Prova de Trabalho (PoW): Como os Mineradores Protegem uma Blockchain
A prova de trabalho (proof of work, ou PoW) é um mecanismo de consenso, uma regra que permite que vários computadores concordem com um registo partilhado sem a intervenção de uma entidade central, no qual os participantes demonstram um esforço computacional dispendioso que qualquer pessoa pode verificar rapidamente. No Bitcoin, esse esforço consiste em encontrar o hash de um bloco igual ou inferior a um determinado valor-alvo.
A Prova de Trabalho Começou como uma Defesa contra o Correio Indesejado
A ideia por trás da prova de trabalho foi proposta para combater o correio eletrónico indesejado (junk mail) anos antes de o Bitcoin existir. Num artigo intitulado “Pricing via Processing or Combatting Junk Mail,” apresentado em 1992 e publicado em 1993, Cynthia Dwork e Moni Naor sugeriram que um utilizador deveria ter de realizar um cálculo moderadamente difícil para obter acesso a um recurso partilhado. O custo destinava-se a desencorajar o uso frívolo, e os autores visavam, em particular, o correio indesejado.
De um modo geral, uma prova de trabalho é um dado que é dispendioso e demorado de produzir, mas fácil de verificar por terceiros. O Hashcash, um sistema criado por Adam Back, associava a cada email uma prova deste tipo baseada em hash para dissuadir o spam e os abusos de negação de serviço. A negação de serviço consiste em inundar um serviço com pedidos de modo a que outros não o possam utilizar.
O whitepaper do Bitcoin, datado de 31 de outubro de 2008 e publicado sob o nome Satoshi Nakamoto, descreve um modelo de prova de trabalho semelhante ao Hashcash. O Bitcoin utiliza-o para que uma rede de computadores possa concordar com uma única cadeia de blocos sem a intervenção de uma entidade central.
Como Funciona a Prova de Trabalho no Bitcoin?
A mineração de Bitcoin é o processo de criação de blocos válidos, e a criação de um bloco válido exige a demonstração de prova de trabalho. Um minerador é um participante que tenta encontrar um bloco válido. Um minerador começa por reunir as transações pendentes num bloco candidato, que é um lote de transações proposto para a cadeia. De seguida, o minerador preenche o cabeçalho do bloco, um resumo de 80 bytes desse bloco.
O Bitcoin aplica o algoritmo SHA-256 duas vezes ao cabeçalho, um método chamado SHA-256 duplo. O SHA-256 é uma função de hash criptográfica. Uma função de hash transforma dados de qualquer dimensão numa impressão digital de comprimento fixo, chamada hash. A prova de trabalho estabelece uma condição: lido como número, o hash do cabeçalho tem de ser igual ou inferior ao valor-alvo.
O valor-alvo é um limiar que o hash de um bloco válido não pode ultrapassar. A dificuldade da rede mede o quanto o valor-alvo atual é mais difícil de atingir do que o valor-alvo mais fácil permitido pelas regras. Quando o valor-alvo desce, a dificuldade da rede sobe, e um valor-alvo mais baixo deixa menos hashes aceitáveis, pelo que a procura demora mais tempo.
Para obter um hash diferente, o minerador altera o nonce, um número de 32 bits guardado no cabeçalho. O minerador aplica então o hash ao cabeçalho, compara o resultado com o valor-alvo e repete o processo. Esta procura é muitas vezes chamada um “quebra-cabeças de hash”, mas nada é resolvido por engenho: em média, um hash igual ou inferior ao valor-alvo só pode ser encontrado através de uma quantidade correspondente de trabalho por força bruta, ou seja, testando valor após valor.
