Noda (node) — o que é isso na blockchain?

O mundo das criptomoedas e das tecnologias blockchain está se desenvolvendo rapidamente, atraindo cada vez mais participantes. No entanto, por trás das interfaces bonitas das exchanges de criptomoedas e das carteiras, existe uma infraestrutura complexa que garante o funcionamento de todo o sistema. No centro dessa infraestrutura estão os nós – elementos fundamentais de qualquer rede blockchain. O que é um nó, quais funções ele desempenha e por que são tão importantes para o funcionamento das criptomoedas? Neste artigo, vamos detalhar todos os aspectos do funcionamento dos nós e seu papel nas redes blockchain modernas.

O que é um nó (node) em blockchain?

Definição básica

Um nó (node) em blockchain é um computador ou dispositivo conectado à rede blockchain, que armazena uma cópia de todo o blockchain ou de suas partes e participa do processo de verificação e disseminação de transações. Cada nó é um ponto de conexão em uma rede descentralizada, processando e transmitindo informações sobre transações e blocos para outros nós.

Na verdade, um nó é um servidor que executa um software especial, permitindo a interação com uma determinada rede blockchain. Por exemplo, para se tornar um nó na rede Bitcoin, é necessário instalar o programa Bitcoin Core, e para Ethereum – Geth ou Parity.

A palavra “node” traduzida do inglês significa “nó”, o que reflete muito bem a função desses dispositivos – eles são nós de conexão na rede global do blockchain, garantindo sua integridade, segurança e descentralização.

Como um nó participa do processo de confirmação de transações

O processo de confirmação de transações é uma das funções chave dos nós na blockchain. Quando um usuário inicia uma transação (por exemplo, envia criptomoeda para outro usuário), essa informação se espalha pela rede e vai para o pool de transações não confirmadas.

Os nós executam as seguintes ações ao confirmar transações:

1. Verificação de validade: os nós verificam se a transação está de acordo com as regras da rede. Por exemplo, eles garantem que o remetente realmente possui quantidade suficiente de criptomoeda para enviar e que a assinatura digital é válida.
   
2. Disseminação de informações: se a transação for considerada válida, o nó a transmite para outros nós na rede.
   
3. Inclusão em um bloco: nós de mineração reúnem transações verificadas em blocos e tentam encontrar a solução de uma tarefa criptográfica (nas redes que utilizam Proof of Work).
   
4. Verificação de novos blocos: quando um novo bloco é criado, todos os nós o verificam e, se for válido, o adicionam à sua cópia da blockchain. Em seguida, eles transmitem informações sobre o novo bloco para outros nós.
   
5. Armazenamento de histórico: os nós armazenam o histórico de todas as transações confirmadas, garantindo a transparência e a imutabilidade da blockchain.
   

Graças a esse processo, a rede blockchain pode funcionar sem uma autoridade central de controle, e os usuários podem ter certeza da segurança e correção de suas transações.

Tipos de nós: completo, leve, de mineração

Existem diferentes tipos de nós nas redes blockchain, cada um desempenhando funções específicas:

1. Nó completo (Full node) – armazena uma cópia completa da blockchain e verifica todas as transações e blocos quanto à conformidade com as regras da rede. Nós completos são a base da descentralização, pois verificam independentemente todos os dados, sem confiar em outros participantes.
   
2. Nó leve (Light node) – armazena apenas os cabeçalhos dos blocos, e não o histórico completo das transações. Para verificar as transações, os nós leves dependem dos nós completos. Eles requerem menos recursos e podem funcionar em dispositivos com capacidades limitadas, como smartphones.
   
3. Nó de mineração (Mining node) – um tipo especial de nó completo, que, além de verificar transações, também participa da criação de novos blocos. Nós de mineração competem entre si para resolver problemas matemáticos complexos, a fim de obter o direito de adicionar um novo bloco à cadeia e receber recompensas.

Além desses tipos principais, existem também:

• Nós de Arquivo – armazenam não apenas o estado atual da blockchain, mas também todo o histórico de alterações, o que os torna especialmente valiosos para análise e pesquisa.
  
