Aprofundando a compreensão da mineração cripto: a relação central entre mineiros e blockchain

Visão Geral dos Pontos

• O duplo significado da mineração: é tanto um mecanismo de confirmação de transações quanto a única maneira de gerar novas moedas.
• Missão dos mineiros: Manter a segurança e a descentralização da rede através da utilização de recursos computacionais de alta intensidade.
• Fluxo de trabalho: coletar transações a serem processadas → empacotar em blocos → resolver problemas de criptografia → receber recompensas
• Variáveis de rendimento: O desempenho do hardware, os custos de eletricidade, a flutuação do preço das moedas e as alterações nos protocolos afetam diretamente o lucro.

O que é mineração afinal? Por que os mineradores são tão importantes

Imagine um livro-razão distribuído globalmente, onde cada transação de criptomoeda é registrada permanentemente. A precisão e segurança deste livro-razão dependem de um grupo - mineiros.

Os mineradores utilizam equipamentos de computação especializados para completar uma tarefa árdua: encontrar combinações numéricas que satisfaçam condições específicas através de tentativas repetidas, a fim de validar e organizar as transações que aguardam processamento. O primeiro minerador a resolver o enigma receberá uma recompensa em forma de criptomoeda.

As blockchains of the PoW type represented by Bitcoin (BTC), their security relies entirely on the mining mechanism. When miners compete to validate user transactions, these transactions are added to a public blockchain ledger. Mining is the cornerstone of the decentralized operation of the Bitcoin network — precisely because there is no central management authority, the distributed group of miners can reach consensus through proof of work.

Ao mesmo tempo, a mineração também assume a responsabilidade pela geração de novas moedas. Embora soe como “imprimir dinheiro”, a geração de criptomoedas é restrita por regras de protocolo rigorosas — essas regras estão incorporadas no código subjacente e são executadas por toda a rede distribuída. Os mineradores contribuem com valor para o sistema ao investir poder computacional para resolver problemas criptográficos, em vez de criar novas moedas arbitrariamente. Os mineradores bem-sucedidos adicionam seus blocos validados à cadeia e recebem a recompensa desse bloco.

Como funcionam os mineradores? Análise do processo completo

versão simplificada do processo

Passo 1: As transações são agrupadas Quando os utilizadores enviam ou recebem criptomoedas, essas transações pendentes de confirmação são combinadas em um “bloco”, aguardando validação da rede.

Passo Dois: Mineradores resolvem problemas Os computadores dos mineradores estão constantemente a tentar um valor especial chamado nonce, com o objetivo de fazer com que a combinação deste valor com os dados do bloco caia dentro de um intervalo predefinido. É como um bilhete de loteria que vem com um enigma de senha.

Passo Três: Registro na Blockchain O primeiro minerador a encontrar um hash válido tem o direito de escrever o bloco na blockchain. Outros mineradores, em seguida, verificam a validade deste bloco.

Passo Quatro: Lucro do Minerador Os mineradores vencedores recebem recompensas na forma de novas criptomoedas geradas, além de taxas de transação.

Detalhes do processo técnico

Viagem de Negociação: Entrar na Pool de Memória

Todas as novas transações de blockchain geradas são primeiro enviadas para o mempool. Os nós de validação na rede verificam a validade dessas transações. A tarefa dos mineradores é coletar essas transações não confirmadas e organizá-las em blocos.

É importante notar que alguns mineradores executam nós de validação ao mesmo tempo, mas, do ponto de vista técnico, as funções dos nós de mineração e dos nós de validação são separadas. Podemos comparar um bloco a uma página de um livro-razão, na qual estão registradas várias transações e outros dados. A responsabilidade dos nós mineradores é extrair transações não confirmadas do pool de memória e combiná-las em um bloco candidato. Em seguida, os mineradores tentam transformar esse bloco candidato em um bloco validado, o que requer a resolução de um problema matemático extremamente complexo, exigindo uma enorme quantidade de recursos computacionais. Para cada bloco criado com sucesso, o minerador recebe uma recompensa de bloco — composta por novas moedas e taxas de transação.

