Uma cadeia de blocos é uma lista crescente de registos, chamados blocos, ligados criptograficamente entre si. Cada bloco contém um hash criptográfico do bloco anterior, um carimbo da hora e os dados da transação (geralmente representados como uma árvore Merkle). O carimbo temporal prova que os dados da transação existiam no momento em que o bloco foi publicado e está incluído no seu haxixe.

Como cada bloco contém informação do bloco anterior, forma-se uma cadeia na qual o bloco seguinte reforça o bloco anterior. As cadeias de bloqueio são resistentes a alterações de dados porque, uma vez escritas, os dados de um determinado bloco não podem ser alterados a posteriori sem alterar todos os blocos subsequentes.

As cadeias de blocos operam tipicamente em redes peer-to-peer e são utilizadas como um livro razão distribuído publicamente no qual os nós comunicam colectivamente e verificam novos blocos de acordo com um protocolo. Embora os registos da cadeia de bloqueio não sejam imutáveis devido à possibilidade de bifurcação, as cadeias de bloqueio são internamente seguras e podem ser consideradas como um exemplo de um sistema informático distribuído com um elevado grau de tolerância a falhas bizantinas.

O desenho do Bitcoin influenciou outras aplicações e a cadeia de bloqueio, uma moeda criptográfica publicamente disponível e legível. As cadeias de bloqueio são consideradas portas de pagamento. Também foram propostas correntes de bloqueio privadas para uso comercial, mas a Computerworld chama à venda de tais correntes de bloqueio privatizadas sem um modelo de segurança adequado de «óleo de cobra». No entanto, outros argumentam que, se concebidas cuidadosamente, as correntes de bloqueio licenciadas podem ser mais descentralizadas do que as correntes de bloqueio não licenciadas e, portanto, mais seguras.

O que é uma cadeia de bloqueio?

Uma cadeia de bloqueio é um sistema de registo de informação que torna difícil ou impossível alterar, hackear ou manipular. Uma cadeia de bloqueio é essencialmente um livro razão digital de transacções que são replicadas e distribuídas por uma rede de sistemas informáticos de cadeia de bloqueio.

Uma cadeia de bloqueio é uma base de dados descentralizada partilhada por nós numa rede informática. Como uma base de dados, uma cadeia de bloqueio armazena informação electronicamente e digitalmente. A cadeia de bloqueio é mais conhecida pelo seu papel-chave em sistemas de moeda criptográfica como o Bitcoin, que proporciona um registo seguro e descentralizado das transacções. O innovation of blockchain reside em assegurar a fidelidade e segurança dos registos de dados e criar confiança sem a necessidade de um terceiro de confiança.

Uma das principais diferenças entre as bases de dados tradicionais e a cadeia de bloqueio é a forma como os dados são estruturados. Uma cadeia de blocos reúne informação em agregados chamados blocos. Um bloco tem uma capacidade fixa e, quando está cheio, é fechado e ligado a blocos previamente preenchidos para formar uma cadeia de dados chamada blockchain. Qualquer nova informação após este bloco recentemente acrescentado é recolhida num bloco recentemente criado, que também é acrescentado à cadeia à medida que é acrescentado.

Enquanto as bases de dados tipicamente estruturam os dados sob a forma de tabelas, as cadeias de blocos, como o nome sugere, estruturam os dados sob a forma de cadeias de blocos (pedaços). Esta estrutura de dados, quando implementada de forma descentralizada, cria essencialmente uma linha temporal irreversível de dados. Quando um bloco é inserido, ele torna-se parte desta linha temporal. A cada bloco da cadeia é atribuído um carimbo de tempo que é preciso no momento em que é adicionado à cadeia.

Pontos chave

• Uma cadeia de blocos é uma base de dados partilhada que difere de uma base de dados tradicional na medida em que armazena dados em blocos e utiliza a criptografia para ligar os blocos entre si.
• Quando chegam novos dados, estes são inseridos num novo bloco. Quando um bloco é preenchido com dados, é acorrentado ao bloco anterior, colocando os dados em ordem cronológica.
• Os bloqueios podem armazenar muitos tipos diferentes de informação, mas são mais frequentemente utilizados como um livro razão para transacções.
• No caso do Bitcoin, a cadeia de bloqueio é utilizada de forma descentralizada, o que significa que nenhum indivíduo ou grupo específico de indivíduos tem controlo sobre ele, mas que todos os utilizadores têm controlo colectivo sobre ele.
• As cadeias de bloqueio descentralizadas são imutáveis e quaisquer dados introduzidos não podem ser invertidos. No caso do Bitcoin, isto significa que as transacções são permanentemente registadas e podem ser vistas por qualquer pessoa.

