O que é a mineração de criptomoedas e como ela funciona?

Resumo

A mineração de criptomoedas permite verificar transações na blockchain e é o processo de criar novas unidades de criptomoedas.

Os mineiros precisam de recursos computacionais intensivos, o que também garante a segurança da rede blockchain.

O que é a mineração de criptomoedas?

A mineração de criptomoedas baseia-se no mecanismo de consenso(PoW) (Prova de Trabalho), garantindo a segurança e descentralização de moedas como o Bitcoin. A mineração é o processo de validar transações de usuários e adicioná-las ao livro-razão público da blockchain. Portanto, a mineração é um elemento-chave para que o Bitcoin funcione sem uma autoridade central.

A operação de mineração também é responsável por introduzir novas moedas na oferta circulante existente. Contudo, a mineração de criptomoedas segue um conjunto de regras codificadas, que gerenciam o processo de mineração e impedem a criação arbitrária de novas moedas. Essas regras estão embutidas no protocolo subjacente da criptomoeda, sendo aplicadas por toda a rede composta por milhares de nós.

Para criar novas unidades de criptomoedas, os mineiros usam sua capacidade computacional para resolver problemas criptográficos complexos. O primeiro mineiro a resolver o problema tem o direito de adicionar um novo bloco de transações à blockchain e divulgá-lo na rede.

Como funciona a mineração no Ethereum?

Após a confirmação de uma nova transação na blockchain, ela é enviada para uma mempool (pool de memória). A responsabilidade do mineiro é validar a validade dessas transações pendentes e integrá-las em um bloco.

Um bloco pode ser visto como uma página do livro-razão da blockchain, contendo várias transações e outros dados. Especificamente, os nós de mineração coletam transações não confirmadas da mempool e as consolidam em um bloco candidato.

Depois, o mineiro tenta transformar esse bloco candidato em um bloco validado. Para isso, deve resolver um problema matemático complexo, que exige muitos recursos computacionais. A cada bloco bem-sucedido, o mineiro recebe uma recompensa, composta por criptomoedas recém-criadas e taxas de transação. A seguir, detalharemos como funciona a mineração.

Passo 1: Hashing das transações

O primeiro passo na mineração de blocos é selecionar as transações pendentes da mempool e submetê-las uma a uma por meio de uma função hash. Cada execução da função hash gera uma saída de tamanho fixo, chamada de “hash”.

Durante a mineração, o hash de cada transação é uma sequência de números e letras que serve como identificador. O hash da transação representa todas as informações contidas nela.

Além de hashear cada transação individualmente, o mineiro também adiciona transações personalizadas, enviando a si mesmo uma recompensa de bloco. Essa transação é chamada de “coinbase”, ou seja, criação de nova moeda. Geralmente, ela é a primeira transação registrada no novo bloco, seguida por todas as transações pendentes a serem validadas.

Passo 2: Criação da Árvore de Merkle

Após o hash de cada transação, esses hashes são agrupados em uma “Árvore de Merkle” (também conhecida como “árvore de hashes”). Os hashes das transações são combinados em pares e hashados novamente, formando a árvore de Merkle.

Os hashes resultantes são agrupados em pares e hashados novamente, repetindo o processo até gerar um único hash. Este hash final é chamado de “hash raiz” (ou “merkle root”) e representa, de forma resumida, todos os hashes utilizados na geração da raiz.

A Árvore de Merkle consolida os hashes das transações em pares, que são então hashados.

Passo 3: Encontrar o cabeçalho de bloco válido (hash do bloco)

O cabeçalho do bloco serve como identificador de cada bloco individual, contendo um hash único. Ao criar um novo bloco, o mineiro combina o hash do bloco anterior com a raiz de Merkle do bloco candidato para gerar o hash do novo bloco. Além disso, deve adicionar um número aleatório chamado “nonce”.

Assim, ao tentar validar o bloco candidato, o mineiro precisa combinar a raiz de Merkle, o hash do bloco anterior e o nonce, e submetê-los à função hash. Essa operação é repetida várias vezes até gerar um hash válido.

Como o hash da raiz de Merkle e o hash do bloco anterior não podem ser alterados, o mineiro precisa modificar o nonce várias vezes até encontrar um hash válido. O hash gerado (hash do bloco) deve ser menor que um alvo definido pelo protocolo, sendo considerado válido. No Bitcoin, o hash do bloco deve começar com múltiplos zeros, o que é conhecido como “dificuldade de mineração”.

