O que é Blockchain? Como criar rede, código e sua arquitetura

Assim como a Inteligência Artificial e o Machine Learning, o Blockchain está crescendo rapidamente para se tornar uma tecnologia dominante na indústria hoje. A tecnologia Blockchain não está mais limitada ao setor BFSI e está se tornando conhecida em outros domínios, incluindo saúde, governança, varejo e logística, para citar alguns. No entanto, embora o Blockchain tenha feito seu caminho no vocabulário comum, muitos não estão cientes da arquitetura Blockchain e de como ela funciona.

Neste post, falaremos sobre tudo o que você precisa saber sobre Blockchain e arquitetura Blockchain. Primeiro, vamos começar com o básico.

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O que é Blockchain?

Um Blockchain é um livro-razão descentralizado e distribuído que foi projetado em 1991 para armazenar e registrar transações financeiras. No entanto, é capaz de armazenar qualquer coisa que tenha valor. Essencialmente, Blockchain é uma web ou rede interconectada de computadores ligados entre si em vez de estarem conectados a um servidor central. Todas as máquinas (ou nós) dentro desta rede podem definir e concordar com um estado compartilhado de dados enquanto aderem a algumas restrições unanimemente acordadas – embora o sistema consista em vários nós, nenhum nó único pode alterar os dados sem o consenso de todo o rede.

Como o Blockchain é uma rede distribuída, cada nó dentro da rede mantém, aprova e atualiza as novas entradas. Cada membro faz a validação cruzada dos registros e procedimentos, tornando a rede Blockchain válida e segura. Desta forma, mesmo que os membros não confiem uns nos outros, eles podem estabelecer um uníssono em bases comuns.

Como o nome sugere, um Blockchain consiste em blocos contendo informações específicas que são compartilhadas por todas as máquinas conectadas dentro da rede peer-to-peer (P2P). Esses blocos são estruturas de dados que agrupam conjuntos de transações e as distribuem para todos os nós da rede P2P. Cada bloco é protegido por uma chave criptográfica altamente especializada. Além disso, cada bloco contém um Block Header – os metadados – que verifica a validade do bloco. Os metadados de um bloco são compostos dos seis componentes a seguir:

• Versão – A versão atual da estrutura do bloco.
• Hash do cabeçalho do bloco anterior – A referência ao bloco pai deste bloco .
• Merkle root hash – É um hash criptográfico de todas as transações registradas no bloco.
• Timestamp – A hora da criação do bloco.
• nBits – A forma codificada do limite de destino no cabeçalho do bloco.
• Nonce (número usado uma vez) – Um valor aleatório que o criador do bloco pode manipular como e como desejar.

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Enquanto esses seis componentes formam o Block Header, a parte restante de um bloco contém as transações incluídas pelo minerador ao criar o bloco. Os usuários em uma rede criam tais transações e as submetem à rede para serem incluídas em um bloco. À medida que essas transações continuam a crescer, o tamanho do Blockchain também continua a se expandir.

Os recursos descentralizados e distribuídos do Blockchain o tornam transparente e responsável (todo usuário na rede é responsável por quaisquer alterações na cadeia). E o fato de tudo registrado em um Blockchain ser protegido por criptografia o torna seguro e confiável. Esses recursos do Blockchain o tornaram atraente para entusiastas de todos os setores que estão investindo prontamente na arquitetura Blockchain para desenvolver aplicativos baseados em Blockchain.

Arquitetura Blockchain

Agora que esclarecemos o básico da arquitetura Blockchain, vamos nos aprofundar nela. A arquitetura Blockchain consiste em duas estruturas de dados principais:

• Ponteiros – São variáveis ​​que registram informações sobre a localização de outra variável. Em outras palavras, eles apontam a posição de outra variável.
• Listas vinculadas – São uma sequência de blocos em que cada bloco possui um dado único e está vinculado ao bloco que o segue por meio de um ponteiro.

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Seguindo essa lógica, o primeiro bloco, também conhecido como Genesis Block, na cadeia não contém um ponteiro (é o bloco inicial). Da mesma forma, o bloco final da cadeia terá um ponteiro nulo (sem valor).

Características da Arquitetura Blockchain

A arquitetura Blockchain tem algumas características únicas, incluindo:

• Criptografia – Cada transação registrada em um Blockchain é protegida por meio de cálculos criptográficos complexos validados por todas as partes envolvidas.
• Descentralização – Cada membro da rede Blockchain tem acesso ao banco de dados completo.
• Proveniência – A origem de cada transação contida no ledger Blockchain pode ser rastreada e monitorada.
• Imutabilidade – Uma vez que uma transação é registrada em um Blockchain, ela não pode ser excluída. Somente com o consentimento de todas as partes o registro pode ser alterado.
• Anonimato – Cada usuário da rede tem um endereço gerado pelo próprio sistema – não tem identidade. Dessa forma, os usuários podem manter seu anonimato (particularmente necessário em uma estrutura pública de blockchain).
• Transparência – Como cada membro do Blockchain pode acessar o sistema e monitorar as operações, há total transparência no processo. Alterar um bloco significaria que toda a cadeia precisaria ser alterada, e isso é altamente improvável de acontecer (requer um enorme poder de computação para substituir a rede blockchain).