Passo 1: Cálculo de hash e codificação da transação

A primeira fase da mineração em bloco consiste em processar as transações na pool de memórias uma a uma através da função hash. Cada operação de hash gera uma saída de comprimento fixo, chamada de valor hash — que normalmente é uma string composta por números e letras, servindo como a única identificação daquela transação. Este valor hash contém todas as informações da transação original.

Além do hash e da verificação de cada transação individual, os mineradores também criam uma transação especial - enviando a recompensa do bloco para si mesmos. Esta transação é chamada de transação coinbase, e é a única fonte de criação de novas moedas. Normalmente, a transação coinbase é registrada como a primeira transação do novo bloco, seguida pela fila de outras transações aguardando confirmação.

Passo dois: Construir a estrutura da Árvore de Merkle

Após cada transação ser hashada, esses valores hash são organizados em uma estrutura em forma de árvore chamada Árvore de Merkle (ou árvore hash). O método de construção da árvore de Merkle é: emparelhar os valores hash em pares e, em seguida, realizar a operação de hash. Em seguida, o novo valor hash gerado é novamente emparelhado e hashado. Esse processo se repete até que reste apenas um valor hash. Esse valor hash final é chamado de hash raiz (raiz de Merkle), que essencialmente contém as informações de todos os valores hash anteriores gerados no processo.

Terceiro passo: procurar cabeçalhos de bloco válidos

O cabeçalho do bloco atua como um identificador para cada bloco independente - cada bloco possui um hash único. Ao criar um novo bloco, os mineradores combinam o hash do bloco anterior com o hash raiz do bloco candidato atual, obtendo um novo hash do bloco. Além disso, eles adicionam um número aleatório nonce. Assim, ao verificar o bloco candidato, os mineradores devem combinar o hash raiz, o hash do bloco anterior e o valor nonce, e então realizar a operação de hash sobre eles. Esse processo é repetido até que um hash válido que atenda aos critérios seja encontrado.

Devido ao fato de que o hash raiz e o hash do bloco anterior são imutáveis, a única maneira dos mineradores é ajustar continuamente o valor nonce até encontrar um hash válido que satisfaça as condições. Na rede Bitcoin, este hash alvo deve começar com um número específico de zeros - esta condição é chamada de dificuldade de mineração.

Quarta etapa: Transmitir o novo bloco para a rede

Como mencionado anteriormente, os mineradores precisam realizar várias operações de hash no cabeçalho do bloco, tentando a cada vez usar um valor nonce diferente. Assim que um minerador encontra um hash de bloco válido, ele imediatamente transmite esse bloco para toda a rede. Nesse momento, todos os outros nós verificam a legitimidade desse novo bloco. Se a verificação for bem-sucedida, os nós o adicionarão às suas respectivas cópias da blockchain. Neste instante, o bloco candidato é promovido a bloco verificado, e todos os mineradores passam a minerar o próximo bloco. Aqueles mineradores que não conseguiram encontrar um hash válido a tempo abandonam o bloco candidato atual e começam a minerar um novo bloco.

A emergência de blocos órfãos: quando dois mineradores têm sucesso ao mesmo tempo

Ocasionalmente, dois mineradores diferentes conseguem transmitir blocos válidos quase ao mesmo tempo. Nesse momento, a rede se divide brevemente, resultando em duas versões concorrentes da blockchain. Os usuários tendem a continuar minerando com base no bloco que recebem primeiro. Esse estado de competição dura até que um novo bloco seja minerado. Uma vez que um novo bloco é gerado e reconhecido pela rede, um dos blocos anteriores será declarado o vencedor. O bloco do minerador perdedor é chamado de bloco órfão ou bloco isolado. O minerador que escolheu o bloco perdedor mudará para o bloco vencedor, continuando a minerar com base nele.

O segredo do ajuste de dificuldade: manter o ritmo do tempo estável

O protocolo ajusta continuamente a dificuldade de mineração para manter uma velocidade estável na geração de novos blocos, garantindo assim a previsibilidade da emissão da moeda. O valor da dificuldade oscila com as mudanças na taxa de hash da rede (poder computacional total). Quando novos mineradores se juntam à rede e a concorrência aumenta, a dificuldade de hash aumenta, evitando que o tempo médio de geração de blocos diminua. Por outro lado, quando muitos mineradores saem da linha, a dificuldade diminui, tornando a geração de novos blocos relativamente mais fácil. Esse ajuste dinâmico garante que, independentemente das mudanças no poder de computação total da rede, o tempo de geração de blocos permaneça sempre estável.

