Bitcoin: O que aconteceria à rede se a Internet global falhasse durante um dia?

Título Original do Artigo: Inside Bitcoin's 24-Hour Race to Survive a Global Internet Blackout

Autor Original do Artigo: Liam 'Akiba' Wright, CryptoSlate

Tradução Original do Artigo: Chopper, Foresight News

Imagine um cenário onde a espinha dorsal da internet global colapsa num dia.

Seja devido a erro humano, uma vulnerabilidade de software catastrófica, um vírus informático malicioso ou conflito militar direto— se os hubs de troca de tráfego de internet que ligam o mundo mergulhassem subitamente na escuridão, que destino aguardaria o Bitcoin?

Se Frankfurt, Londres, Virgínia, Singapura e Marselha ficassem offline simultaneamente, a rede Bitcoin dividir-se-ia em três partições separadas.

A comunicação através do Atlântico, Mediterrâneo e principais rotas trans-Pacífico pararia, com as Américas, Europa/África, Médio Oriente e Ásia a formarem os seus próprios históricos de transações independentes até que a conectividade da rede fosse restaurada.

Dentro de cada partição, os mineiros continuariam a produzir blocos com base no hashrate restante

Visando um tempo de bloco de 10 minutos, a região com 45% de hashrate produziria aproximadamente 2,7 blocos por hora, a região com 35% cerca de 2,1 blocos e a região com 20% cerca de 1,2 blocos. Como os nós não conseguem trocar cabeçalhos de bloco ou dados de transação entre partições, cada região estenderia autonomamente uma blockchain válida sem conhecimento das outras.

Com o tempo, à medida que a distribuição de hashrate e o tempo progridem, o comprimento natural do fork aumentaria continuamente.

Este ritmo de partição leva a que divisões de cadeia sejam um resultado inevitável. Alocámos percentagens aproximadas de hashrate a cada região: Américas 45%, Ásia 35%, Europa/África 20%, usadas como referência para a simulação.

A partição das Américas veria aproximadamente 6 novos blocos a cada duas horas, a Ásia com 4-5 e a Europa/África com 2-3.

Após um dia inteiro, o número de blocos na divisão da cadeia excederia cem, ultrapassando os limites normais de reorganizações, forçando os serviços a tratar a confirmação regional como temporária.

A potencial profundidade de reorganização de uma partição falhada aumenta linearmente com o tempo de isolamento

O mempool local dividir-se-á imediatamente. Uma transação transmitida em Nova Iorque não pode chegar a Singapura, pelo que o destinatário fora da partição do remetente não verá a transação até que a rede recupere.

O mercado de taxas de cada partição exibirá características de localização. Os utilizadores devem competir com o hashrate local por espaço limitado no bloco, pelo que em regiões com proporção de hashrate baixa mas alta procura, as taxas subirão mais rapidamente.

Quando a finalidade da transação é perdida globalmente, as exchange de criptomoedas, processadores de pagamentos e crypto wallet de custódia geralmente pausam levantamentos e liquidações on-chain; as contrapartes na Lightning Network enfrentarão incerteza—transações confirmadas em partições minoritárias podem tornar-se inválidas.

Reconciliação Automática Após Recuperação da Rede

Após a reconexão da rede, os nós iniciarão um processo de reconciliação automática: cada nó comparará diferentes blockchains e depois reorganizará para a cadeia válida com mais trabalho acumulado.

Os custos reais refletem-se principalmente em três áreas:

· A reorganização fará com que blocos em partições minoritárias se tornem inválidos, com a profundidade da invalidação dependendo da duração da divisão;

· Transações que foram confirmadas apenas na cadeia falhada precisam de ser retransmitidas e priorizadas;

· As exchange de criptomoedas e custodiantes precisam de realizar verificações operacionais adicionais antes de retomar os serviços.

Durante uma divisão de rede de 24 horas, após a reconexão, dezenas a centenas de blocos em partições minoritárias podem ficar órfãos. Serviços relacionados também precisarão de várias horas adicionais para reconstruir o mempool, recalcular saldos e restaurar capacidades de levantamento.

Devido à revisão manual necessária para canais fiat, verificações de conformidade e gestão de canais, a normalização total das atividades económicas atrasa-se frequentemente em relação à camada de protocolo.

Simular o estado isolado através da "proporção de hashrate alcançável" em vez do número de hubs torna mais fácil entender as suas mudanças dinâmicas:

· Quando 30% do hashrate está isolado, uma partição minoritária produz aproximadamente 1,8 blocos por hora. Isto significa que um pagamento padrão de 6 confirmações dentro da partição enfrentará o risco de invalidação após cerca de 3 horas e 20 minutos—se os restantes 70% da rede construírem uma cadeia mais longa, estes 6 blocos podem ficar órfãos.