Passo 4: Divulgar o bloco minerado

Como visto, o mineiro deve usar diferentes valores de nonce e repetir o hash do cabeçalho até encontrar um hash válido. O mineiro que encontrar esse hash pode divulgar o bloco na rede. Os demais nós verificarão se o bloco e seu hash são válidos. Se forem, o novo bloco será adicionado à cópia da blockchain.

Nesse momento, o bloco candidato torna-se um bloco confirmado, e todos os mineiros continuam a minerar o próximo. Os mineiros que não encontrarem o hash válido a tempo abandonarão seu bloco candidato e voltarão à competição.

E se dois mineiros descobrirem blocos ao mesmo tempo?

Às vezes, dois mineiros podem publicar blocos válidos simultaneamente, levando a uma competição entre eles. A rede, então, terá duas versões diferentes da blockchain, cada uma baseada em um desses blocos.

A competição entre os blocos continuará até que um deles seja estendido por um novo bloco. O primeiro a encontrar esse próximo bloco será considerado o vencedor. Os blocos descartados são chamados de “blocos órfãos” ou “blocos isolados”, e os mineiros que optaram por eles migrarão para a cadeia do bloco vencedor para continuar a mineração.

O que é a dificuldade de mineração?

A dificuldade de mineração é ajustada periodicamente pelo protocolo para manter a taxa de criação de blocos constante, garantindo a emissão planejada de novas moedas. A dificuldade é ajustada proporcionalmente ao poder computacional (hashrate) da rede.

Assim, sempre que um novo mineiro entra na rede, a competição aumenta, e a dificuldade de hashing também sobe, mantendo o tempo médio de geração de blocos constante. Se a maioria dos mineiros sair, a dificuldade diminui, facilitando a mineração de novos blocos. Após o ajuste, o tempo de geração de blocos permanece constante, independentemente do hashrate total da rede.

Tipos de mineração de criptomoedas

Existem várias formas de minerar criptomoedas. Novos hardwares e algoritmos de consenso continuam a surgir, otimizando os dispositivos e processos. Os mineiros geralmente usam dispositivos especializados para resolver equações criptográficas complexas. A seguir, alguns dos métodos mais comuns de mineração.

Mineração com CPU(CPU)

A mineração com CPU refere-se ao uso do processador de um computador para executar as funções hash necessárias ao mecanismo de Prova de Trabalho. Nos primeiros dias do Bitcoin, os custos e a barreira de entrada eram baixos, e CPUs comuns eram suficientes para lidar com a dificuldade, permitindo que qualquer pessoa tentasse minerar Bitcoin e outras criptomoedas.

No entanto, à medida que mais pessoas começaram a minerar Bitcoin, a taxa de hash da rede aumentou, tornando a mineração mais difícil e menos lucrativa. Além disso, hardwares de mineração mais avançados, como ASICs, começaram a surgir, tornando a mineração com CPU praticamente obsoleta. Hoje, todos os mineiros usam hardware dedicado, e a mineração com CPU não é mais viável.

Mineração com GPU(GPU)

A mineração com GPU usa unidades de processamento gráfico, projetadas para lidar com múltiplas tarefas simultaneamente, geralmente usadas em jogos ou renderização gráfica, mas também podem ser usadas na mineração.

Em comparação com os hardwares especializados(ASIC), as GPUs são mais baratas e mais flexíveis. Ainda assim, a eficiência na mineração depende da dificuldade e do algoritmo da moeda. Algumas moedas concorrentes podem ser mineradas com GPU, mas a rentabilidade varia.

Mineração com ASIC

O circuito integrado de aplicação específica(ASIC) é projetado para um objetivo específico. No campo das criptomoedas, refere-se a hardware dedicado à mineração. É bem conhecido que os ASICs oferecem alta eficiência, mas são caros. Esses dispositivos usam tecnologia de ponta e seu custo é muito superior ao de CPUs ou GPUs.

Além disso, a tecnologia ASIC evolui rapidamente, tornando modelos antigos obsoletos, o que exige atualização periódica do equipamento. Mesmo sem considerar o consumo de energia, a mineração com ASIC é uma das mais caras.

