Pense no blockchainBlockchain Um livro-razão público e imutável de transações criptográficas, organizado em blocos. como um livro-razão digital. Cada página deste livro-razão contém transações, assim como seu extrato bancário lista todas as suas despesas.
Os mineradores são como os contadores deste livro-razão. O trabalho deles é verificar se cada nova transação é válida antes de adicioná-la ao livro-razão. Para poder adicionar uma página (chamada de “bloco”), os mineradores devem primeiro resolver um quebra-cabeça matemático muito complexo, que é realmente uma competição: o primeiro minerador a encontrar a solução ganha o direito de adicionar o próximo bloco à cadeia.
É comparável a uma situação em que cada minerador é um detetive tentando encontrar a combinação de um cadeado. Eles tentam milhões de combinações possíveis até que um deles encontre a correta. Quem destrancar o cadeado primeiro ganha o privilégio de adicionar as últimas transações ao blockchain. E como recompensa pelo trabalho, eles recebem unidades novas e recém-cunhadas da criptomoeda, bem como as taxas de transação pagas pelos usuários.
Na verdade, essa corrida de resolução de quebra-cabeças é essencial para manter o blockchain seguro e confiável sem a necessidade de uma autoridade central como um banco. Como o desafio matemático requer muito poder de computação, torna-se muito difícil e caro para um fraudador trapacear e adicionar transações falsas.
Além disso, uma vez que um bloco é adicionado por um minerador, todos os outros mineradores e usuários podem verificar se ele está correto. É como ter milhares de contadores verificando cada página do livro-razão. Se todos concordarem, o bloco é permanentemente vinculado à cadeia e não pode ser alterado.
Então, graças ao trabalho duro dos mineradores resolvendo esses quebra-cabeças criptográficos, pode-se confiar na precisão e segurança do blockchain, sem ter que confiar em uma única autoridade central. Essa é a beleza de um sistema descentralizado!
É claro que, na realidade, a mineração envolve detalhes técnicos complexos, que são abordados neste artigo.
Este trabalho de verificação e registro é essencial para garantir a integridade, segurança e sustentabilidade das redes blockchain. Sem mineradores, seria impossível garantir a confiabilidade das transações e evitar gastos múltiplos da mesma unidade cripto. A mineração é, portanto, uma engrenagem essencial no mecanismo de consenso distribuído que caracteriza as redes blockchain.
Os fundamentos técnicos da mineração
A mineração de criptomoedas é baseada em um princípio fundamental chamado “PoW” (Proof of WorkProof of Work Um mecanismo de consenso em que os mineradores competem para resolver problemas matemáticos complexos para validar transações e proteger a rede.). Para adicionar um novo bloco de transações à cadeia, os mineradores devem resolver um problema matemático complexo que requer considerável poder de computação. Este quebra-cabeça criptográfico, específico para cada bloco, é projetado para ser difícil de resolver, mas fácil de verificar quando a solução for encontrada.
Em termos concretos, os mineradores usam o poder de seus computadores para gerar repetidamente hashes criptográficos até obterem um resultado menor do que um valor alvo determinado pelo protocolo. Esse processo de tentativa e erro, que pode exigir bilhões de cálculos, garante que um trabalho substancial foi feito para criar o novo bloco. Uma vez que o problema é resolvido, o minerador transmite sua solução para outros nós na rede, que podem então verificar rapidamente sua validade e adicioná-la à sua cópia do blockchain.
De fato, para modificar fraudulentamente um bloco existente, um invasor não só teria que refazer o trabalho associado àquele bloco, mas também alcançar e superar o trabalho fornecido por todos os outros mineradores em blocos subsequentes, o que é considerado praticamente impossível.
O que é taxa de hashHash Uma função criptográfica que converte dados de entrada em uma cadeia alfanumérica de tamanho fixo.?
Hashrate é uma métrica fundamental que mede o poder computacional de uma rede blockchain. Ela representa o número de operações de hash que um minerador ou a rede inteira pode executar por segundo. Por exemplo, um hashrate de 100 TH/s significa que o sistema pode executar 100 trilhões (1012) de cálculos de hash a cada segundo. Quando um minerador individual ou pool de mineração relata seu hashrate, isso indica sua força relativa e probabilidade de encontrar o próximo bloco. O hashrate global da rede, que é a soma de todo o poder de mineração na rede, serve como um indicador de segurança essencial.
