A tecnologia por trás do Drex: um guia do blockchain

Explore insights estratégicos e orientações práticas para defender a adoção de soluções Drex em sua instituição financeira. Saiba como aproveitar os benefícios exclusivos e as vantagens financeiras que eles oferecem, alinhando-se ao potencial transformador da tecnologia blockchain e ao modelo do Banco Central do Brasil para impulsionar mudanças impactantes no cenário financeiro.

Introdução

A transição para as finanças digitais, destacada pela adoção do Drex, requer uma compreensão clara da tecnologia blockchain. Saber como a blockchain funciona é crucial para gerenciar efetivamente as Moedas Digitais de Bancos Centrais (CBDCs) e perceber seu potencial para modernizar os serviços financeiros no Brasil e em outros lugares. Um bom entendimento da blockchain ajuda as partes interessadas a tomar decisões informadas, impulsionar a inovação e contribuir para a evolução contínua dos sistemas financeiros. Para o Brasil, a adoção do Drex e de sua tecnologia fundamental é um passo para melhorar o cenário das finanças digitais, promovendo um setor financeiro mais dinâmico e competitivo.

História do Blockchain

As origens da tecnologia Blockchain são contestadas. Os sistemas criptográficos (semelhantes à forma como o blockchain funciona) podem ser rastreados até 1991, quando os pesquisadores W. Scott Stornetta e Stuart Haber começaram a explorar cadeias de blocos criptograficamente seguras. Sua inovação teve como objetivo criar um sistema em que os registros de data e hora dos documentos não pudessem ser alterados, garantindo a integridade e a veracidade dos registros digitais. Esse trabalho fundamental apresentou ao mundo o conceito de uma cadeia de dados contínua e segura, marcando o início da tecnologia blockchain.

Anos depois, em 2004, Hal Finney introduziu o sistema Reutilizável de Prova de Trabalho (RPoW). O mecanismo de Finney abordou gastos duplos em transações de moeda digital mantendo a propriedade do token em um servidor confiável. Esse desenvolvimento enfatizou o potencial da tecnologia semelhante à blockchain além do armazenamento seguro de documentos, sugerindo sua aplicabilidade na criação de um sistema financeiro descentralizado.

Quatro anos depois, em 2008, durante a crise financeira nos Estados Unidos, um momento importante na história do blockchain veio com Satoshi Nakamoto. Nakamoto propôs um sistema de blockchain distribuído que permitia a adição de novos blocos sem a necessidade de validação por partes confiáveis. Esse design garantiu um método descentralizado e seguro de registrar transações de dados, mudando fundamentalmente a natureza da confiança digital.

No ano seguinte, Nakamoto lançou um whitepaper detalhando esse sistema descentralizado, que lançou as bases para o desenvolvimento de moedas digitais. O artigo destacou como a descentralização do blockchain significou que o controle sobre o sistema foi distribuído entre seus usuários, aumentando o potencial da tecnologia de facilitar a confiança nas interações digitais.

Esses marcos na tecnologia blockchain influenciaram diretamente o desenvolvimento de todos os tipos de soluções de blockchain em todos os setores. Isso influenciou diretamente o desenvolvimento das moedas digitais do Banco Central (CBDCs), como a Drex do Brasil. Ao alavancar a natureza segura, transparente e eficiente do blockchain, a Drex visa modernizar a infraestrutura financeira do Brasil, oferecendo uma moeda digital que incorpora a confiança, estabilidade e acessibilidade necessárias para a economia digital atual. Essa jornada dos estágios conceituais do blockchain à aplicação prática em CBDCs como o Drex mostra a evolução das finanças digitais e o papel significativo que o blockchain desempenha na formação do futuro dos sistemas monetários em todo o mundo.

Os quatro tipos de blockchain

Após o desenvolvimento e a aplicação da tecnologia blockchain na criação de CBDCs como o Drex, é essencial entender os vários tipos de blockchains existentes. É importante saber que cada tipo serve a propósitos diferentes e tem características distintas. Em termos gerais, aqui estão os quatro tipos principais:

1. Blockchains públicos: Essas são redes abertas e descentralizadas, nas quais qualquer pessoa pode participar sem precisar de permissão. Eles permitem que os usuários solicitem ou validem transações, com os validadores geralmente recebendo recompensas por suas contribuições.
   