Tipos de Arquitetura Blockchain

Existem basicamente três tipos de arquitetura Blockchain:

• Arquitetura Blockchain Pública

Em uma arquitetura blockchain pública, o acesso aos dados e ao sistema está disponível para qualquer indivíduo que esteja disposto a participar da rede Blockchain. Bitcoin, Ethereum e Litecoin são alguns exemplos excelentes de sistemas públicos de blockchain.

• Arquitetura Blockchain Privada

Ao contrário da arquitetura blockchain pública, uma arquitetura blockchain privada só pode ser controlada por um grupo de usuários autorizados pertencentes a uma organização específica ou aqueles que tenham um convite para participar da rede.

• Arquitetura Blockchain do Consórcio

A arquitetura blockchain do consórcio é composta por um grupo de organizações e os procedimentos para o sistema são definidos e controlados pelo seleto grupo de usuários atribuídos.

Um Blockchain público é o Blockchain descentralizado puro, pois é aberto e pode ser acessado por qualquer pessoa disposta a participar de um acordo ou do sistema. Todos os registros são visíveis para todos os usuários participantes da rede. Pelo contrário, um Blockchain privado retrata o comportamento de um sistema mais centralizado, pois é administrado e controlado por um grupo seleto de usuários que desfrutam de maior privacidade.

Componentes principais da arquitetura Blockchain

Seis componentes principais compõem a Arquitetura Blockchain. Eles estão:

• Nó – Refere-se a um usuário/computador na arquitetura blockchain. Cada nó contém uma cópia independente de todo o livro-razão do blockchain.
• Transação – Refere-se ao menor bloco de construção de um sistema blockchain, ou seja, os registros e informações armazenados no bloco.
• Bloco – É uma estrutura de dados que armazena/registra um conjunto de transações que são então compartilhadas (distribuídas) entre todos os nós da rede.
• Cadeia – É um termo para uma sequência de blocos dispostos em uma ordem específica.
• Mineradores – Este é um termo usado para os nós específicos que verificam os blocos antes de adicioná-los à estrutura do blockchain.
• Algoritmo de consenso – É uma coleção de regras e procedimentos que devem ser rigorosamente seguidos para realizar operações de blockchain.

O diagrama da arquitetura blockchain abaixo explica melhor como o sistema funciona como uma carteira digital distribuída:

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Anteriormente, discutimos os componentes dos Metadados do Bloco. Agora, vamos dar uma olhada nos elementos de um bloco em um Blockchain. Cada bloco é composto por:

• Dados – Os dados de um bloco dependem em grande parte do tipo de arquitetura blockchain em que ele se enquadra. Por exemplo, para Bitcoin ou Litecoin, os dados contidos nos blocos conterão informações do remetente, do destinatário e do número de moedas.
• O hash do bloco – Um hash é uma chave única, quase como uma impressão digital. É uma combinação complexa de dígitos e letras. Cada hash de bloco é criado usando um algoritmo de hash criptográfico específico – SHA256. Imediatamente um bloco é criado, uma chave de hash é gerada. Quaisquer alterações feitas no bloco também alterarão automaticamente seu hash. Em outras palavras, o hash do bloco ajuda a detectar quaisquer modificações feitas em um bloco.
• O hash do bloco anterior – Além de conter sua chave de hash exclusiva, um bloco também deve conter o hash do bloco imediatamente anterior a ele. É esse recurso que ajuda a criar uma cadeia conectada na arquitetura blockchain e é o principal elemento por trás de sua segurança.

Como todos os blocos validados em um Blockchain são derivados do Genesis Block, qualquer tentativa de corromper ou violar um único bloco criará uma reação em cadeia, promovendo a mudança de todos os blocos. Se isso acontecer, todos os blocos levarão as informações incorretas adiante, tornando todo o Blockchain inválido. No entanto, alterações podem ser feitas na arquitetura Blockchain por meio do Algoritmo de Consenso.

O que é um algoritmo de consenso?

O Algoritmo de Consenso refere-se ao mecanismo ou protocolo que garante que a cópia local do ledger Blockchain possuída por membros individuais seja consistente entre si e seja atualizada para a versão mais recente. Isso ajuda a garantir uniformidade e sincronicidade na arquitetura blockchain. Aqui estão os três algoritmos de consenso mais usados:

Prova de Trabalho (POW)

O POW exige que você resolva um quebra-cabeça computacional complexo para criar e adicionar novos blocos na rede Blockchain. Portanto, você deve adivinhar a string específica que produz um hash de 256 bits, conforme propagado pelo algoritmo de hash SHA256. Como é preciso fazer milhões de suposições para verificar o hash, ele recebe o nome de “prova de trabalho”.