À medida que o hashrate total da rede aumenta, a dificuldade de mineração se ajusta automaticamente para manter um tempo de bloco médio consistente – aproximadamente 10 minutos para Bitcoin. Essa relação dinâmica entre hashrate e dificuldade é crucial para a segurança da rede: um hashrate mais alto significa que um invasor precisaria de uma quantidade enorme de poder computacional (e, portanto, investimento financeiro) para executar com sucesso um ataque de 51%.
As operações de mineração modernas medem sua taxa de hash em diferentes unidades, dependendo de sua escala: MH/s (megahash, 106), GH/s (gigahash, 109), TH/s (terahash, 1012) ou mesmo PH/s (petahash, 1015) para grandes pools de mineração.
Infraestrutura e equipamentos necessários
As ferramentas usadas para mineração de criptomoedas evoluíram consideravelmente desde o advento do Bitcoin em 2009. Nos primeiros dias da tecnologia, ainda era possível minerar com um simples computador pessoal. No entanto, conforme a dificuldade de mineração aumentou e hardware dedicado se tornou disponível, essa abordagem rapidamente se tornou obsoleta.
Os mineradores gradualmente se voltaram para placas gráficas poderosas (GPUs), capazes de executar um grande número de cálculos em paralelo. Essa corrida por poder levou ao desenvolvimento de circuitos integrados específicos, chamados ASICs (Application-Specific Integrated Circuits), otimizados para minerar uma criptomoeda específica. ASICs oferecem eficiência energética e poder de computação muito superiores aos das GPUs.
Ao mesmo tempo, a ascensão da mineração encorajou o surgimento de pools de mineração, que permitem que mineradores individuais reúnam seus recursos e compartilhem recompensas proporcionalmente à sua contribuição. Essa união de trabalho se tornou essencial para manter uma probabilidade razoável de encontrar um bloco e receber compensação regular, diante da competição de grandes players industriais.
Economia e rentabilidade da mineração
Para entender a economia da mineração de criptomoedas, é essencial considerar os custos associados a essa atividade. Além do investimento inicial em hardware de mineração, que geralmente é substancial, os mineradores devem assumir custos operacionais significativos, principalmente eletricidade e manutenção.
Dadas essas despesas, a lucratividade da mineração depende principalmente de dois fatores: o preço da cripto minerada e a recompensa dada aos mineradores para cada bloco criado. Para o Bitcoin, essa recompensa é atualmente de 6,25 bitcoins por bloco, mas está programada para diminuir pela metade a cada 210.000 blocos (aproximadamente a cada 4 anos), um processo chamado de “halving”.
Além da recompensa do bloco, os mineradores também coletam taxas de transação associadas às operações que eles validam. Essas taxas, pagas pelos usuários para acelerar o processamento de suas transações, podem representar uma parcela significativa da receita dos mineradores quando a rede está congestionada.
Embora o princípio da mineração seja comum à maioria das criptos, sua implementação e evolução variam dependendo da rede. Bitcoin e Ethereum, as duas maiores criptos em termos de capitalização, ilustram bem essas diferenças.
Para Bitcoin, a mineração depende do algoritmo de hash SHA-256 e continua amplamente dominada por ASICs. A concentração do poder de mineração nas mãos de alguns poucos pools grandes levanta questões sobre o quão descentralizada a rede realmente é.
O Ethereum, por sua vez, usa o algoritmo Ethash, projetado para ser mais resistente à dominância ASICASIC Um tipo de hardware de mineração projetado especificamente para determinadas criptomoedas, mais eficiente do que GPUs e CPUs.. No entanto, a verdadeira inovação do Ethereum está em seu plano de transição para um mecanismo de consenso alternativo, o PoS (Proof of StakeProof of Stake Um mecanismo de consenso em que os validadores são selecionados com base no número de tokens que possuem e estão dispostos a "apostar" como garantia.). Com esse novo modelo, a criação de blocos e a validação de transações não dependem mais do poder de computação, mas da retenção e do stakingStaking O ato de participar de uma rede Proof of Stake bloqueando tokens como garantia para validar transações e proteger a rede. de ethers, a criptomoeda nativa da rede.
Ao mesmo tempo, muitos projetos estão explorando soluções para tornar a mineração mais justa e sustentável. Alguns estão desenvolvendo algoritmos de consenso híbridos, combinando PoW e PoS. Outros estão apostando em abordagens mais radicais, como mineração permissionada ou mineração baseada em recursos alternativos (armazenamento, largura de banda).
Como os pools de mineração funcionam na prática?
Um pool de mineração é um grupo de mineradores que reúnem seus recursos de computação para aumentar suas chances de encontrar blocos. Em vez de cada um trabalhar isoladamente, os mineradores em um pool combinam seu poder para resolver coletivamente os quebra-cabeças criptográficos do blockchain. Quando um bloco é encontrado pelo pool, a recompensa é compartilhada entre todos os participantes em proporção à sua contribuição.