2. • Os blockchains públicos usam mecanismos de consenso, como proof-of-work (PoW) ou proof-of-stake (PoS), para proteger a rede e validar as transações. Os exemplos incluem os blockchains Bitcoin e Ethereum.
3. Blockchains privados: Ao contrário dos blockchains públicos, os blockchains privados são permitidos e centralizados até certo ponto. O acesso a essas redes é restrito, exigindo permissão do administrador da rede. Eles geralmente são governados por uma única entidade e são usados para ambientes mais controlados, onde privacidade e velocidade são prioridades. Mais comum no setor corporativo devido a questões de privacidade.
   
4. • Um exemplo de blockchain privado é o Hyperledger.
5. Blockchains ou consórcios híbridos: Esses blockchains combinam elementos de blockchains públicos e privados. Eles oferecem uma estrutura descentralizada e, ao mesmo tempo, fornecem acesso e permissões controlados. Essa configuração permite recursos centralizados e descentralizados, tornando os blockchains híbridos adequados para empresas que exigem privacidade para suas transações, mas também desejam manter algum nível de transparência.
   
6. • Os exemplos incluem a Energy Web Foundation
7. Cadeias laterais: As cadeias laterais são blockchains distintas que são anexadas a uma blockchain principal usando um pino bidirecional, permitindo que os ativos sejam intercambiáveis entre a cadeia principal e a cadeia lateral. Essa configuração aumenta a escalabilidade e a eficiência ao transferir as transações da rede principal para a cadeia lateral. As cadeias laterais podem ter seus próprios mecanismos de consenso e protocolos de segurança, oferecendo flexibilidade em seu design.
   
8. • Um exemplo de sidechain é a Liquid Network.

Compreender esses tipos de blockchain é crucial para compreender as implicações mais amplas da tecnologia blockchain em várias aplicações, incluindo seu papel na implementação e funcionamento de CBDCs como a Drex do Brasil. Cada tipo oferece vantagens e casos de uso diferentes, contribuindo para o cenário diversificado e em evolução da tecnologia blockchain.

Nota: A partir de agora, o Banco Central do Brasil escolheu Hyperledger Besu (Blockchain corporativo de código aberto/open source que pode ser implantado em configurações de rede pública e privada) como o blockchain principal do Programa Piloto. Dependendo dos resultados técnicos e do feedback da comunidade piloto, eles podem ou não avançar com isso na fase de implementação.

Blockchain e Drex

O Drex se destaca como a iniciativa estratégica do Banco Central do Brasil para criar uma versão digital do Real brasileiro. Ao aproveitar os princípios da blockchain, o Drex visa garantir transações financeiras seguras, transparentes e eficientes em uma plataforma digital. Esta iniciativa não é apenas sobre a criação de uma moeda digital, mas sobre redefinir as transações financeiras para serem mais inclusivas, eficientes e adequadas a uma economia digital. Como tal, o Drex incorpora a aplicação prática da tecnologia blockchain em um instrumento financeiro governamental, visando simplificar e modernizar a infraestrutura financeira do Brasil.

Estrutura e funcionamento da Blockchain

Vamos desmembrar as características principais da Blockchain para entender melhor sua mecânica e funcionamento. Vamos de uma visão ampla para uma visão detalhada, dissecando os principais recursos. Com foco na blockchain tradicional, e não em soluções alternativas de blockchain como Polygon, Avalanche, Ethereum.

Componentes principais

Se você olhar de fora, para o blockchain, verá algumas coisas. O Ledger (livro-razão ou contábil), o Node e a Wallet (carteira).