• Masternodes – nós especiais em algumas redes blockchain, que executam funções adicionais, como garantir transações privadas, votar em questões de governança da rede, etc. Para operar um masternode, normalmente é necessário depositar uma garantia em tokens da rede correspondente.
  
• Nós de Staking – participam do processo de confirmação de transações em redes que utilizam Proof of Stake, bloqueando (stakando) uma certa quantidade de criptomoeda.
  

A escolha do tipo de nó depende dos objetivos do participante da rede, suas capacidades técnicas e disposição para investir recursos na manutenção da blockchain.

Como funciona um nó na rede blockchain?

Como os nós estão conectados entre si

A rede blockchain é uma rede peer-to-peer (ponto a ponto), onde os nós interagem diretamente entre si, sem a necessidade de um servidor central. Essa interação garante a integridade e a segurança de todo o sistema.

O mecanismo de interação dos nós inclui:

1. Descoberta de nós: quando um novo nó se junta à rede, ele deve encontrar nós existentes para se conectar. Isso pode ocorrer através de “seed nodes” pré-programadas, através de servidores DNS ou através de outros mecanismos de descoberta.
   
2. Estabelecimento de conexões: cada nó suporta várias conexões com outros nós, formando uma rede complexa de conexões. Por exemplo, um nó na rede Bitcoin geralmente mantém de 8 a 125 conexões ativas.
   
3. Protocolos de troca de dados: os nós usam protocolos especiais para trocar informações. Esses protocolos definem quais dados e em que formato são transmitidos entre os nós.
   
4. Sincronização: novos nós ao se conectarem à rede devem sincronizar com o estado atual da blockchain, carregando todos os blocos desde a criação da rede (para nós completos) ou apenas as informações necessárias (para nós leves).
   
5. Disseminação de informações: quando um nó recebe uma nova transação ou bloco, ele os verifica e, se forem válidos, transmite as informações a todos os nós conectados, garantindo uma rápida disseminação de dados por toda a rede.
   

Essa arquitetura proporciona alta resiliência da rede contra falhas e ataques. Mesmo que alguns nós falhem ou sejam comprometidos, a rede continuará a funcionar através das conexões restantes.

Princípio de funcionamento dos nós no processo de validação e transmissão de dados

A principal tarefa dos nós é manter o consenso sobre o estado da blockchain. Para isso, eles realizam uma série de processos complexos:

1. Recebendo e verificando transações:
   
   • Quando um usuário envia uma transação, ela entra no mempool (pool de memória) de vários nós.
   • Cada nó verifica a conformidade da transação com as regras do protocolo: a validade da assinatura digital, a suficiência de fundos, a conformidade com o formato, etc.
   • Transações válidas são mantidas no mempool do nó e transmitidas a outros nós na rede.
     
2. Formação de blocos (para nós de mineração):
   
   • Nós de mineração selecionam transações do mempool, dando preferência àquelas que oferecem uma taxa mais alta.
   • Eles criam um candidato para um novo bloco, incluindo o hash do bloco anterior, um timestamp, o hash raiz da árvore Merkle para as transações incluídas e outros dados necessários.
   • Em seguida, eles tentam encontrar um valor de nonce (número único) tal que o hash do bloco atenda a certas condições de dificuldade (em redes Proof of Work).
     
3. Verificação e aceitação de novos blocos:
   
   • Quando um nó recebe informações sobre um novo bloco, ele realiza uma série de verificações: conformidade da estrutura do bloco com o protocolo, validade de todas as transações incluídas, correção do hash do bloco, etc.
   • Se o bloco passar por todas as verificações, o nó o adiciona à sua versão da blockchain e transmite informações sobre o novo bloco para outros nós.
   • Se o nó detectar uma versão alternativa da blockchain (fork), ele seguirá a regra de escolher a cadeia mais longa ou a cadeia com a maior complexidade acumulada (dependendo do protocolo).
     