Como funciona uma cadeia de bloqueios?

O objectivo de uma cadeia de bloqueio é permitir o registo e distribuição de informação digital, mas não pode ser alterada. Blockchain é portanto a base de um livro-razão imutável: um registo de transacções que não podem ser alteradas, apagadas ou destruídas. Por esta razão, a Blockchain é também conhecida como tecnologia de livro-razão distribuído (DLT).

O conceito de cadeia de blocos foi introduzido pela primeira vez como um projecto de investigação em 1991 e tornou-se amplamente comercializado em 2009, sob a forma de Bitcoin. Desde então, a utilização da blockchain expandiu-se com a criação de várias moedas criptográficas, aplicações financeiras descentralizadas (DeFi), fichas não transferíveis (NFT) e contratos inteligentes.

Descentralização da cadeia de bloqueios

Imagine uma empresa com um servidor agrícola de 10.000 computadores que mantém uma base de dados com toda a informação da sua conta de cliente. Essa empresa possui um edifício de armazém com todos esses computadores sob o mesmo tecto, e tem controlo total sobre cada um deles e toda a informação que eles contêm. Contudo, é um único ponto de falha. O que acontece se houver uma falha de energia neste local? O que acontece se a ligação de rede for interrompida? E se fritar? E se os bandidos destruírem tudo com um único toque de tecla? Em qualquer um destes casos, os dados podem ser perdidos ou corrompidos.

Com a cadeia de bloqueio, os dados armazenados nesta base de dados podem ser distribuídos por múltiplos nós de rede em diferentes locais. Isto não só cria redundância, como também assegura a fidelidade dos dados armazenados. Se alguém tentar alterar um registo numa instância da base de dados, os outros nós não serão modificados, o que impede um intruso de o fazer.

Se um utilizador falsificar um registo de uma transacção Bitcoin, todos os outros nós são comparados entre si, facilitando a identificação do nó com a informação incorrecta. Este sistema ajuda a criar uma sequência precisa e transparente de eventos. Desta forma, nenhum nó da rede pode modificar a informação armazenada na rede.

Como resultado, a informação e história (por exemplo cryptocurrencies) torna-se irreversível. Tal registo poderia ser uma lista de transacções (por exemplo, de moedas criptográficas), mas também é possível para uma cadeia de bloqueio armazenar todo o tipo de informações, tais como contratos legais, identificadores governamentais, inventários de empresas, etc.

Para validar um novo registo ou entrada na cadeia de bloqueio, uma grande quantidade de poder informático na rede descentralizada tem de ser acordada. Para evitar a verificação de transacções maliciosas e a duplicação de despesas, a cadeia de bloqueio é protegida por mecanismos de consenso, tais como a Prova de Trabalho (PBO) e a Prova de Estaca (PdS). Estes mecanismos permitem chegar a acordos sem necessidade de um nó responsável.
Transparência

Como a cadeia de bloqueio Bitcoin é descentralizada, todas as transacções são transparentes para nós individuais e para o condutor da cadeia de bloqueio, permitindo a qualquer pessoa ver o que está a acontecer em tempo real. Cada nó tem a sua própria cópia da cadeia, que é actualizada à medida que novos blocos são confirmados ou adicionados. Isto significa que pode seguir o movimento de Bitcoin onde quer que esteja.

Por exemplo, no passado, as trocas foram pirateadas e as pessoas que tinham armazenado as suas moedas na troca perderam tudo. Os hackers podem ter sido completamente anónimos, mas os bitcoins que obtiveram eram facilmente localizáveis. Se os bitcoins roubados nestes hacks forem transferidos ou gastos em qualquer lugar, eles serão visíveis.