Livro contábil: O ledger blockchain é um registro digital que registra todas as transações feitas na rede. É composto por blocos interconectados, cada um contendo uma lista de transações. O livro-razão é mantido em vários nós para garantir transparência e segurança. Existem três tipos de livros contábeis:

1. Livro-razão público: Aberto e transparente, um livro-razão público permite que qualquer pessoa na rede blockchain leia ou escreva dados, tornando todas as transações visíveis para todos os participantes.
2. Livro-razão distribuído: Em um livro-razão distribuído, cada nó possui uma cópia do banco de dados. A colaboração entre os nós é necessária para validar transações e adicionar novos blocos à blockchain, distribuindo a carga de trabalho e melhorando a segurança.
3. Livro-razão descentralizado: Esse tipo de livro-razão opera sem uma autoridade central. Cada nó participa igualmente no processamento de transações e na manutenção do livro contábil, garantindo um ambiente de transação democrático e seguro.

Carteira: Uma carteira blockchain, ou carteira digital, é um aplicativo de software que permite armazenar, enviar e receber moedas digitais. As carteiras são associadas a nós na rede blockchain e usam pares de chaves criptográficas (chaves públicas e privadas) para proteger transações e participações. Do ponto de vista do consumidor, essa é uma das maneiras pelas quais uma empresa ou um indivíduo pode ver o livro contábil e, dentro dele, as transações históricas, bem como o Node, dependendo da solução blockchain.

Nó: Os nós são computadores ou dispositivos individuais que formam a rede blockchain. Suas responsabilidades incluem validar e retransmitir transações, adicionar novos blocos ao blockchain e manter uma cópia precisa e completa de todo o blockchain.

Estrutura de um Bloco e Cadeia de Blocos

Bloco: No centro da tecnologia blockchain está o bloco. Ele serve como uma unidade de armazenamento para lotes de transações que a rede validou. Depois que um bloco é adicionado ao blockchain, as informações que ele contém são consideradas imutáveis, o que significa que não podem ser alteradas ou excluídas. Dentro do Bloco, você encontrará duas coisas principais, o Cabeçalho: que contém os dados de metadados do próprio bloco, e o Corpo: que são as informações reais da transação e os outros dados do bloco.

E a 'Cadeia de Blocos'?

Os blocos em uma blockchain são vinculados cronologicamente através de hashes, identificadores únicos derivados dos dados de cada bloco, incluindo o hash do bloco anterior. Este vínculo forma uma cadeia segura e inalterável. Alterar os dados de qualquer bloco exigiria a mudança dos hashes de todos os blocos subsequentes, uma tarefa que é computacionalmente proibitiva, garantindo a integridade da blockchain. A estrutura sequencial permite a fácil verificação dos históricos de transação e mantém a confiabilidade e a segurança da blockchain.

Visão Detalhada: Dentro do bloco

Cabeçalho do bloco:

O Cabeçalho do Bloco contém metadados sobre o próprio bloco e é usado para apoiar a segurança e a integridade da rede. Ele é projetado para conter informações que ajudam na verificação e vinculação na blockchain, e não os detalhes específicos das transações.
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‍Hash de bloco anterior:Um hash de blockchain serve como um identificador exclusivo para um documento ou conjunto de dados, permitindo a verificação da integridade das informações. Ele é produzido por meio de um processo criptográfico que compara novas entradas de dados com um valor de hash previamente estabelecido, garantindo que os dados permaneçam inalterados. Esse mecanismo é fundamental para manter a segurança e a confiabilidade das transações digitais.

‍Merkle Root: Um único hash que representa todas as transações incluídas no bloco. A Merkle root é o resultado de uma árvore Merkle, uma estrutura de dados hierárquica que resume as transações em um bloco de maneira eficiente e segura. Isso permite a verificação rápida e fácil de transações individuais sem a necessidade de revisar cada uma.

‍Timestamp: Registra a hora em que o bloco foi criado. Isso não apenas fornece uma ordem cronológica dos blocos, mas também desempenha um papel no processo de mineração, pois afeta o hash do bloco.

