Estudo sobre mecanismos de consenso de baixo custo para Blockchain

Orientador: Marco Aurélio Amaral Henriques Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O conceito de blockchain (cadeia de blocos) introduzido com a invenção da criptomoeda Bitcoin tem sido objeto de intensas discussões sobre seu potencial de viabilizar novos tipos de aplicações e serviços na Internet. As blockchains mais usadas atualmente (nos sistemas Bitcoin e Ethereum) são baseadas no conceito de Prova de Trabalho (Proof-of-Work ou PoW), no qual o consenso entre partes adversárias é garantido pela execução de um grande volume de cálculos de funções de dispersão (hash). Como consequência, tem havido uma grande competição e um aumento constante dos requisitos computacionais e de energia necessários para criar blocos em uma destas blockchains, o que cada vez mais afasta os usuários comuns e concentra o controle do sistema nas mãos de alguns poucos grupos. O primeiro objetivo deste trabalho foi estudar e comparar mecanismos de consenso alternativos para blockchains. Um segundo objetivo foi definir os requisitos que um novo mecanismo de consenso deve possuir para viabilizar a participação de praticamente qualquer usuário na blockchain, sem exigir recursos vultuosos para investimentos em equipamentos e energia elétrica. Como terceiro objetivo, tivemos o projeto e implementação de uma nova blockchain que serviu como prova de conceito para o novo mecanismo de consenso proposto. Finalmente, foram feitas discussões e comparações do novo mecanismo implementado com similares na literatura, a fim de mostrar o quão próximo se chegou de um mecanismo ideal, que facilita a participação de todos e torna as blockchains mais distribuídas, como idealizadas originalmente Abstract: The blockchain concept, introduced with the invention of Bitcoin cryptocurrency, has been the subject of intensive discussions about its potential to enable new kinds of applications and services on Internet. The most commonly used blockchains (in the Bitcoin and Ethereum systems) are based on the concept of Proof-of-Work (PoW), in which the consensus between opposing parties is guaranteed by the execution of a large volume of hash function calculations. As a consequence, there has been a great deal of competition and a steady increase in the computational and power requirements needed to create blocks in one of these blockchains, which puts away ordinary users and concentrates the control of the system in the hands of a few groups. The first objective of this work was to study and compare alternative consensus mechanisms for blockchains. A second objective was to define the requirements that a new consensus mechanism must have to enable practically any user to participate in the blockchain, without demanding huge resources for investments in equipment and energy. As a third objective, we had the design and implementation of a new blockchain that served as proof of concept for the proposed new consensus mechanism. Finally, we discussed and compared the new implemented mechanism with similar ones , in order to show how close it has come to an ideal consensus, which facilitates the participation of everybody and makes blockchains more distributed, as originally idealized Mestrado Engenharia de Computação Mestre em Engenharia Elétrica CAPES 8882,329365/2017