· Num cenário de divisão quase 50/50, onde duas partições têm trabalho acumulado semelhante, até uma divisão breve resultará em ambas com um histórico de transações competitivo marcado como "confirmado", levando a resultados aleatórios após a reconexão.

· Num cenário de divisão 80/20, a partição maioritária vence quase inevitavelmente; uma partição minoritária que produz aproximadamente 29 blocos num dia ficará órfã após a fusão, causando a reversão de muitas transações confirmadas nessa área.

O risco de reorganização é o produto do "tempo" e do "hashrate da partição minoritária", sendo o cenário mais perigoso o de "isolamento prolongado + divisão de hashrate quase igual".

Papel das Ferramentas de Resiliência Existentes

Existem atualmente várias ferramentas para melhorar a resiliência da rede, que impactam o efeito real da desconexão:

Métodos de transmissão alternativos como downlinks de satélite, relés de rádio de alta frequência, redes tolerantes a atrasos, redes mesh e pontes Tor podem entregar cabeçalhos de bloco ou fluxos de transação compactados através de rotas danificadas.

Estes caminhos têm largura de banda estreita e alta latência, mas mesmo transferências de dados inter-partições intermitentes podem reduzir a profundidade do fork ao permitir que alguns blocos e transações permeiem outras partições.

A diversidade de interconexão de nós dentro de pools de mineração e a distribuição geográfica de pools de mineração podem aumentar a probabilidade de propagação parcial de dados globalmente através de canais secundários, limitando assim a profundidade e duração das reorganizações quando a rede principal é restaurada.

Portanto, durante uma divisão de rede, as diretrizes operacionais dos participantes do mercado são claras e concisas:

· Suspender liquidações entre partições, considerar todas as confirmações de transação como temporariamente válidas e otimizar mecanismos de estimativa de taxas para picos locais de taxas;

· As exchange de criptomoedas podem mudar para um modo de prova de reserva e estender os limites de confirmação para lidar com o risco da partição minoritária enquanto emitem políticas explícitas—definindo contagens de confirmação necessárias com base na duração do isolamento quando os levantamentos estão suspensos;

· As crypto wallet devem avisar claramente os utilizadores sobre riscos de finalidade regional, desativar o rebalanceamento automático de canais e colocar em fila transações sensíveis ao tempo para retransmitir após a recuperação da rede;

· Os mineiros devem manter conexões upstream diversificadas e evitar modificar manualmente a "regra de seleção da cadeia mais longa" padrão durante a coordenação.

Do ponto de vista do design, o protocolo em si pode sobreviver—os nós convergirão automaticamente para a cadeia com mais trabalho acumulado assim que se reconectarem.

No entanto, a experiência do utilizador durante uma divisão será grandemente diminuída porque a finalidade económica depende da propagação consistente de dados globais.

No pior cenário de uma desconexão de múltiplos hubs com duração de um dia, os resultados mais prováveis são: indisponibilidade transfronteiriça temporária, picos de taxas severos e desiguais, e reorganizações profundas que levam a falhas de confirmação regionais.

Após a recuperação da rede, o software reconciliará deterministicamente o livro-razão e os serviços retomarão a funcionalidade total após a conclusão das verificações operacionais.

O passo final é: uma vez que o saldo e o histórico de transações na cadeia vencedora sejam consistentes, reabrir levantamentos e canais da Lightning Network.

Se a Divisão for Irreparável

O que aconteceria se aqueles hubs de rede mencionados no início fossem irreparavelmente incapazes de recuperar? Neste cenário distópico, o Bitcoin que conhecemos deixaria de existir.

No seu lugar, haveria partições geográficas permanentes, cada uma operando como uma rede Bitcoin independente: partilhando as mesmas regras mas incapazes de comunicar entre si.

Cada partição continuaria a minerar, ajustar a dificuldade ao seu próprio ritmo e desenvolver sistemas económicos, livros de ordens e mercados de taxas distintos. Sem restaurar a conectividade ou selecionar uma única cadeia através de coordenação manual, não haveria mecanismo para reconciliar os históricos de transações de diferentes partições.

Consenso e Ajuste de Dificuldade

Antes de cada partição completar a próxima ronda de 2016 blocos para ajuste de dificuldade, o tempo de bloco variaria com base no hashrate alcançável ser mais rápido ou mais lento. Após o ajuste, cada partição reestabilizaria o seu tempo de bloco local para cerca de 10 minutos.

Com base na distribuição estimada de hashrate passado, os tempos iniciais de ajuste de dificuldade para cada partição seriam os seguintes:

Após o ajuste inicial, cada partição manteria tempos de bloco de aproximadamente 10 minutos, seguidos por halvings e ajustes de dificuldade independentes.

Sem conexões transcontinentais, cada região precisaria de 31 dias, 40 dias e 70 dias respetivamente para atingir o seu primeiro alvo de reajuste de dificuldade.