‍*Nonce (Número usado apenas uma vez): Um nonce na tecnologia blockchain é um número que os mineradores de blockchain buscam encontrar ou calcular para resolver um problema criptográfico, permitindo que eles adicionem um novo bloco ao blockchain. É um valor de uso único que garante que o hash do bloco atenda à meta de dificuldade da rede, tornando o bloco e suas transações válidos e protegendo-os contra adulteração.

‍Nota: O nonce é usado principalmente no Mecanismo de Consenso Proof-of-Work, que é frequentemente o caso em blockchains públicas como Bitcoin.No contexto do Drex e do blockchain escolhido (Hyperledger Besus), ele usa uma combinação de mecanismos de consenso adequados ao ambiente de consórcio. Para obter mais informações, visite o Página da Fundação Hyperledger.

Corpo do bloco:

O corpo do bloco contém os dados reais processados pelo blockchain, consistindo principalmente em:

1. Endereço do remetente: O endereço digital do qual o ativo tokenizado está sendo enviado.
2. Endereço do destinatário: O endereço digital para o qual o ativo tokenizado está sendo enviado.
3. Assinatura digital: uma assinatura criptográfica gerada pela chave privada do remetente. Isso verifica a origem da transação e garante que ela não tenha sido adulterada desde que foi assinada.
4. Assinatura Digital: Uma assinatura criptográfica gerada pela chave privada do remetente. Isso verifica a origem da transação e garante que a transação não foi adulterada desde que foi assinada.
5. Informações sobre ativos tokenizados:
   
6. • Tipo de Ativo: Especifica o tipo de ativo tokenizado (por exemplo, imóveis, obras de arte, valores mobiliários).
   • Identificador do Ativo: Um identificador único para o ativo tokenizado, que pode ser um número de série, um endereço de propriedade ou um número de registro, dependendo do tipo de ativo.
   • Quantidade: A quantidade do ativo tokenizado sendo transferido, que pode variar com base em se o ativo é fungível (como criptomoedas ou certos tipos de valores mobiliários) ou não fungível (como peças de arte únicas ou propriedades imobiliárias específicas).
   • Padrão de Token (se aplicável): Para blockchains como Ethereum, a transação pode especificar um padrão de token, como ERC-20 para tokens fungíveis ou ERC-721 para tokens não fungíveis (NFTs). Este padrão define as regras e funções que o ativo tokenizado segue dentro da blockchain.

Bônus: contratos inteligentes e mecanismo de consenso

Tanto os contratos inteligentes quanto o mecanismo de consenso são fundamentais para o que torna o blockchain um blockchain.

• Mecanismo de consenso: Essencial para a função de um blockchain, o mecanismo de consenso é um protocolo que garante que todos os nós da rede concordem com o estado atual do livro contábil. Ele protege a integridade do blockchain, permitindo que a rede chegue a um acordo e mantenha um livro unificado sem uma autoridade central. Existem alguns mecanismos de consenso, como Proof of Work (Pow), Proof of Stake (PoS), Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) e muitos outros. Tudo depende das principais necessidades técnicas de um caso de uso
• Contrato inteligente: Um contrato inteligente é um programa de computador autoexecutável armazenado em um blockchain que aplica automaticamente os termos de um contrato entre as partes sem a necessidade de um intermediário terceirizado. Apresentados pelo criador do Ethereum, Vitalik Buterin, os contratos inteligentes são cruciais para a capacidade do blockchain de suportar uma ampla gama de aplicações além de simples transações de criptomoedas.

Bônus: camada 1 e camada 2

Se você estudou soluções de blockchain, pode ter encontrado os termos Camada 1 e Camada 2 em algum lugar.

Camada 1 é um termo usado na indústria de blockchain para se referir à rede blockchain fundamental que serve como a infraestrutura base para um ecossistema blockchain. Ethereum, Avalanche e Algorand são alguns exemplos. Ela é responsável pela execução e finalização de todas as transações on-chain, mantendo o livro-razão público distribuído e fornecendo a funcionalidade central da blockchain.
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Camada 2 refere-se a redes, sistemas ou tecnologias off-chain que são construídas sobre a infraestrutura blockchain base (Camada 1) para melhorar suas capacidades e escalabilidade. Muitas soluções de privacidade estão sendo construídas sobre o Hyperledger Besu, a blockchain escolhida pelo Bacen, para resolver problemas de privacidade e escalabilidade.