A vantagem dos pools é que eles permitem que a renda dos mineradores seja suavizada. De fato, em um blockchain como o Bitcoin, a recompensa por um bloco é concedida de uma maneira “o vencedor leva tudo”: apenas o minerador que encontra o bloco embolsa os bitcoins recém-criados e as taxas de transação, os outros saem de mãos vazias. Com um pool, os ganhos são certamente menos espetaculares, mas muito mais regulares e previsíveis.
Os pools de mineração ganharam popularidade rapidamente, a ponto de agora representarem a vasta maioria do poder de computação da rede Bitcoin. Grandes pools como Antpool, F2Pool ou ViaBTC reúnem dezenas de milhares de mineradores individuais e fazendas de mineração profissionais.
Para combater a ameaça de 51%, algumas criptos optaram por funções hash “resistentes a ASIC”, ou seja, projetadas para serem ineficientes para implementar em circuitos especializados. Este é o caso, por exemplo, do Monero, que usa o algoritmo RandomX para favorecer a mineração em CPUs e, assim, promover uma maior descentralização. Outros, como o Litecoin, contam com o Scrypt, uma função intensiva em memória que supostamente beneficia GPUs em relação a ASICs.
Mas, apesar dessas tentativas, a tendência subjacente continua em direção à profissionalização e industrialização da mineração. Fazendas gigantes estão se multiplicando, frequentemente instaladas em regiões com custos de eletricidade muito baixos, como China, Rússia, Islândia ou Cazaquistão. Empresas listadas como Riot Blockchain ou Hut 8 MiningMining O processo de validação de transações e proteção de uma rede blockchain por meio de trabalho computacional. estão investindo maciçamente em infraestruturas dedicadas, com dezenas de milhares de ASICs funcionando a toda velocidade 24 horas por dia.
Esse desenvolvimento levanta questões sobre a acessibilidade e a descentralização da mineração, que cada vez mais parece estar reservada a um punhado de participantes com recursos consideráveis.
Economia e rentabilidade da mineração
Além de suas questões energéticas e ambientais, a mineração de criptomoedas também é uma atividade eminentemente econômica, cuja lucratividade depende de um conjunto complexo de parâmetros. Para entender as forças motrizes desse negócio, é útil analisar seus principais itens de custo e receita.
Em termos de custos, o maior item é, sem dúvida, a eletricidade. Como vimos, executar milhares de ASICs 24 horas por dia consome quantidades fenomenais de energia, que frequentemente representam mais de 80% dos custos operacionais de uma fazenda de mineração. Como exemplo, um minerador Antminer S19 de última geração consome aproximadamente 3.250 watts para uma potência de 100 TH/s, ou uma conta anual de mais de US$ 3.000 por dispositivo com uma taxa de eletricidade de US$ 0,10 por kWh.
É por isso que a localização das fazendas de mineração é uma questão estratégica importante. Para otimizar sua lucratividade, os mineradores buscam se estabelecer em regiões onde a eletricidade é o mais barata possível, mesmo que isso signifique realocar suas operações com frequência conforme as oportunidades surgem. É assim que países como China, Rússia, Cazaquistão e Irã se tornaram centros de mineração, graças aos seus recursos hidrelétricos significativos e preços muito baixos (às vezes menos de US$ 0,03 por kWh).
Mas os custos de energia não são a única consideração. Há também o investimento inicial em hardware, que pode rapidamente somar milhões de dólares para uma fazenda em escala industrial. Um minerador ASIC de ponta custa entre US$ 5.000 e US$ 10.000 cada hoje, e centenas ou até milhares deles precisam ser implantados para serem competitivos. Sem mencionar a infraestrutura necessária para hospedá-los: prédios, sistemas de resfriamento, conexões de rede, manutenção, segurança, etc.
Outro fator-chave é a vida útil e a obsolescência dos equipamentos. No mundo ultracompetitivo da mineração, um ASIC de última geração pode se tornar obsoleto em questão de meses, suplantado por modelos cada vez mais poderosos e eficientes. Para permanecer na corrida, os mineradores devem, portanto, renovar constantemente sua frota, o que reduz sua lucratividade e gera uma montanha de lixo eletrônico difícil de reciclar.
Em termos de receita, o modelo de negócio de mineração é baseado em dois pilares: recompensas de bloco e taxas de transação. Quando um minerador consegue criar um novo bloco válido, ele recebe uma remuneração dupla: por um lado, uma quantia fixa de criptos recém-emitidos (hoje 6,25 bitcoins por bloco); por outro lado, a soma das taxas incluídas nas transações que ele escolheu incluir em seu bloco.
