

Usando os números acima, o custo de eletricidade pela rede Bitcoin está entre U$30 milhões e U$370 milhões por TWh. O custo total de eletricidade tem sido entre U$10,8 e U$118,5 bilhões em despesas de eletricidade. Mineradores de Bitcoin tendem a operar em lugares com eletricidade mais barata. Por exemplo, uma localização remota com farta produção de energia hidroelétrica é uma boa localização para mineração de Bitcoin. Então, preços de eletricidade em kWh estão provavelmente mais perto da parte debaixo do intervalo acima.

Em 2021, Bitcoin consumiu 86,36 TWh de eletricidade. Como consequência, o custo de garantir a segurança da blockchain Bitcoin durante o ano foi entre U$2,6 bilhões e U$136,9 bilhões. Para entender a dimensão dessa quantidade de eletricidade, é melhor compararmos com algo similar.

Os Estados Unidos produzem 4.000 bilhões de kilowatts-hora (BkWh) de eletricidade todo ano. Um TWh é o mesmo que um BkWh, então consideremos este fato retirado da Secretaria de Informação Energética dos EUA: 

“O setor comercial, que inclui edifícios institucionais e comerciais, além de iluminação de estradas e vias públicas, consumiu aproximadamente 152 bilhões de kWh de iluminação em 2021. Essa quantidade equivale a aproximadamente 11% do consumo total de eletricidade do setor comercial e aproximadamente 4% do consumo total de eletricidade nos EUA em 2021.”

Seria a energia usada em iluminação pública de ruas e rodovias nos EUA um desperdício? Iluminação de ruas reduz o risco de crimes e acidentes de trânsito. Porém, residentes urbanos estão mais dispostos a pagar por luzes em ruas do que residentes rurais. 

O motivo é claro: lugares com uma densidade populacional mais baixa tem menos acidentes de trânsito e menos crimes. Há uma necessidade menor para iluminação de ruas em áreas rurais.

Há uma dinâmica similar, porém oposta, em jogo com as criptomoedas. Se uma comunidade já possui iluminação pública, qualquer mudança nessa iluminação deve levar a uma solução melhor.

Vantagens de Blockchains

Algumas pessoas dizem até mesmo que Bitcoin é pior, pois, na visão deles, não possui valor. Mesmo assim, Bitcoin tem um valor de mercado de um trilhão de dólares e seus usuários pagam taxas de transações para usar a blockchain. Para os usuários de Bitcoin, ela possui valor.

Em algumas métricas, Bitcoin é melhor do que outros sistemas existentes. Confirmações de transações em Bitcoin acontecem em vinte minutos. Transações que utilizam Câmaras de Compensação Automatizadas (ACH) (sigla em Inglês) são transferências eletrônicas, de banco para banco, e que demoram cinco dias. Qual é o custo de eletricidade de transferências ACH? Se levarmos em consideração os servidores, caixas eletrônicos, websites, etc., os bancos são mesmo mais eficientes energeticamente? Poderíamos construir um argumento onde vale mais a pena usar mais eletricidade para termos transferências mais rápidas? É difícil fazer uma comparação direta, mas é plausível afirmar que Bitcoin é menos custosa, além de ser a melhor opção.

Blockchains também trazem novas compatibilidades. Com contratos inteligentes, é possível automatizar partes da economia mundial. Essas inovações fazem valer a pena a eletricidade e outros custos usados para minerar Bitcoin e outras blockchains PoW?

Eficiência Energética

Uma importante discussão em torno de blockchains de prova-de-trabalho lida com a questão da eficiência. Poderiam os benefícios da tecnologia blockchain serem usados sem que se pague um custo de energia tão alto?

Bitcoin foi lançada em 2009 como uma prova de conceito. Criptomoedas funcionam, mas precisamos entendê-las melhor. Muito embora pesquisas ainda estão em andamento e pesquisadores tenham descoberto novos mecanismos de consenso, novos algoritmos e outros designs de blockchain, ainda estamos falando de uma indústria emergente. Os melhores usos e limitações dessas novas capacidades ainda não foram completamente realizados.  