O processo do Blockchain

Agora que falamos sobre o que está dentro de um bloco de blockchain, precisamos entender o processo prático do blockchain. Leve em consideração que o exemplo abaixo é um exemplo amplo de como o blockchain funciona, semelhante ao que você pode ver com o Ethereum. Ele não leva em consideração as inúmeras opções da Camada 2, que podem adicionar mais 2 a 3 etapas, dependendo da solução. Vamos focar o processo considerando o contexto do Drex.

1. Iniciação da transação: O processo começa quando um usuário inicia uma transação, que pode envolver a transferência de ativos digitais, a execução de contratos inteligentes ou o registro de informações. Essa ação cria uma mensagem de transação digital que inclui os detalhes da transação, como os endereços do remetente e do destinatário e o valor que está sendo transferido.

‍2. Transmissão de transações: Depois que uma transação é iniciada, ela é transmitida para a rede e recebida pelos nós. Cada nó coleta e armazena um pool de transações não confirmadas que recebeu da rede. Essas transações aguardam no pool até serem coletadas por um nó para validação.

‍3. Validação da transação: Os nós desempenham um papel fundamental na validação de transações. Dependendo do mecanismo de consenso do blockchain, os nós podem competir (como no Proof of Work) ou cooperar (como no Proof of Stake) para validar as transações. A validação envolve verificar a legitimidade da transação, como garantir que o remetente tenha saldo suficiente para uma transferência e que a transação não tenha sido adulterada.

‍4. Criação de blocos: Depois que uma transação é validada, ela é agrupada com outras transações validadas para criar um novo bloco. O conteúdo de um bloco normalmente inclui uma lista de transações, uma referência (hash) ao bloco anterior e uma solução exclusiva para um desafio criptográfico (em blockchains que usam Proof of Work).

‍5. Validação de blocos e adição à cadeia: O bloco recém-criado então passa por validação de acordo com o mecanismo de consenso do blockchain. Em Proof of Work, por exemplo, isso envolve resolver um quebra-cabeça criptográfico complexo. O primeiro nó a resolver o quebra-cabeça transmite o novo bloco e sua solução para a rede. Outros nós então verificam a solução e, mediante acordo, adicionam o novo bloco à sua cópia do blockchain, tornando as transações que ele contém finais e imutáveis.

‍6. Crescimento contínuo e manutenção de consenso: À medida que mais transações ocorrem, mais blocos são criados e adicionados ao blockchain, formando uma cadeia de blocos do bloco Genesis ao mais recente. Por meio de mecanismos de consenso, a rede garante que todas as cópias do blockchain sejam sincronizadas e idênticas, preservando a integridade e o histórico de todas as transações.

Princípios básicos de blockchain para o Drex

Entendendo os contratos inteligentes

Os contratos inteligentes são contratos autoexecutáveis com os termos do acordo diretamente escritos em código. Dentro da estrutura blockchain que suporta o Drex, esses contratos permitem a execução automática de transações e acordos sem a necessidade de intermediários, garantindo eficiência, transparência e confiança. Sua aplicação no Drex se estende à automação de processos de pagamento, aplicação de acordos e simplificação de operações em todo o ecossistema financeiro.

O papel da tokenização

A tokenização é o processo de conversão de direitos de um ativo em um token digital em um blockchain. Essa abordagem inovadora facilita o gerenciamento seguro e eficiente de ativos na plataforma Drex. Ao tokenizar ativos, o Drex permite propriedade fracionária, maior liquidez e maior acessibilidade, transformando a forma como os ativos são comprados, vendidos e gerenciados. A integração da tokenização no Drex ressalta sua importância em revolucionar o gerenciamento de ativos e expandir as oportunidades de investimento na economia digital.

Quer saber mais sobre tokenização? Visite a explicação da tokenização: o guia completo