Embora as recompensas de bloco representem atualmente a maioria da renda dos mineradores, espera-se que seu valor diminua ao longo do tempo. De fato, a maioria das criptomoedas fornece um mecanismo de “halving” que reduz pela metade a recompensa do bloco em intervalos regulares, a fim de controlar a inflação e a velocidade da emissão de tokens. Para o Bitcoin, o último halving ocorreu em maio de 2020, reduzindo a recompensa de 12,5 para 6,25 bitcoins. O próximo está programado para 2024, depois 2028, 2032, etc. até que todo o suprimento de 21 milhões de bitcoins esteja em circulação.
Em última análise, espera-se que as taxas de transação assumam o controle para garantir a lucratividade da mineração. Mas essa transição está longe de ser garantida. De fato, as taxas atualmente representam apenas uma parcela minoritária das receitas dos mineradores (menos de 10% para Bitcoin), e seu valor é muito volátil porque depende do congestionamento da rede e da disposição dos usuários de pagar mais para ver suas transações processadas como prioridade.
Além disso, o aumento nas taxas representa um problema de acessibilidade e escalabilidade para as criptomoedas. Se cada transação custa vários dólares ou mesmo dezenas de dólares, como foi o caso durante os picos de atividade em 2017 ou 2021, isso torna seu uso impraticável para pagamentos diários e corre o risco de confiná-los a um papel como reserva de valor ou ativo especulativo. Este é um dos maiores desafios das blockchains PoW: como manter a segurança da rede sem dificultar sua adoção?
Outro parâmetro essencial é a escolha de criptos para minerar. Nem todos os protocolos oferecem a mesma lucratividade, dependendo do seu algoritmo de hash, da sua dificuldade de mineração, da sua política monetária e, claro, da sua avaliação nos mercados. Se o Bitcoin continuar sendo o rei em termos de receita bruta, algumas altcoins podem ser mais interessantes em termos de retorno sobre o investimento, porque são menos competitivas e mais fáceis de minerar com hardware genérico.
Este é o caso, por exemplo, do Ethereum Classic, Monero, Zcash, Grin ou Beam, que usam algoritmos de memória-hard resistentes a ASIC e amigáveis a GPUGPU Um componente da placa de vídeo que pode ser usado para minerar criptomoedas, realizando os cálculos necessários para validar transações. Mais potente do que uma CPU para determinados tipos de cálculos.. A mineração dessas criptomoedas alternativas pode tornar hardware obsoleto lucrativo para o Bitcoin, reduzir custos de energia e equipamentos e se posicionar em projetos promissores, mas ainda pouco conhecidos. Muitos mineradores também estão explorando as oportunidades oferecidas por tokens não mineráveis, como os de blockchains PoS, participando de seus ICOs ou oferecendo serviços de validação.
Existem muitas ferramentas online para ajudar os mineradores a calcular a lucratividade de diferentes cenários e otimizar sua alocação de recursos, como WhatToMine, CoinWarz, CryptoCompare ou NiceHash. Essas calculadoras levam em conta dezenas de parâmetros, como hashrate, consumo de energia, custo de energia, dificuldade de rede, recompensas de bloco e taxas de transação para estimar a receita potencial e o ROIROI O retorno percentual sobre um investimento em relação ao seu custo. de uma determinada configuração.
Mas além das ferramentas, é acima de tudo um conhecimento detalhado do setor e uma vigilância constante sobre seus desenvolvimentos que fazem bons mineradores. Porque ainda mais do que a tecnologia, é o fator humano que continua decisivo nesta indústria em constante mudança.
Especificidades
Embora a mineração de Bitcoin e as principais criptomoedas PoW compartilhem muitos pontos em comum, também há especificidades importantes vinculadas às escolhas tecnológicas e econômicas de cada projeto.
Vamos começar com o Ethereum, que continua sendo a principal alternativa ao Bitcoin em termos de valoração e adoção até hoje. Desde sua criação em 2015, o Ethereum usa um algoritmo de hash chamado Ethash, que visa ser resistente à centralização e favorecer a mineração com GPUs em vez de ASICs. A ideia é permitir que o máximo de pessoas possível participe da proteção da rede, sem favorecer grandes pools com hardware dedicado.