Várias rotas para a mineração de criptomoedas

Com a evolução da tecnologia, as ferramentas e métodos de mineração estão constantemente a ser atualizados. O surgimento de novo hardware e novos algoritmos de consenso oferece aos mineradores uma variedade de opções. Normalmente, os mineradores utilizam dispositivos de computação especializados para resolver equações criptográficas complexas. Abaixo estão os métodos de mineração mais comuns.

Mineração de CPU: já é história

Minerar usando processadores centrais (CPU) envolve a utilização do processador de um computador comum para executar operações de hash no modelo de prova de trabalho (PoW). Nos primórdios do Bitcoin, os custos de mineração eram baixos e a barreira de entrada não era alta — o CPU de um computador comum era suficiente para lidar com a dificuldade. Naquela época, qualquer um poderia tentar iniciar um negócio de mineração.

Mas com o aumento do número de mineradores, a taxa de hash da rede continua a subir, tornando a mineração lucrativa muito mais difícil. O surgimento de equipamentos especializados de alta potência tornou a mineração com CPU praticamente sem competitividade. Hoje, a mineração com CPU já não é viável, uma vez que a grande maioria dos mineradores já se virou para equipamentos especializados.

Mineração de GPU: manter a flexibilidade

Unidade de Processamento Gráfico (GPU) foi projetada para processar simultaneamente uma grande quantidade de operações complexas. Embora normalmente sejam aplicadas em videojogos ou renderização de imagens, também podem ser utilizadas para mineração. Em comparação, o preço das GPUs é mais acessível e, ao contrário do hardware de mineração especializado, não possuem uma funcionalidade única - uma GPU pode lidar com várias tarefas de computação.

A mineração de algumas altcoins ainda pode ser realizada com GPU, mas a eficiência dependerá do algoritmo de hash específico e da dificuldade de mineração.

Mineração ASIC: eficiente mas cara

Circuito Integrado de Aplicação Específica (ASIC) é um chip projetado para uma única função específica. No campo das criptomoedas, ASIC refere-se a hardware especializado desenvolvido para mineração. A mineração com ASIC é a mais eficiente, com o custo sendo um investimento inicial considerável.

Os dispositivos ASIC representam a vanguarda técnica do hardware de mineração, e o custo dessas máquinas é muito superior ao de CPUs ou GPUs. Além disso, à medida que a tecnologia ASIC evolui, os modelos antigos se tornam obsoletos rapidamente. Portanto, embora a mineração ASIC seja a mais econômica, exige que os mineradores tenham capacidade financeira contínua para atualizar o equipamento e manter a competitividade. Apenas operações de mineração em larga escala podem garantir a rentabilidade a longo prazo da mineração ASIC.

Pool de mineração: o caminho de sobrevivência dos pequenos mineradores

Uma vez que a recompensa de cada bloco vai apenas para o primeiro minerador que o consegue, a probabilidade de um minerador independente encontrar o próximo bloco é quase inexistente. Mineradores com poder de computação limitado têm quase nenhuma chance de descobrir blocos novos de forma independente. Para resolver essa situação, pools de mineração surgiram.

Os pools de mineração são corpos coletivos de mineradores que reúnem seus recursos — ou seja, poder de cálculo hash — para aumentar a probabilidade de descobrir blocos e compartilhar recompensas. Quando um pool de mineração encontra um bloco com sucesso, a recompensa é distribuída entre os mineradores do pool de acordo com a quantidade de trabalho realizada por cada um. Para mineradores independentes, a atratividade dos pools de mineração reside na capacidade de compartilhar os custos de hardware e eletricidade. No entanto, o domínio de grandes pools de mineração também traz riscos — a centralização da rede aumenta, assim como a possibilidade de um ataque de 51%.