Evidentemente, os registos armazenados na cadeia de bloqueio Bitcoin são encriptados (tal como a maioria das cadeias de bloqueio). Isto significa que apenas o proprietário de um registo pode decifrá-lo para revelar a sua identidade (utilizando um par de chaves públicas/privadas). Isto permite que os utilizadores da cadeia de bloqueio permaneçam anónimos, mantendo a transparência.

A cadeia de bloqueios é segura?

A tecnologia Blockchain proporciona segurança e confiança descentralizadas de várias maneiras. Em primeiro lugar, os novos blocos são sempre armazenados de forma linear e cronológica. Isto significa que são sempre adicionados ao «fim» da cadeia de bloqueio. Uma vez adicionado um bloco ao fim da cadeia de bloqueio, é muito difícil alterar retroactivamente o conteúdo desse bloco, a menos que haja um consenso da maioria da rede.

Isto porque cada bloco contém, para além do seu próprio hash, o hash do bloco anterior e o carimbo da hora acima mencionado. Um código hash é criado por uma função matemática que converte a informação numérica numa sequência de números ou letras. Se esta informação for alterada de alguma forma, o código hash também será alterado.

Suponha-se que um hacker, que também gere um nó na rede da cadeia de bloqueio, quer roubar a moeda criptográfica de outra pessoa, alterando a cadeia de bloqueio. Se ele modificar a sua cópia única, esta deixará de corresponder às das outras. Quando os outros compararem as suas cópias, verão que esta cópia se destaca, e a versão pirateada da cadeia será descartada como ilegal.

Para que tal hack tivesse sucesso, o hacker teria de controlar e alterar mais de 51% das cópias da cadeia de bloqueio ao mesmo tempo, de modo a que a sua nova cópia fosse a cópia maioritária, resultando numa cadeia coesa. Um tal ataque exigiria uma enorme quantidade de dinheiro e recursos, uma vez que cada bloco teria de ser recriado de novo, com diferentes timestamps e códigos de hash.

Dada a dimensão de muitas redes de moedas criptográficas e a sua taxa de crescimento, o custo da realização de tal proeza poderia ser enorme. Não só o custo seria enorme, como também poderia ser um desperdício. Este comportamento não deve passar despercebido aos membros da rede, uma vez que estes vêem esta mudança radical na cadeia de bloqueio. Os membros da rede juntam-se então à nova versão, não afectada, da cadeia de bloqueio.

Como resultado, o valor das fichas comprometidas é drasticamente reduzido, tornando o ataque inútil, uma vez que o atacante ganha o controlo de bens inúteis. O mesmo pode acontecer se um atacante atacar um novo garfo Bitcoin. Foi criado para proporcionar um incentivo económico e não para atacar uma rede participante.

Bitcoin e a Blockchain

A tecnologia Blockchain foi inventada em 1991 por Stuart Haber e W. Scott Stornetta, dois investigadores que queriam criar um sistema em que os carimbos temporais nos ficheiros não pudessem ser manipulados. No entanto, a primeira utilização real da cadeia de bloqueio veio quase 20 anos depois, com o lançamento do Bitcoin em Janeiro de 2009.

O protocolo Bitcoin é baseado na cadeia de bloqueio. Num estudo que descreve esta moeda digital, Satoshi Nakamoto, o criador da Bitcoin, descreve-a como «um novo sistema de dinheiro electrónico que é completamente peer-to-peer e que não tem terceiros de confiança «2.

É importante compreender aqui que, embora Bitcoin utilize a cadeia de bloqueio apenas como um meio para registar um livro-razão transparente, em teoria a cadeia de bloqueio pode sempre registar qualquer número de dados. Como acima mencionado, isto poderia ser transacções, votos nas eleições, inventários de bens, documentos governamentais, documentos de habitação, e assim por diante.

Dezenas de milhares de projectos estão actualmente a tentar implementar a cadeia de bloqueio de várias formas para beneficiar a sociedade, não só para registar transacções, mas também como meio de votar com segurança em eleições democráticas, por exemplo. A imutabilidade da cadeia de bloqueio significa que o voto fraudulento pode ser mais sofisticado. Por exemplo, um sistema de votação poderia funcionar emitindo uma única moeda criptográfica ou ficha a cada cidadão do país.