Isso funcionou por um tempo, mas conforme o preço e a dificuldade aumentaram, os ASICs Ethash eventualmente apareceram no mercado, produzidos em particular pela gigante chinesa Bitmain. Para combater essa tendência, os desenvolvedores do Ethereum regularmente modificavam o algoritmo por meio de hard forks, a fim de tornar os ASICs existentes obsoletos. Esse foi o caso, por exemplo, com “The Merge” no final de 2020, que integrou um novo algoritmo chamado “Muir Glacier” para atrasar a “bomba de dificuldade” que ameaçava tornar a mineração de GPU não lucrativa.
Mas esses ajustes são apenas patches temporários. A verdadeira revolução para o Ethereum está planejada com a transição de PoW para PoS, por meio de uma grande atualização inicialmente chamada Ethereum 2.0 e agora The Merge. A ideia é substituir mineradores por validadores que apostam seus ethers pelo direito de criar blocos e receber as recompensas associadas. Este sistema promete ser muito mais eficiente em termos de energia, já que não depende de cálculos intensivos, mas de incentivos tokenomicsTokenomics O estudo da economia e da dinâmica de fornecimento de uma criptomoeda ou token..
A transição para PoS é um projeto titânico que mobilizou a comunidade Ethereum por vários anos. Envolve o desenvolvimento de uma nova blockchain paralela (a “beacon chain”), testando sua operação em condições reais, migrando gradualmente aplicativos e ativos e coordenando os vários participantes do ecossistema. Um processo complexo e cheio de armadilhas, que encontrou muitos atrasos, mas que finalmente parece estar à beira da conclusão.
Mas também há criptos que assumem e reivindicam PoW, vendo-o como o melhor garantidor de segurança e descentralização. Este é o caso, por exemplo, do Monero, que se destaca por sua abordagem radical à confidencialidade. Ao contrário do Bitcoin, onde todas as transações são rastreáveis em um blockchain transparente, o Monero usa assinaturas de anel e endereços stealth para ocultar a origem, o destino e a quantidade de fundos trocados.
Para evitar que um ator poderoso comprometa essa confidencialidade ao assumir o controle da mineração, o Monero conta com um algoritmo anti-ASIC chamado “RandomX”. Seu princípio é usar aleatoriamente o conjunto de instruções do processador, a fim de favorecer CPUs e GPUs clássicas em vez de chips especializados. O RandomX é otimizado para aproveitar os recursos mais recentes dos processadores modernos, como os conjuntos de instruções AVX2 e AVX512, o branch predictor ou a memória L3.
O objetivo é democratizar a mineração e torná-la acessível ao maior número possível de pessoas, inclusive com hardware de consumo ou reciclado. Uma escolha consciente, que desacelera a corrida por desempenho e centralização, mas que garante melhor resiliência de rede. No espírito do Monero, é melhor ter milhares de pequenos mineradores de CPUCPU O processador de um computador, um componente que, na criptografia, pode ser usado para minerar blocos, realizando cálculos intensivos para validar transações e proteger a rede. espalhados pelo mundo do que um punhado de fazendas gigantes controladas por uma elite.
Essa filosofia é encontrada em outros projetos como o Vertcoin, que se baseia no algoritmo “Lyra2REv3” para promover a mineração justa, ou o Ravencoin que usa o “KAWPOW” para dar uma segunda vida a placas de vídeo antigas. Mas também há criptos que buscam superar a oposição entre ASIC e GPU, propondo algoritmos híbridos que combinam o melhor dos dois mundos.
Este é o caso, por exemplo, do Dash, que usa um sistema de “masternodes” para oferecer serviços avançados como transações instantâneas (InstantSend) ou pagamentos confidenciais (PrivateSend). Masternodes são nós completos que devem conter uma quantidade mínima de Dash (atualmente 1.000 unidades) e fornecer largura de banda e poder de computação suficientes para executar esses recursos. Em troca, eles recebem uma parte das recompensas de bloco e taxas de transação, o que incentiva a qualidade do serviço.
Para evitar que os masternodes centralizem muito a rede, o Dash usa um algoritmo de mineração chamado “X11” que combina onze funções hash diferentes. A ideia é suavizar a dificuldade e distribuir o trabalho entre GPUs e ASICs, sem sacrificar as vantagens destes últimos em termos de segurança e eficiência energética. Uma escolha pragmática, que visa conciliar descentralização e desempenho.
Como podemos ver, a mineração é um campo em constante evolução, onde diferentes visões do que uma cripto deve ser entram em choque. Entre PoW e PoS, ASIC e GPU, confidencialidade e rastreabilidade, não há solução perfeita, mas uma infinidade de abordagens que buscam encontrar o equilíbrio certo entre segurança, acessibilidade e sustentabilidade.