4. Processamento forks:
   
   • Às vezes, na rede podem ocorrer situações em que diferentes mineradores encontram blocos válidos simultaneamente, resultando em uma discrepância temporária na blockchain (fork).
   • Os nós continuam a trabalhar com ambos os ramos até que um deles se torne mais longo. Então, eles reconhecem a cadeia mais longa como válida e descartam a versão alternativa.
     
5. Atualização do estado:
   
   • Após a aceitação de um novo bloco, o nó atualiza sua representação do estado atual da blockchain: saldos de endereços, estado de contratos inteligentes (em redes que os suportam), etc.

Este complexo processo garante a integridade e a consistência dos dados em toda a rede, apesar da ausência de uma autoridade central.

Tipos de nós

Nó completo

Um nó completo (Full node) é a base de qualquer rede blockchain. Ele carrega e armazena uma cópia completa da blockchain, começando do primeiro bloco (bloco gênesis), e verifica de forma independente cada transação para conformidade com as regras da rede.

Características de um nó completo:

1. Total independência – nós completos não dependem da confiança em outros participantes da rede, eles verificam independentemente todos os dados.
   
2. Requisitos sistêmicos significativos – para armazenar e processar o blockchain completo, é necessário equipamento bastante poderoso. Por exemplo, para um nó completo do Bitcoin, é necessário cerca de 500 GB de espaço livre no disco rígido (a partir de 2024), e para o Ethereum – ainda mais.
   
3. Tempo prolongado de sincronização inicial – na primeira execução do nó completo, pode ser necessário vários dias para baixar e verificar toda a história do blockchain.
   
4. Alto valor para a rede – quanto mais nós completos houver na rede, mais descentralizada e resistente a ataques ela se torna.
   

Funções do nó completo:

• Armazenamento do histórico completo de todas as transações desde a criação da rede
• Verificação independente de todas as transações e blocos
• Distribuição de informações sobre novas transações e blocos
• Atendimento a solicitações de clientes leves (em algumas redes)
• Participação em votações sobre atualizações de protocolo (em algumas blockchains)

Exemplos de software para nós completos:

• Bitcoin Core para a rede Bitcoin
• Geth ou Parity para Ethereum
• Solana Validator para Solana
• Cardano Node para Cardano

Executar um nó completo dá ao usuário a máxima segurança e privacidade, pois todas as transações são verificadas localmente, sem a necessidade de confiar em servidores externos. Além disso, os participantes da rede que executam nós completos fazem uma contribuição importante para a saúde e descentralização do blockchain.

Nó leve (Light node)

Um nó leve (Light node), também conhecido como cliente leve, é uma versão simplificada de um nó que não armazena uma cópia completa do blockchain. Em vez disso, ele baixa apenas os cabeçalhos dos blocos e as informações mínimas necessárias para verificar transações específicas.

Características do nó leve:

1. Baixos requisitos de sistema – nós leves podem operar em dispositivos com recursos limitados, como smartphones ou tablets.
   
2. Sincronização rápida – para começar a trabalhar, é necessário baixar apenas os cabeçalhos dos blocos, o que é muito mais rápido do que a sincronização de um nó completo.
   
3. Modelo de confiança – nós leves dependem de nós completos para obter informações sobre o estado da blockchain e verificar transações.
   
4. Menor contribuição para a segurança da rede – nós leves não participam da verificação completa de todas as transações, portanto, sua contribuição para a segurança da rede é menor do que a das nós completas.
   

Funções de uma nó leve:

• Carregamento e verificação de cabeçalhos de blocos
• Uso da verificação de pagamento simplificada (SPV, Verificação de Pagamento Simplificada) para verificar transações específicas
• Criação e envio de transações próprias para a rede
• Monitoramento de endereços ou contratos inteligentes específicos de interesse para o usuário

Tecnologia de operação:

Nós leves utilizam o método de verificação de pagamento simplificada (SPV) proposto por Satoshi Nakamoto no artigo original sobre Bitcoin. Esse método permite verificar se uma transação está incluída em um bloco sem baixar o bloco inteiro:

1. A nó solicita a prova de inclusão da transação de interesse na blockchain a partir de nós completos (isso geralmente é feito usando a árvore Merkle).
2. A nó completa fornece um caminho Merkle que prova que a transação está de fato incluída em um bloco específico.
3. A nó leve verifica essa prova e se certifica da existência da transação sem baixar todos os dados do bloco.