A cada candidato seria atribuído um endereço de carteira específico, e os eleitores enviariam as suas fichas ou moedas criptográficas para o endereço do candidato em que desejam votar. A transparência e a rastreabilidade da cadeia de bloqueio elimina a necessidade de contagem manual dos votos e a possibilidade de manipulação maliciosa dos votos físicos.

Blockchain e banca

Tem sido dito que a cadeia de bloqueio tem o poder de perturbar a indústria financeira, em particular os pagamentos e as funções bancárias. No entanto, a banca e a cadeia de bloqueios descentralizada são duas coisas muito diferentes.

Para compreender a diferença entre a banca e a cadeia de bloqueio, vamos comparar o sistema bancário com a implementação da cadeia de bloqueio Bitcoin.

Como funciona uma cadeia de bloqueios?

Já se sabe que os blocos da cadeia de blocos Bitcoin armazenam dados sobre as transacções Bitcoin. Actualmente, existem mais de 10.000 sistemas de moeda criptográfica a funcionar na cadeia de bloqueio. No entanto, tornou-se claro que as cadeias de bloqueio são também uma forma fiável de armazenar dados sobre outros tipos de transacções.

Entre as empresas que adoptaram a blockchain contam-se o Walmart, Pfizer, AIG, Siemens e Unilever. A IBM, por exemplo, criou uma cadeia de bloqueio chamada Food Trust para acompanhar a viagem dos alimentos até à sua localização.

Porque é que queremos fazer isto? A indústria alimentar tem sofrido inúmeros surtos de E. coli, Salmonella e Listeria, bem como de substâncias tóxicas introduzidas acidentalmente no abastecimento alimentar. Até agora, levou semanas a encontrar a origem e a causa de um surto na dieta das pessoas. Ao utilizar a blockchain, as marcas podem rastrear os alimentos desde a sua origem até cada paragem e entrega.

Se for encontrado um produto alimentar contaminado, a fonte pode ser rastreada em cada paragem. Não só isso, mas agora estas empresas podem ver tudo com que possam entrar em contacto, permitindo-lhes detectar problemas mais rapidamente e salvar vidas. Este é apenas um exemplo da aplicação prática da cadeia de bloqueio, mas existem muitas outras formas de utilização da mesma.

Banca e finanças

Talvez nenhum sector beneficiasse mais da introdução da cadeia de bloqueio nas suas operações do que o sector bancário. As instituições financeiras estão normalmente abertas cinco dias por semana. Isto significa que se depositar um cheque às 18:00 numa sexta-feira, terá de esperar até segunda-feira de manhã para que o dinheiro chegue à sua conta. Mesmo se depositar durante o horário comercial, pode levar um a três dias para que a sua transacção seja confirmada devido ao enorme volume de transacções que os bancos processam. A cadeia de bloqueio, por outro lado, nunca dorme.

Ao integrar a cadeia de bloqueio com os bancos, os consumidores podem ter as suas transacções processadas em apenas 10 minutos, que é essencialmente o tempo necessário para adicionar um bloqueio à cadeia de bloqueio, independentemente dos feriados, hora do dia ou da semana. O Blockchain também permite aos bancos trocar fundos entre instituições de forma mais rápida e segura.

O comércio de acções, por exemplo, pode levar até três dias (ou mais tempo para o comércio internacional) para liquidar e limpar, durante os quais os fundos e acções são congelados.

Dado o montante de dinheiro envolvido, mesmo alguns dias de transferência representa um custo e um risco significativo para o banco. Do mesmo modo, a Capgemini, uma consultora francesa, estima que as aplicações baseadas em cadeias de bloqueio poderiam poupar aos consumidores até 16 mil milhões de dólares por ano em custos bancários e de seguros.4

Moedas

A cadeia de bloqueio é a base de moedas criptográficas como a Bitcoin. O dólar americano é controlado pela Reserva Federal. Sob este controlo central, os dados dos utilizadores e a moeda estão tecnicamente sujeitos aos desejos dos bancos e dos governos. Se o banco de um utilizador for pirateado, os dados pessoais do utilizador estão em risco. Se o seu banco falhar, ou se viver num país com um governo instável, o valor da sua moeda poderá estar em risco. Em 2008, vários bancos falidos foram salvos, em parte com o dinheiro dos contribuintes. Foi este medo que levou à invenção e desenvolvimento do Bitcoin em primeiro lugar.