Prova de participação (POS)

O protocolo POS considera todos os nós do sistema como validadores que podem validar as transações para ganhar taxas de transação. O POS seleciona aleatoriamente esses nós para validar os blocos – a probabilidade por trás da seleção aleatória de um nó depende da quantidade de participação que o nó possui.

Tolerância a Falhas Bizantinas Simplificadas (SBFT)

Nesta abordagem, há um único nó (validador) que agrupa as transações propostas para criar um novo bloco no Blockchain. O validador é denominado como a Parte. Aqui, quando o número mínimo de outros nós na rede retifica o bloco recém-criado, um consenso é alcançado.

Como criar uma Arquitetura Blockchain?

Para construir uma Arquitetura Blockchain, primeiro, você deve cuidar de duas coisas:

• Rede Blockchain – Pertence à infraestrutura do aplicativo Blockchain colocada em um ambiente específico em uma ou algumas organizações.
• Código Blockchain – Refere-se às tarefas e objetivos que o aplicativo Blockchain visa realizar.

Hoje, desenvolver uma Arquitetura Blockchain é mais fácil, graças à ampla disponibilidade de soluções de código aberto. O Hyperledger da Linux Foundation é a plataforma mais popular usada para construir a arquitetura blockchain privada. Além do Hyperledger, o Ethereum e o Corda também são excelentes ferramentas para o desenvolvimento da Arquitetura Blockchain.

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Como criar uma rede Blockchain?

Uma rede Blockchain é formada quando uma ou um grupo de organizações decide investir em uma solução Blockchain. Essa rede pode ser considerada como organizações individuais com seus funcionários ou como um todo do ponto de vista da infraestrutura técnica de todas as organizações combinadas.

Normalmente, várias partes estão envolvidas em uma rede Blockchain. O objetivo das aplicações/soluções Blockchain é organizar essas partes formando um sistema transparente peer-to-peer onde cada membro pode rastrear e monitorar todas as atividades em tempo real. Esse recurso ajuda a eliminar todos os riscos associados à transação ou negócio.

Em uma rede Blockchain, cada organização participante possui uma cópia individual do livro-razão que é sincronizada com protocolos exclusivos e camadas técnicas da rede Blockchain (peers). O Serviço de Pedidos pode ser compartilhado entre todas as partes que controlam as transações e seus pedidos na rede Blockchain. Novamente, o recurso Membership Services Provider (MSP) permite o acesso a determinados usuários dentro da rede para manter a privacidade e a segurança da rede. Finalmente, todas as transações contidas na rede são registradas em uma contabilidade.

Como criar o código Blockchain?

Uma vez que a rede Blockchain esteja instalada, as partes envolvidas devem chegar a um consenso sobre o tipo de transação comercial que deve ocorrer dentro da Arquitetura Blockchain. Esse consenso é alcançado na forma de um acordo legal, conhecido como Smart Contracts. Este é o Código Blockchain, também conhecido como Chaincode. Assim como qualquer documento legal, os Smart Contracts contêm as informações dos participantes, os ativos e as transações que devem ocorrer. Cada transação requer uma Função de Processador Transacional que descreve os processos que ocorrerão quando a transação for executada.

Os benefícios da arquitetura Blockchain

Ao configurar uma Arquitetura Blockchain, as organizações podem colher os seguintes benefícios:

• Redução de custos

As empresas geralmente gastam quantias substanciais de dinheiro na manutenção de bancos de dados centralizados que são suscetíveis a ataques cibernéticos. Com uma estrutura Blockchain em vigor, uma coisa é certa, as organizações não precisam se preocupar com segurança e violações do sistema. Portanto, eles não precisam gastar dinheiro adicional para fortalecer a segurança do sistema.

• Maior transparência

Em uma estrutura Blockchain, os membros podem verificar o histórico de qualquer transação a qualquer momento. Assim, ao contrário de um banco de dados centralizado, este é um arquivo em constante crescimento, onde os membros desfrutam de total transparência.

• Segurança de dados

Depois de inserir informações (dados) na estrutura Blockchain, é quase impossível adulterá-la ou corrompê-la. Qualquer alteração feita no Blockchain deve ser validada por todos os membros da rede, tornando o processo demorado e demorado. Naturalmente, o quociente de segurança de dados é muito alto na Arquitetura Blockchain.

Então, isso é Arquitetura Blockchain em poucas palavras!

Esperamos que isso ajude você a entender um pouco melhor essa tecnologia emergente.

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