Exemplos de clientes leves:

• Electrum para Bitcoin
• Metamask para Ethereum
• Trust Wallet para várias blockchains
• Atomic Wallet para operações multi-moeda

Nós leves oferecem um bom compromisso entre segurança e conveniência. Eles permitem que usuários comuns interajam com a blockchain sem a necessidade de alocar recursos significativos para manter uma nó completa.

Nó de mineração (Mining node)

Uma nó de mineração (Mining node) é um tipo especializado de nó completo que não apenas verifica e distribui transações, mas também participa ativamente da criação de novos blocos. Essas nós desempenham um papel crítico em redes que utilizam o algoritmo de consenso Proof of Work (PoW), como Bitcoin, Litecoin e algumas outras.

Características de uma nó de mineração:

1. Altas exigências de poder computacional – para uma mineração eficaz, é necessário equipamento especializado, como mineradores ASIC para Bitcoin ou potentes placas gráficas (GPU) para algumas outras criptomoedas.
   
2. Consumo significativo de energia elétrica – o processo de mineração requer uma grande quantidade de energia, o que é uma das principais despesas operacionais.
   
3. Modelo competitivo – os mineradores competem entre si pelo direito de criar um novo bloco e receber recompensas.
   
4. Motivação financeira – os mineradores recebem recompensas na forma de novas moedas e taxas por transações incluídas no bloco.
   

Processo de trabalho de um nó de mineração:

1. Coleta de transações – o nó de mineração coleta transações não confirmadas do mempool, priorizando aquelas que oferecem taxas mais altas.
   
2. Criação de um candidato a bloco – o nó forma o cabeçalho do bloco, incluindo o hash do bloco anterior, o carimbo de data/hora, o hash raiz de Merkle para as transações selecionadas e outros dados necessários.
   
3. Busca por solução – o minerador altera repetidamente o nonce (número único) no cabeçalho do bloco e calcula o hash, tentando encontrar um valor em que o hash atenda aos critérios de dificuldade da rede (normalmente isso significa que o hash deve ser menor que um determinado valor alvo).
   
4. Anúncio da solução – quando a solução é encontrada, o minerador imediatamente anuncia o novo bloco na rede para que outros nós possam verificá-lo e adicioná-lo às suas cópias da blockchain.
   
5. Recebendo recompensas – o minerador que encontrar uma solução válida recebe uma recompensa na forma de novas moedas (por exemplo, no Bitcoin essa é a recompensa por bloco) e taxas por todas as transações incluídas no bloco.
   

Pools de mineração:

Devido à crescente dificuldade de mineração em redes populares, mineradores individuais frequentemente se juntam em pools de mineração – grupos de participantes que combinam seus recursos computacionais e dividem a recompensa obtida proporcionalmente ao trabalho computacional contribuído. Isso permite um rendimento mais estável, embora menor do que ao descobrir um bloco por conta própria.

Considerações ambientais:

Nos últimos anos, tem-se dado atenção significativa ao impacto ambiental da mineração, especialmente em redes com alta complexidade computacional, como o Bitcoin. Isso levou à busca por alternativas mais energeticamente eficientes, como a Prova de Participação (PoS), onde os criadores de novos blocos são escolhidos com base na quantidade de moedas bloqueadas (staked), e não na potência computacional.

Exemplos de software de mineração:

• CGMiner e BFGMiner para Bitcoin
• T-Rex e NBMiner para vários algoritmos de mineração de GPU
• XMRig para Monero

Os nós de mineração são um elemento crucial dos sistemas de Prova de Trabalho, garantindo a segurança da rede e a confirmação de transações.

Como os nós suportam a segurança e a descentralização da rede?

O papel dos nós na descentralização do blockchain

Os nós desempenham um papel fundamental na garantia da descentralização das redes blockchain – um dos princípios chave que distingue essa tecnologia de sistemas centralizados tradicionais.