A cadeia de bloqueio permite que Bitcoin e outras moedas criptográficas sejam comercializadas sem o envolvimento de uma autoridade central, descentralizando o seu funcionamento através de uma rede informática. Isto não só reduz o risco, como também elimina muitas taxas de processamento e transacção. Também torna a moeda mais estável para os residentes de países com moedas e infra-estruturas financeiras instáveis, pois aumenta o número de aplicações e alarga a rede de pessoas e instituições com as quais pode ser comercializada tanto a nível interno como internacional.

A utilização de uma carteira de moeda criptográfica para abrir uma conta poupança ou como meio de pagamento é especialmente importante para aqueles sem identidade nacional. Alguns países podem ser devastados pela guerra ou não dispor de infra-estruturas nacionais que permitam a identificação. Os cidadãos destes países podem não ter acesso a contas de poupança ou de corretagem e, por conseguinte, podem não ser capazes de manter os seus bens em segurança.

Saúde

As organizações de saúde podem utilizar a Blockchain para guardar em segurança os registos médicos dos doentes. Uma vez criado e assinado, o registo médico é escrito à cadeia de bloqueio, fornecendo ao paciente provas e garantias de que o registo não foi adulterado. Ao encriptar estes registos de saúde pessoais com uma chave privada e armazená-los na cadeia de bloqueio, apenas determinadas pessoas poderão aceder aos mesmos, assegurando a privacidade.

Registo de bens

Se tiver passado algum tempo no seu registo predial local, saberá que o processo de registo de escrituras pode ser pesado e ineficiente. Actualmente, as escrituras em espécie devem ser enviadas por um funcionário ao serviço de registo local, onde são registadas manualmente numa base de dados central e nos arquivos do condado. No caso de disputas de propriedade, é necessário verificar a reclamação de propriedade em relação a um índice oficial.

Este processo não só é dispendioso e demorado, como também propenso a erros humanos, uma vez que a informação imprecisa reduz a eficácia do seguimento de bens. Com a cadeia de bloqueio, não há necessidade de digitalizar documentos ou seguir o rasto de documentos físicos no cartório de registo local.

Quando os direitos de propriedade são armazenados e verificados na cadeia de bloqueio, os proprietários podem ter a certeza de que os seus documentos são exactos e registados para sempre.

Em países devastados por conflitos, ou em áreas com poucas infra-estruturas públicas ou financeiras, quanto mais um registo de direito civil, é quase impossível provar a propriedade dos bens. Se grupos de pessoas que vivem nessas áreas tiverem acesso a uma cadeia de bloqueio, podem criar uma cronologia transparente e clara de propriedade.

Contratos inteligentes

Um contrato inteligente é uma peça de código informático que pode ser incorporada numa cadeia de bloqueio para facilitar, verificar ou negociar contratos. Os contratos inteligentes funcionam com base num conjunto de condições acordadas pelo utilizador. Uma vez cumpridas estas condições, os termos do contrato entram automaticamente em vigor.

Por exemplo, suponha que um potencial inquilino queira alugar um apartamento utilizando um contrato inteligente. O senhorio concorda em dar ao inquilino o código da porta do apartamento depois de o inquilino ter pago o depósito. Quando tanto o inquilino como o senhorio enviam a sua parte do contrato para o contrato inteligente, o contrato inteligente armazena o código da porta e troca-o automaticamente pelo depósito no dia em que o inquilino inicia o contrato.

Se o senhorio não fornecer o código da porta no final da data de aluguer, o contrato inteligente devolverá o depósito. Isto evita os custos e formalidades normalmente associados com o uso de notários, terceiros e advogados.

Cadeia de custódia

Como no exemplo da IBM Food Trust, os fornecedores podem utilizar a cadeia de bloqueio para registar a origem dos materiais adquiridos. Isto permite às empresas verificar não só a autenticidade dos produtos, mas também rótulos comuns tais como «orgânicos», «locais» ou «comércio justo».

Como relata a revista Forbes, a indústria alimentar está a utilizar cada vez mais a cadeia de bloqueio para localizar e assegurar a alimentação desde a exploração agrícola até ao garfo.