Mineração em nuvem: conveniente mas perigosa

Os usuários de mineração em nuvem não precisam comprar hardware, mas sim alugar capacidade de computação de um provedor de serviços em nuvem. Esta é uma maneira mais simples de começar a minerar, mas vem acompanhada de riscos de fraude e redução de lucros. Se optar por tentar a mineração em nuvem, é imprescindível escolher um provedor de serviços com boa reputação.

Perspectiva Especial sobre a Mineração de Bitcoin

O Bitcoin, como a criptomoeda mais famosa e testada pelo tempo, tem sua mineração baseada no algoritmo de consenso Prova de Trabalho (PoW). O PoW é um mecanismo de consenso em blockchain criado por Satoshi Nakamoto no white paper de 2008. Este mecanismo estabelece como uma rede de blockchain distribuída pode alcançar um acordo entre todos os participantes sem a intervenção de um intermediário de terceiros.

Os atacantes têm dificuldade em destruir redes assim, pois isso requer um enorme custo de energia e recursos computacionais. Como mencionado anteriormente, as transações pendentes em redes PoW são organizadas e verificadas em ordem por mineradores que competem entre si, utilizando equipamentos especializados para correr na resolução de quebra-cabeças. O primeiro minerador a encontrar a solução ganha o direito de escrever seu bloco na blockchain. Assim que o nó de validação aprova o bloco, o minerador recebe a recompensa do bloco.

A escala das recompensas em criptomoedas obtidas varia de acordo com a blockchain. Tomando o Bitcoin como exemplo, até dezembro de 2024, os mineiros podem receber 3,125 BTC por cada bloco que verificam com sucesso. O Bitcoin implementa um mecanismo de halving, onde a recompensa por bloco de BTC é reduzida pela metade a cada 210.000 blocos minerados (aproximadamente a cada quatro anos).

A realidade dos lucros da mineração: conhecer a si mesmo e aos outros para lucrar

É perfeitamente viável lucrar com a mineração, mas isso pressupõe que você compreenda profundamente o processo, gerencie os riscos adequadamente e realize uma pesquisa completa. O investimento financeiro prudente, a avaliação dos custos do equipamento, a resposta às flutuações de preços das moedas e os riscos de alterações nos protocolos devem ser considerados. Mineradores experientes adotam estratégias de gerenciamento de riscos e calculam cuidadosamente os custos e benefícios potenciais.

Vários fatores determinam a rentabilidade da mineração. Um deles é a volatilidade do preço das moedas - quando o preço sobe, o valor em moeda fiduciária da recompensa da mineração também aumenta; e vice-versa, a queda do preço das moedas reduz diretamente os lucros.

A eficiência de desempenho do hardware de mineração é um fator determinante para o lucro. O investimento em equipamentos de mineração é elevado, e os mineradores devem encontrar um equilíbrio entre o custo de aquisição e o retorno esperado. O custo da eletricidade é outro elemento de custo crucial - despesas elétricas excessivas podem consumir os lucros, tornando a mineração não lucrativa.

Além disso, o hardware de mineração precisa ser atualizado regularmente. O rápido envelhecimento dos equipamentos significa que novos modelos têm um desempenho melhor, enquanto os mineradores que não têm recursos financeiros para atualizar perderão competitividade. Por último, mas não menos importante, pode haver mudanças significativas a nível de protocolo. O evento de halving do Bitcoin reduzirá diretamente a recompensa por bloco, afetando assim os lucros da mineração. Em alguns casos, a mineração pode mesmo ser substituída por outros métodos de validação — como ocorreu em setembro de 2022, quando o Ethereum migrou do mecanismo de consenso PoW para Proof of Stake (PoS), eliminando completamente o processo de mineração da rede.

Conclusão

A mineração de criptomoedas é a linha de vida do Bitcoin e de outras blockchains do tipo PoW, garantindo a segurança da rede e promovendo um suprimento estável de novas moedas. A mineração tem suas vantagens e desvantagens. A vantagem mais evidente é a receita contínua das recompensas de bloco. No entanto, os ganhos da mineração são afetados por diversos fatores - despesas com eletricidade, condições de mercado e outros fatores podem moldar seu plano de ganhos. Se você está interessado em mineração de criptomoedas, deve fazer sua lição de casa e avaliar completamente os riscos e oportunidades potenciais.