Pools de mineração

A recompensa do bloco é concedida ao primeiro mineiro que a encontrar, tornando a probabilidade de descobrir o hash correto muito baixa. Para mineiros com menor capacidade, é difícil encontrar um próximo bloco sozinho. Os pools de mineração resolvem esse problema.

Um pool de mineração é um grupo de mineiros que unem seus recursos (hashrate) para aumentar as chances de ganhar a recompensa do bloco. Quando um pool encontra um bloco, a recompensa é compartilhada proporcionalmente à contribuição de cada mineiro.

Mineiros individuais podem participar de pools para aproveitar vantagens de hardware e custos de energia, mas, se um pool dominar a rede, há o risco de ataques de 51%.

O que é a mineração de Bitcoin e como funciona?

O Bitcoin é o exemplo mais popular e completo de criptomoeda minerável, baseado no mecanismo de consenso por Prova de Trabalho.

A Prova de Trabalho foi criada inicialmente por Satoshi Nakamoto como mecanismo de consenso da blockchain, e foi apresentada no white paper do Bitcoin em 2018. Em resumo, ela determina como a rede blockchain alcança consenso entre todos os participantes distribuídos, sem intermediários de terceiros. Esse mecanismo exige grande poder computacional para evitar comportamentos maliciosos.

Como podemos ver, na rede de Prova de Trabalho, as transações são validadas pelos mineiros. Eles competem usando hardware especializado para resolver problemas criptográficos complexos. Quem encontrar a solução válida primeiro pode publicar o bloco de transações na blockchain e receber a recompensa.

O número de criptomoedas concedidas como recompensa varia entre diferentes blockchains. Por exemplo, até março de 2023, os mineiros do Bitcoin podiam ganhar uma recompensa de 6,25 bitcoins por bloco. De acordo com o mecanismo de halving do Bitcoin, a cada 21.000 blocos (aproximadamente a cada quatro anos), a quantidade de bitcoins concedida por bloco é reduzida pela metade.

A mineração de criptomoedas em 2026 ainda será lucrativa?

A mineração de criptomoedas ainda pode ser lucrativa, mas requer planejamento cuidadoso, gestão de riscos e pesquisa detalhada. Envolve investimentos e riscos, como custos de hardware, volatilidade do preço da criptomoeda e mudanças no protocolo. Para reduzir esses riscos, os mineiros costumam adotar estratégias de gerenciamento de risco e avaliar custos e benefícios antes de começar.

O lucro na mineração depende de vários fatores, incluindo a variação do preço da criptomoeda. Quando o preço sobe, o valor em moeda fiduciária da recompensa aumenta. Quando o preço cai, o lucro diminui.

A eficiência do hardware de mineração também é fundamental para a rentabilidade. Hardwares caros exigem um equilíbrio entre o custo e a recompensa potencial. Outro fator importante é o custo de energia elétrica; se for muito alto, pode tornar a mineração inviável.

Além disso, o hardware de mineração pode ficar obsoleto rapidamente, exigindo atualizações frequentes. Modelos novos geralmente têm melhor desempenho que os antigos, e se o minerador não puder arcar com a atualização, será difícil manter a competitividade.

Por fim, mudanças no protocolo também podem afetar a lucratividade. Por exemplo, o halving do Bitcoin reduz pela metade a recompensa por bloco, impactando os ganhos. Em 2022, o Ethereum mudou de Prova de Trabalho para Prova de Participação(PoS), tornando a mineração obsoleta.

Conclusão

A mineração de criptomoedas é uma parte fundamental do Bitcoin e de outras blockchains baseadas em Prova de Trabalho, ajudando a manter a segurança da rede e a emissão estável de novas moedas. Além disso, a mineração pode gerar renda passiva para os mineiros. Para uma explicação detalhada passo a passo, leia nosso artigo “Guia de Mineração de Criptomoedas”.

A mineração tem seus prós e contras; o maior benefício é a potencial obtenção de lucros a partir das recompensas de bloco. No entanto, ela é influenciada por custos de energia e preços de mercado. Antes de ingressar na mineração de criptomoedas, é essencial fazer sua própria pesquisa(DYOR) e avaliar todos os riscos potenciais. ($CPOOL