Direitos de voto

Como mencionado acima, a votação em cadeia pode ser utilizada para simplificar os sistemas de votação modernos; como testado na Virgínia Ocidental em meados de Novembro de 2018, a votação em cadeia tem o potencial de eliminar a fraude eleitoral e aumentar a a afluência dos eleitores.

O uso da cadeia de bloqueio desta forma torna a fraude eleitoral virtualmente impossível. Os protocolos da cadeia de bloqueio também mantêm a transparência do processo eleitoral, reduzem o número de funcionários necessários para conduzir uma eleição e fornecem às autoridades os resultados quase imediatamente. Isto elimina a necessidade de recontagens e o medo de fraude que afecta as eleições.

Vantagens e desvantagens da cadeia de bloqueio

A cadeia de bloqueio, devido à sua complexidade, tem um potencial ilimitado como meio de gravação descentralizado. As aplicações da tecnologia de cadeias de bloqueio podem variar desde a melhoria da privacidade e segurança dos utilizadores até à redução dos custos de processamento e erros, e ir além do acima referido. No entanto, existem também desvantagens.

Tipos de cadeias de bloqueio

Existem quatro tipos de cadeia de bloqueio

1. Cadeias de bloqueio públicas
   Uma cadeia de bloqueio pública é uma rede informática aberta e descentralizada a que qualquer pessoa pode aceder para solicitar e verificar (verificar a exactidão de) transacções. A pessoa que verifica a transacção (o mineiro) recebe uma comissão.

As cadeias de bloqueio públicas utilizam um mecanismo de construção de consenso denominado prova de trabalho ou prova de participação (ver abaixo). Exemplos comuns de correntes de bloqueio públicas são as correntes de bloqueio Bitcoin e Ether.

2. Cadeias de bloqueio privadas
   Uma cadeia de bloqueio privada não é pública e tem acesso limitado. Qualquer pessoa que deseje aceder ao mesmo deve obter autorização do administrador do sistema. São geralmente geridos por uma única organização, o que significa que são centralizados. Hyperledger, por exemplo, é uma cadeia de bloqueio privada licenciada.
3. Cadeia de blocos híbrida ou consórcio
   Um consórcio é uma combinação de uma cadeia de blocos pública e uma cadeia de blocos privada contendo elementos tanto centralizados como descentralizados. Exemplos incluem a Energy Network Foundation, Dragonchain e R3.

Nota: Não há um acordo a 100% sobre se são termos diferentes. Alguns distinguem entre os dois, enquanto outros os consideram como sendo os mesmos.

4. Cadeias laterais
   Uma cadeia lateral é uma cadeia de bloqueio que corre em paralelo com a cadeia principal. Permite aos utilizadores mover os seus bens digitais entre duas cadeias de bloqueio diferentes, aumentando a escalabilidade e a eficiência. Um exemplo de um sidechain é a rede Liquid.

História da Blockchain

Blockchain não é apenas uma base de dados, mas uma nova tecnologia de «confiança digital» que revolucionará a forma como o valor e a informação são trocados na Internet ao remover o «guardião» do processo. Para mais informações, ver o nosso artigo «A história da tecnologia Blockchain».

A história da cadeia de bloqueio é muito mais antiga do que possa imaginar, mas encurtamo-la ao responder a quatro perguntas básicas

Quem inventou a cadeia de bloqueios?

A primeira pessoa a propor um protocolo semelhante a uma cadeia de bloqueio foi o criptógrafo David Chaum, em 1982. Mais tarde, em 1991, Stuart Haber e W. Scott Stornetta escreveram sobre o seu trabalho em sistemas federados.

No entanto, foi Satoshi Nakamoto (provavelmente um pseudónimo para um indivíduo ou grupo) que inventou e implementou a primeira rede de cadeias de blocos após o lançamento da primeira moeda digital do mundo, Bitcoin.

Quem detém a tecnologia da cadeia de bloqueio?

A tecnologia da cadeia de bloqueio não pode ser possuída porque é a tecnologia por detrás da cadeia de bloqueio. É como a Internet. No entanto, qualquer pessoa pode utilizar esta tecnologia para criar e possuir a sua própria cadeia de bloqueio.