Principais aspectos da influência dos nós na descentralização:

1. Armazenamento de dados distribuído:
   
   • Cada nó completo armazena uma cópia completa da blockchain, o que significa que os dados não estão concentrados em um único servidor ou grupo de servidores.
   • Mesmo que uma parte significativa dos nós falhe, os dados permanecerão acessíveis através dos nós restantes.
   • Isso torna a blockchain resistente à censura e a ataques físicos à infraestrutura.
     
2. Verificação independente:
   
   • Cada nó completo verifica autonomamente todas as transações e blocos, sem depender da confiança em outros participantes da rede.
   • Isso elimina a necessidade de intermediários confiáveis ou autoridades centrais.
   • Os usuários podem ter certeza da precisão dos dados, sem confiar especificamente em ninguém, mas apenas nas regras do protocolo.
     
3. Distribuição geográfica:
   
   • Os nós geralmente estão distribuídos por todo o mundo, em diferentes jurisdições e sistemas políticos.
   • Isso protege a rede contra ataques localizados, quedas de internet ou restrições legais em países específicos.
   • Quanto mais ampla a distribuição geográfica dos nós, maior a resistência da rede a problemas regionais.
     
4. Acesso aberto:
   
   • Na maioria das blockchains públicas, qualquer pessoa pode iniciar um nó sem a necessidade de obter permissão.
   • Isso reduz as barreiras para participação e impede a monopolização da rede por organizações específicas.
   • Um modelo de participação aberto contribui para o aumento do número de nós e para o fortalecimento da descentralização.
     
5. Gerenciamento de consenso:
   
   • Em algumas redes blockchain, os operadores de nós podem participar de votações sobre atualizações de protocolo ou mudanças nas regras.
   • Isso cria um modelo descentralizado de gerenciamento, onde as decisões são tomadas coletivamente.
   • Um exemplo pode ser o processo de ativação de soft forks no Bitcoin através da sinalização de prontidão pelos nós.

Desafios para a descentralização:

Apesar das vantagens, existem fatores que podem limitar a descentralização:

• Barreiras técnicas – iniciar um nó completo requer certos conhecimentos técnicos e recursos, o que pode limitar o grupo de participantes.
• Incentivos econômicos – em algumas redes, não há incentivos econômicos suficientes para iniciar nós não válidos, o que pode levar à sua quantidade insuficiente.
• Concentração de poder computacional – em redes PoW, a mineração pode se concentrar nas mãos de grandes pools ou empresas com acesso a eletricidade barata.
• Tamanho da blockchain – à medida que o tamanho da blockchain cresce, os requisitos de armazenamento de dados aumentam, o que pode levar à diminuição do número de nós completos.

Medidas para fortalecer a descentralização:

Projetos de blockchain estão adotando várias medidas para manter e fortalecer a descentralização:

• Desenvolvimento de otimizações que reduzem as exigências de recursos para operar um nó
• Criação de programas de recompensa pela operação de nós
• Desenvolvimento de algoritmos de mineração resistentes a ASIC para evitar a centralização do poder computacional
• Implementação de mecanismos que incentivem a distribuição geográfica de nós

Quanto mais participantes independentes opera nós, mais descentralizada e resiliente se torna a rede blockchain, em conformidade com os princípios fundamentais dessa tecnologia.

Princípios de consenso suportados pelos nós

O consenso é um mecanismo que permite que todos os nós em uma rede descentralizada cheguem a um acordo sobre o estado da blockchain. Os nós desempenham um papel crítico na manutenção de vários protocolos de consenso, garantindo o funcionamento confiável de todo o sistema.

Os principais mecanismos de consenso em redes blockchain:

1. Proof of Work (PoW) – Prova de trabalho:
   
   • Usado em Bitcoin, Litecoin, Dogecoin e outros
   • Papel dos nós: nós de mineração competem para resolver problemas matemáticos complexos que requerem recursos computacionais significativos. Nós completos verificam a correção da solução encontrada e a validade do bloco criado.
   • Segurança: baseada na suposição de que obter controle sobre a maior parte do poder computacional da rede não é economicamente viável.
   • Os nós concordam que a cadeia mais longa (com a maior dificuldade acumulada) é a versão válida da blockchain.
     