Devido às diferentes velocidades a que as alturas de halving são atingidas antes do ajuste inicial de dificuldade, as datas de halving para cada partição desviariam gradualmente com base no tempo real.

Oferta e a “Definição de Bitcoin”: Taxas, Mempool e Pagamentos

Dentro de cada partição, o limite de oferta de 21 milhões de moedas por cadeia permanece em vigor. No entanto, de uma perspetiva global, a oferta total de Bitcoin em todas as partições excederia 21 milhões de moedas—porque cada cadeia emitiria independentemente recompensas de bloco.

A nível económico, isto cria três ativos BTC mutuamente incompatíveis: partilham endereços e chaves privadas mas têm conjuntos de UTXO (Unspent Transaction Output) diferentes.

Uma chave privada pode controlar tokens em todas as partições simultaneamente: se um utilizador gastar o mesmo UTXO em duas regiões, essas transações seriam válidas nas suas respetivas cadeias locais, criando finalmente “tokens divididos”: partilham o histórico pré-divisão mas têm históricos pós-divisão inteiramente diferentes.

· O mempool será permanentemente localizado e pagamentos entre shards não se propagarão; quaisquer tentativas de pagar a utilizadores noutros shards não chegarão aos destinatários pretendidos.

· O mercado de taxas formará um equilíbrio local: durante o longo período antes do primeiro ajuste de dificuldade, shards com uma pequena percentagem de hashrate estarão mais congestionados, mas voltarão ao normal após o ajuste.

· Canais da Lightning Network entre shards serão incapazes de rotear: HTLCs expirarão, as contrapartes publicarão transações de compromisso e as operações de fecho de canal só serão eficazes dentro do shard local, levando a um impasse de liquidez entre shards.

Segurança, Mercados e Infraestrutura

O orçamento de segurança de cada shard é igual à soma do hashrate local e das taxas. O hashrate de um shard que compreende apenas 20% da rede original significa que o custo de ataque seria significativamente menor do que a rede global original.

A longo prazo, os mineiros podem migrar para shards com um "preço de token mais alto e custo de energia mais baixo", alterando assim o panorama de segurança de cada shard.

Como os cabeçalhos de bloco não podem ser passados entre shards, um atacante num shard não pode adulterar o histórico de transações de outro shard, confinando qualquer comportamento de ataque a uma região específica.

· As plataformas de negociação serão regionalizadas e os pares de negociação divergirão—resultando em variações como BTC-A (Edição Américas), BTC-E (Edição Euro-África), BTC-X (Edição Ásia-Pacífico), com cada shard ainda a referir-se a eles como BTC.

· Rampas de entrada/saída fiat, serviços de custódia, mercados de derivados e redes de liquidação focar-se-ão em cadeias de regiões específicas. Fornecedores de índices e de dados precisarão de escolher uma única cadeia para cada plataforma ou fornecer dados compostos para múltiplas cadeias regionais.

· Ativos cross-chain e serviços de oráculo que dependem de fontes de dados globais falharão ou dividir-se-ão em versões regionais.

As regras do protocolo permanecerão consistentes sem alterações de coordenação local dentro de um shard, mas atualizações num shard não serão eficazes noutros, levando potencialmente a uma divergência gradual de regras ao longo do tempo.

Software de pool de mineração, exploradores de blocos e carteiras precisarão de construir infraestrutura independente para cada shard, e serviços multi-host carecerão de coordenação de saldo cross-chain sem estratégias manuais.

Podem os shards reorganizar-se sem uma conexão tipo hub?

Se o caminho de comunicação não puder ser restaurado indefinidamente, a convergência ao nível do protocolo será impossível.

A única forma de regressar a um único livro-razão é através de meios sociais e operacionais: por exemplo, coordenar partes para escolher a cadeia de um shard específico como a ortodoxa enquanto se abandona ou repete transações de outros shards.

Após semanas de profundo desacordo, já não é viável reorganizar automaticamente de volta para uma única cadeia.

Destaques Operacionais

Devemos tratar a divisão permanente como um “hard fork do histórico pré-divisão partilhado” para lidar com:

· Gerir adequadamente as chaves privadas para garantir o gasto seguro de tokens pós-divisão;

· Usar apenas saídas de transação únicas para cada partição para evitar repetir acidentalmente transações entre partições;

· Estabelecer contabilidade, mecanismos de preços e sistemas de controlo de risco separados para cada partição.

Mineiros, exchange de criptomoedas e custodiantes devem escolher uma partição principal, publicar identificadores de cadeia e desenvolver políticas de depósito e levantamento para cada cadeia.

Em suma, se o hub da rede principal nunca puder ser restaurado e não houver caminho alternativo para colmatar a lacuna de comunicação, o Bitcoin não perecerá; evoluirá para múltiplas redes Bitcoin independentes que nunca poderão ser reunidas.

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