A prova de trabalho da Bitcoin pode ser mais eficiente, afirma a IBM Research

Prova de trabalho (PoW), o mecanismo de consenso que protege o bitcoin e várias outras blockchains de criptomoedas, deu à tecnologia uma reputação de consumir energia.

De fato, um argumento comumente avançado é que um exército de computadores especializados, todos correndo para resolver algum problema matemático arbitrário, pode acabar usando tanta eletricidade quanto um pequeno país.

No entanto, cientistas da IBM Research, braço de pesquisa e desenvolvimento da gigante de tecnologia, afirmam ter encontrado uma maneira de reformular e combinar as arquiteturas blockchain, incluindo PoW, chegando ao que chamam em um papel de “eficiência energética”, escalabilidade e segurança.

Anunciado na quarta-feira , a descoberta deles vem da aplicação do PoW a um caso de uso muito diferente, a Internet das coisas (IoT), e executaria nós blockchain dentro dos dispositivos conectados. 

O problema que eles enfrentam é que, diferentemente do hardware de mineração PoW especializado para criptomoedas como ASICs e GPUs, os dispositivos de IoT variam muito em termos de energia computacional e recursos de energia. Afinal, a IoT é uma categoria ampla que inclui tudo, desde sensores de temperatura de bolso até automóveis conectados à Internet.

Como tal, todos ou alguns dos dispositivos em uma rede IoT podem não ser capazes de resolver quebra-cabeças de PoW muito complexos. Daí o ímpeto de tornar o PoW energeticamente eficiente, de acordo com o artigo dos pesquisadores da IBM: 

“A eficiência em IoT pode ser definida como uma utilização ótima de recursos de hardware e energia. Portanto, para conseguir isso, os dispositivos de IoT no blockchain devem otimizar recursos e energia para manter e progredir no blockchain.”

Sua solução proposta tira proveito do fato de que nem todos os nós de uma rede precisam se dedicar à mineração. (Muitos usuários de bitcoin dedicados, por exemplo, simplesmente executam nós completos para verificar o trabalho dos mineiros e mantê-los honestos.)

Trabalhando em um ambiente testnet ou blockchain simulado, os pesquisadores da IBM dividiram os nós em pequenos grupos de 250 a 1.000 e depois permitiram que um algoritmo decidisse que proporção de cada grupo deveria realizar o trabalho de mineração, dependendo da quantidade de energia. usado por cada nó e a segurança necessária. Isso, dizem eles, obtém ótimos resultados em termos de conservação de energia, preservando a segurança.

“No momento, olhamos para blockchains como sistemas peer-to-peer totalmente planos, nos quais todos os nós têm que fazer as mesmas coisas, competir uns contra os outros para obter essa recompensa de mineração, por exemplo”  Dr. Emanuele Ragnoli, técnico O líder da IBM Research – Ireland, disse à CoinDesk.  “Mas você não precisa que todos façam o mesmo tipo de trabalho.”

Ragnoli disse que queria criar um “ecossistema em camadas” no qual pares diferentes podem fazer coisas diferentes, graças a algoritmos inteligentes que agrupam nós de acordo com sua capacidade e atribuem funções específicas a eles.

“Alguns dos nós fazem o PoW completo, como você tem no bitcoin”, disse Ragnoli. “Eles fazem isso por causa da análise por trás do blockchain, que pode realmente ver se um dispositivo pode fazer esse tipo de tarefa e colocar o dispositivo de acordo com um cluster de outros dispositivos que receberão certo tipo de consenso.”

As “sub-blockchains” mantidas por esses grupos de nós são então conectadas usando tecnologias de interoperabilidade, como Cosmos e Polkadot. Em um aceno a essa colcha de retalhos, a equipe da IBM Research apelidou seu projeto de laboratório “Hybrid IoT Blockchain”.

Economia da máquina

Recuando, o trabalho da IBM Research é parte de um esforço mais amplo para criar uma futura economia máquina-a-máquina, na qual os dispositivos teriam suas próprias carteiras blockchain e troquem entre si (imagine um carro autônomo pagando outro pela direita de maneira).

Mas Ragnoli é realista sobre a escala do desafio IoT para blockchains , dizendo que este mundo ainda é um “enorme conjunto de saltos” de distância.

Tentando assumir um pedaço do tamanho de uma mordida, sua equipe investigou como um ecossistema máquina-máquina poderia funcionar em um ambiente industrial, conectando atividades de fabricação de ponta entre uma série de fábricas na Holanda. (A IBM não identificaria as empresas envolvidas, mas disse que há um consórcio no horizonte.)

“Hoje em dia, na indústria 4.0, ou manufatura, você tem muitas fábricas diferentes que colaboram umas com as outras para criar um único produto”, disse Ragnoli. “Então você tem sensores, máquinas, até mesmo algoritmos e análises operando nas diferentes fábricas, e dentro da mesma fábrica, que a necessidade de interoperar entre si.”

Ao vincular esses dispositivos de fábrica ao modelo híbrido, a IBM descobriu que a organização de nós em clusters de cerca de 250, com 7% dos sub-blockchains fazendo PoW, alcançou o melhor em termos de escala, sem sacrificar a segurança duramente obtida associada Prisioneiro de guerra.

“Estamos adotando algoritmos de consenso comuns como o PoW, a visão do Cosmos, etc., e estamos alterando maneiras de colocá-los juntos. A maneira como estamos projetando isso é como pequenos blocos de Lego, impulsionados pela camada AI”, disse Ragnoli.

AI e blockchain

O projeto IBM Research é notável porque sugere que os requisitos determinísticos de blockchains podem ser combinados com a caixa preta de AI, permitindo que algoritmos de aprendizado de máquina alterem a forma de blockchains para se adaptar às limitações de energia ou latência, sem comprometer a segurança.

Como tal, isto parece abrir as portas para um novo espaço de design.

“Por que não aumentar o blockchain com analítica e algoritmos de inteligência artificial que podem realmente moldar o blockchain de uma maneira que ajude a superar algumas das limitações que estão por aí agora?” disse Ragnoli.

No caso da IoT, a maneira como isso funciona é que a AI recebe como entrada os dispositivos da IoT que estão no sistema e os recursos disponíveis desses dispositivos. Ele também avalia os requisitos gerais de segurança do sistema e decide quais e quantos dispositivos estão sendo explorados, a dificuldade PoW, a taxa de geração de blocos, o tamanho do bloco e tenta equilibrar a segurança e a escalabilidade necessárias.

Portanto, os dispositivos de IoT ainda podem executar suas tarefas específicas do aplicativo, como processamento de dados e, simultaneamente, continuar com os blocos de minas.

Então, como esse trabalho poderia impactar o mundo das criptomoedas? Apenas dizer que o PoW só precisa ser melhor organizado é como dizer que o livre mercado poderia ser mais eficiente.

Ragnoli disse que poderia haver uma possibilidade de alterar a forma como os sistemas de negociação funcionam de forma dinâmica com diferentes moedas, acrescentando:

“Eu não fui tão fundo como realmente alterando o consenso criptográfico dentro – embora isso seja realmente uma direção muito interessante para explorar.”

Imagem da IBM por meio de arquivos de consenso 

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