2. Proof of Stake (PoS) – Prova de participação:
   
   • Usado em Ethereum 2.0, Cardano, Solana e outros
   • Papel dos nós: validadores (um tipo especial de nós) bloqueiam (apostam) uma certa quantidade de criptomoeda como garantia e obtêm o direito de criar blocos proporcionalmente ao tamanho de sua participação.
   • Segurança: baseada em incentivos econômicos – validadores arriscam perder sua aposta se atuarem de forma desonesta.
   • Os nós escolhem como válida aquela cadeia que possui a maior participação total de stake dos validadores.
     
3. Prova de Participação Delegada (DPoS) – Prova de Participação Delegada:
   
   • Utilizado no EOS
     

Conclusão

Os nós desempenham um papel fundamental no funcionamento e na segurança de qualquer rede blockchain. Eles garantem a integridade dos dados, a confirmação de transações e a descentralização, tornando-se elementos indispensáveis do ecossistema cripto. Compreender os princípios de funcionamento dos nós e seus tipos é importante não apenas para desenvolvedores e validadores, mas também para investidores que desejam entender melhor a infraestrutura dos ativos digitais. Escolher o tipo certo de nó não só permite manter a rede, mas também receber recompensas por sua atividade.

Por que o papel dos nós é importante nas redes blockchain

Os nós (nodes) são computadores ou dispositivos que estão conectados à rede blockchain e desempenham funções importantes para a sua estabilidade e segurança. As principais tarefas dos nós incluem:

• Armazenar uma cópia completa ou parcial da blockchain. Isso garante que o histórico de todas as transações permaneça acessível e imutável.
  
• Confirmação de transações e blocos. Os nós validadores participam do consenso, verificando a correção das transações e dos novos blocos.
  
• Garantir a descentralização. Quanto mais nós ativos na rede, menor é o risco de centralização, o que torna a rede mais resistente a ataques e falhas.
  

Por exemplo, em redes como Bitcoin ou Ethereum, os nós ajudam a sincronizar dados entre os participantes e evitar gastos duplos. Graças aos nós, a blockchain permanece aberta, protegida e totalmente transparente.

Como escolher o tipo de nó adequado para participar da rede

A escolha do tipo de nó depende dos seus objetivos e recursos. Existem vários tipos principais de nós:

1. Nós completos (Full Node).
   Armazenam uma cópia completa da blockchain e participam da verificação de todas as transações e blocos. Esta é a opção mais confiável para aqueles que desejam contribuir ao máximo para a segurança da rede. No entanto, tais nós exigem significativas capacidades computacionais e grande volume de memória.
   
2. Nós leves (Light Node ou SPV Node).
   Armazenam apenas os cabeçalhos dos blocos e solicitam as informações necessárias conforme necessário. Esta opção é adequada para usuários com recursos limitados que desejam interagir com a rede sem sincronização completa.
   
3. Masternodes (Masternode).
   Fornecem funções adicionais para a rede (por exemplo, transações instantâneas, gerenciamento de DAO) e geralmente exigem um depósito em criptomoeda nativa da rede. Em troca, os masternodes recebem recompensas, o que os torna uma escolha interessante para investidores de longo prazo.
   
4. Nós de arquivo (Archive Node).
   Destinadas àqueles que precisam de acesso a todos os dados da rede, incluindo todos os estados históricos das contas. São úteis para analistas e desenvolvedores.
   

Ao escolher um nó, é importante considerar:

• O espaço de armazenamento e a velocidade da internet;
  
• Orçamento para manutenção e possíveis recompensas;
  
• Suas habilidades técnicas e disposição para administração.
  

Para iniciantes, um nó leve é a solução ideal. Participantes do mercado mais experientes, que buscam um envolvimento mais profundo e receita passiva, devem considerar a execução de um nó completo ou um masternode.