A tabela abaixo apresenta um exemplo da mesma procura, mas em escala reduzida, apenas para ilustração. A regra é inventada, não é a regra real do Bitcoin, e aplica o SHA-256 uma única vez em vez de duas. O resumo (digest) SHA-256 do texto “hello” seguido de um nonce tem de começar com um determinado número de zeros. Os resumos são escritos em hexadecimal, uma notação de base 16 que utiliza os dígitos 0-9 e as letras a-f. Um resumo que comece com zeros corresponde a um número pequeno, pelo que cada regra funciona como um valor-alvo.
Nesta procura simplificada, cada zero adicional multiplica por 16 o número médio de tentativas. Uma regra de três zeros exige, em média, cerca de 4.096 tentativas, e uma regra de quatro zeros cerca de 65.536, mas cada procura individual pode demorar mais ou menos tempo, como mostram as duas linhas que passam no teste: 10.285 é mais do que 4.096, e 60.068 é menos do que 65.536. Verificar qualquer um destes resultados exige apenas um único cálculo de SHA-256.
A procura real do Bitcoin é muito maior. O número esperado de hashes por bloco é, aproximadamente, a dificuldade da rede multiplicada por 2 elevado a 32. Em outubro de 2026, isso equivale a mais de 500 sextiliões de hashes por bloco, em média, e o valor muda sempre que a dificuldade da rede é ajustada. Um sextilião é um 1 seguido de 21 zeros.
Verificar o trabalho de um bloco é muito mais barato do que produzi-lo. Um nó é um computador na rede Bitcoin que verifica os blocos de acordo com as regras da rede. Para validar o trabalho de um bloco, um nó recalcula o hash SHA-256 duplo do cabeçalho do bloco uma única vez e compara-o com o valor-alvo. Produzir o bloco exigiu esse número de tentativas, enquanto verificá-lo exige apenas um cálculo de hash. É essa diferença que transforma o trabalho numa prova.
A Prova de Trabalho Permite que os Nós Concordem com uma Única Cadeia sem uma Entidade Central
Dois mineradores podem encontrar blocos válidos quase ao mesmo tempo, o que deixa a rede com versões concorrentes da cadeia. A prova de trabalho dá a cada nó uma regra de escolha: um nó segue a cadeia com mais trabalho acumulado, que é a cadeia mais difícil de recriar. Como qualquer pessoa pode verificar o trabalho, não é necessária uma entidade central para decidir qual a cadeia válida.
Cada bloco contém o hash do bloco anterior, pelo que alterar um bloco passado implica refazer o trabalho desse bloco e de todos os blocos seguintes. A prova de trabalho foi concebida para tornar a reescrita do histórico dispendiosa, e o custo de alterar um determinado bloco aumenta com cada bloco adicionado depois dele.
A prova de trabalho também é relevante para o problema do duplo gasto, a tentativa de gastar o mesmo BTC duas vezes. Reverter um pagamento que já consta de um bloco implicaria refazer esse trabalho.
Os Mineradores Recebem o Subsídio e as Taxas, e a Dificuldade da Rede Dita o Ritmo
No Bitcoin, o minerador cujo bloco válido é aceite pela rede recebe a recompensa do bloco. Essa recompensa tem duas componentes: o subsídio do bloco, que corresponde a BTC recém-criado, e as taxas de transação pagas pelos utilizadores cujas transações constam desse bloco. Em outubro de 2026, o subsídio dos mineradores é de 3,125 BTC por bloco desde o último halving, em abril de 2024.
O subsídio do bloco é reduzido para metade a cada 210.000 blocos, um evento chamado halving, que ocorre aproximadamente a cada quatro anos. Apenas o subsídio é reduzido para metade; as taxas não.
A cada 2.016 blocos, o protocolo Bitcoin ajusta a dificuldade da rede. Mede quanto tempo esses blocos demoraram, utilizando os registos de tempo presentes nos respetivos cabeçalhos, e compara esse valor com 1.209.600 segundos, que correspondem a duas semanas. Em seguida, reajusta o valor-alvo de forma proporcional, para que os blocos continuem a surgir, em média, a cada 10 minutos. Um único ajuste pode alterar a dificuldade da rede, no máximo, por um fator de 4, em qualquer direção.