Por exemplo, Prova-de-Delegação (PoS) é um mecanismo de consenso implementado pela primeira vez, em 2012, pela Peercoin. PoS requer posse da moeda da blockchain para incentivar a segurança da blockchain. Redes PoS possuem uma pegada energética muito menor que redes PoW, mas elas são tão seguras quanto PoW? A resposta é desconhecida e somente o tempo irá dizer. Um argumento pode ser feito de que redes PoW são mais seguras, porque os TWhs de trabalho que são realizados fornecem uma garantia de segurança que redes PoS não possuem.

Algumas pessoas acreditam que PoS pode substituir PoW, mas a realidade é que diferentes formas de fazer coisas possuem diferentes custos-benefícios. PoS e PoW não são a mesma coisa e um não é um substituto imediato do outro. 

Há contratos inteligentes que podem precisar de funcionalidades do PoW. Para outros, a velocidade do PoS pode ser mais adequada. Não há um único jeito certo de fazer as coisas - diferentes problemas necessitam de diferentes soluções.

Recursos da Ergo

Toda blockchain possui características únicas que resultam de diferentes escolhas de design. Na Ergo, decisões significativas de design incluem:

• Protocolos Sigma: Procolos de prova-de-conhecimento eficientes e combináveis que são necessários para criar alguns tipos de dApps.
• Autolykos: Algoritmo PoW com uso eficiente de eletricidade. É resistente à ASICs, que melhoram a descentralização de mineração.[1]
• eUTXO: Saídas estendidas e não-gastas de transações eliminam a necessidade de manutenção do estado da blockchain. Também permitem previsibilidade de custos de transações.
• Provas Não-Interativas de Prova-de-Trabalho (NIPoPoW): Um índice para a blockchain PoW que pode rapidamente verificar transações individuais. Dá suporte a clientes leves e algumas implementações de cadeias laterais.
• Aluguel de Armazenamento: Mantém moedas em circulação, reduz o tamanho da cadeia e incentiva mineradores ao cobrar uma pequena taxa de armazenamento a cada quatro anos.

Ergo é uma blockchain PoW projetada para ser mais eficiente em termos de energia que Bitcoin. Porém, quanto de eficiência é o suficiente? Algumas funcionalidades, como o modelo eUTXO, podem funcionar com uma variedade de mecanismos de consenso, incluindo PoW e PoS. 

Mesmo assim, outras funcionalidades são únicas em PoW. Até que ponto a eficiência energética deve ser uma consideração secundária? Funcionalidades como NIPoPoWs, aluguel de armazenamento, etc., devem ser desconsideradas porque custos de energia são a consideração mais importante? Toda decisão de design tem que considerar os custos e benefícios da implementação. A avaliação dependerá do que o avaliador valoriza.

Conclusão

Tecnologias blockchain irão revolucionar a administração de cadeias de produção, verificação de identidade, e muitas outras áreas da vida moderna. É um novo paradigma de computação, com uma importância rivalizando o crescimento da internet global. Como a Internet, irá evoluir de formas que atualmente nem podemos imaginar.

Bitcoin tem um papel de cumprir no ecossistema de criptomoedas nas próximas décadas. Porém, uma blockchain PoW ainda mais eficiente energeticamente, como Ergo (que possui recursos adicionais), pode encontrar o equilíbrio correto entre uso energético e funcionalidade que pode tornar PoW mais eficiente, fornecer funções adicionais e superar algumas das limitações de Bitcoin.

Toda solução requer uma consideração cuidadosa de seus custos, benefícios e riscos. Blockchains são uma grande tenda. Há espaço para todo mundo. Porém, PoW NIPoPows e redes com funcionalidades exclusivas, como o aluguel de armazenamento em Ergo, oferece funções únicas que valem o gasto extra de energia para alguns usuários de blockchain.