A hashrate é o número total de hashes por segundo calculados pelas máquinas da rede. Quando a hashrate sobe, os blocos tendem a surgir mais depressa do que a cada 10 minutos, e o ajuste seguinte faz subir a dificuldade da rede. Quando os blocos surgem demasiado devagar, o ajuste reduz a dificuldade da rede. O ajuste mede apenas os tempos entre blocos: não contabiliza o número de mineradores, nem tem em conta o preço do BTC.
O tempo médio de 10 minutos por bloco do Bitcoin é uma média, não uma garantia para cada bloco individual. Num modelo estatístico de descoberta de blocos, cerca de 63% dos blocos surgem até 10 minutos depois do anterior.
Em que Difere a Prova de Trabalho da Prova de Participação?
A prova de trabalho e a prova de participação (proof of stake) são ambos mecanismos de consenso que determinam qual o participante que adiciona o próximo bloco a uma blockchain. Uma blockchain é um registo partilhado composto por blocos ligados em sequência. A prova de trabalho associa esse direito ao trabalho computacional: um minerador calcula hashes até que um bloco satisfaça o valor-alvo.
A prova de participação associa esse direito às criptomoedas que um participante bloqueia como garantia, o que significa que as moedas ficam reservadas enquanto o participante participa na adição de blocos. Um participante que tente atividades ilegítimas pode ser penalizado.
Os dois mecanismos diferem naquilo que o participante compromete: trabalho computacional, na prova de trabalho, ou moedas bloqueadas, na prova de participação.
Porque Consome Eletricidade a Prova de Trabalho?
A mineração de Bitcoin consome eletricidade porque a prova de trabalho é um cálculo computacional real, e as máquinas que efetuam cálculos consomem energia. O custo faz parte da própria definição: uma prova de trabalho exige tentativa e erro para ser produzida, e no Bitcoin são as máquinas que realizam essa tentativa e erro.
Cada hash calculado por uma máquina consome alguma energia, pelo que mais hashes no total significam, em geral, mais energia consumida. Se mais máquinas se juntarem à rede, os blocos tendem a surgir mais depressa, a dificuldade da rede sobe no ajuste seguinte, e cada bloco passa a exigir, em média, mais hashes.
Alguns responsáveis políticos e gestores de redes elétricas têm manifestado preocupações sobre a forma como a eletricidade consumida pelos mineradores de criptomoedas nos Estados Unidos afeta os custos, a fiabilidade e as emissões. As estimativas publicadas sobre o consumo de eletricidade do Bitcoin variam consoante a metodologia e o período considerados.
Um Hash Válido Demonstra que Houve Esforço, Não que uma Transação é Válida
Um hash igual ou inferior ao valor-alvo demonstra que alguém realizou o trabalho. Não demonstra, por si só, que as transações contidas no bloco são válidas. Um nó completo só aceita um bloco se todas as transações nele contidas forem válidas e ainda não tiverem sido gastas, e programas de nó como o Bitcoin Core rejeitam um bloco que reivindique mais do que o subsídio mais as taxas, independentemente da quantidade de trabalho que o sustente.
A prova de trabalho também não torna o histórico permanente. Torna a reescrita do histórico dispendiosa em termos de trabalho. Uma entidade que controle a maior parte da hashrate da rede pode reescrever o histórico de transações recente e impedir que novas transações sejam confirmadas. Aguardar por mais confirmações, que são blocos construídos sobre o bloco que regista uma transação, aumenta o custo de a alterar, mas não elimina essa possibilidade.
A prova de trabalho também não remunera o esforço em si. Ao nível do protocolo, o cálculo de hashes que não resulte num bloco aceite não recebe qualquer recompensa de bloco, independentemente da quantidade de eletricidade que tenha consumido.
27 de novembro de 2025
