O que são nós? Tipos de nós e como funcionam na blockchain

O que é um Node

Um Node é qualquer computador ou dispositivo ligado a uma rede blockchain ou de criptomoedas. No ecossistema blockchain, os nodes comunicam entre si, assegurando a manutenção, verificação e segurança da integridade da blockchain. Cada node é fundamental para o funcionamento eficiente e a descentralização da rede.

Os nodes são essenciais para os sistemas blockchain, pois a blockchain funciona sem intermediários, numa arquitetura descentralizada. Este modelo baseia-se numa rede peer-to-peer (P2P), onde os nodes têm de estar ligados e comunicar para validar transações e manter o consenso. Sem nodes, não haveria forma de garantir a verificação dos dados em toda a rede, inviabilizando o carácter distribuído da blockchain.

Em suma, os nodes constituem a espinha dorsal das redes blockchain, garantindo transparência, segurança e descentralização. Armazenam cópias do registo da blockchain, validam novas transações e propagam informação na rede para assegurar a consistência.

Tipos de Nodes

Os nodes blockchain dividem-se em dois tipos principais, consoante a sua função e a quantidade de dados que armazenam:

• Full Node
• Light Node

Cada tipo tem funções distintas no ecossistema blockchain e caraterísticas próprias, adequadas a diferentes utilizações.

Full Node

Um Full Node armazena o histórico completo de todas as transações da blockchain. Estes nodes mantêm uma cópia integral do registo e são essenciais para validar transações e garantir o consenso da rede. Os Full Nodes subdividem-se em duas subcategorias:

Archival Full Nodes

Os Archival Full Nodes são o tipo mais completo de node numa rede blockchain. As suas principais funções são:

• Armazenar toda a blockchain, com registos detalhados de todas as transações
• Validar a exatidão das transações e ajudar a manter o consenso entre os participantes
• Servir de referência histórica para toda a blockchain, essenciais para auditorias e investigação

Os Archival Full Nodes agrupam-se em quatro tipos especializados:

• Mining Nodes: Validam transações através do mecanismo Proof of Work (PoW). Os mineradores competem para resolver problemas matemáticos complexos, adicionando novos blocos à blockchain e recebendo recompensas em criptomoeda pelo trabalho realizado.

• Authority Nodes: Utilizados sobretudo em redes centralizadas ou permissionadas, estes nodes são designados pela entidade responsável para validar transações e manter o registo.

• Master Nodes: Dedicam-se exclusivamente à validação e registo de transações, não participando na mineração. Podem ainda disponibilizar serviços como transações instantâneas ou funcionalidades de privacidade, de acordo com o protocolo.

• Staking Nodes: No mecanismo Proof of Stake (PoS), validam transações e criam novos blocos ao colocar uma determinada quantia de criptomoeda em garantia, em vez de recorrer à mineração computacional.

Pruned Full Nodes

Os Pruned Full Nodes são uma alternativa mais eficiente em termos de armazenamento aos Archival Full Nodes, mantendo funções relevantes:

• Reduzem o espaço ocupado ao eliminar blocos antigos desnecessários para a validação
• Conservam apenas os dados de transações recentes, suficientes para validar novas operações
• Equilibram funcionalidade e eficiência, permitindo a utilizadores com menos recursos contribuir para a rede

Os Pruned Full Nodes são ideais para quem quer reforçar a segurança da rede sem grandes necessidades de armazenamento.

Light Node

Os Light Nodes, também designados Lightweight Nodes ou Simplified Payment Verification (SPV) nodes, descarregam apenas parte dos dados da blockchain, e não o registo completo. Foram pensados para quem necessita de interagir com a blockchain sem as exigências de um Full Node.

Incluem:

• Lightweight Nodes: Otimizam o armazenamento ao descarregar apenas dados selecionados, como cabeçalhos de blocos. Dependem dos Full Nodes para validar detalhes das transações, sendo apropriados para carteiras móveis e aplicações com recursos limitados. Permitem enviar e receber transações sem armazenar a blockchain inteira.

• Lightning Nodes: Nodes especializados em transações off-chain, tornando pagamentos mais rápidos e económicos. Integrados em soluções de escalabilidade Layer 2, permitem realizar múltiplas transações sem registo individual na blockchain principal, acelerando o processo e reduzindo comissões.

Os Light Nodes são a solução ideal para utilizadores comuns que pretendem participar na rede blockchain sem a complexidade de operar um Full Node.

Importância dos Nodes em Blockchain

Os nodes têm funções essenciais para a saúde e segurança das redes blockchain:

• Manutenção da Rede: Garantem o funcionamento eficiente ao validar transações continuamente e propagar informação, impedindo a entrada de dados inválidos.

• Prevenção de Fraude: Validam transações segundo regras de consenso, impedindo manipulação da rede ou fraudes como double-spending.

• Imutabilidade das Transações: Confirmam que, uma vez registadas, as transações não podem ser alteradas ou revertidas, assegurando a confiança e segurança da blockchain.

• Propagação de Informação: Comunicando dados de transação entre si, garantem o acesso universal à mesma informação e eliminam pontos únicos de falha.

• Distribuição do Registo: Os Full Nodes mantêm cópias completas da blockchain, assegurando redundância e o funcionamento contínuo da rede, mesmo com alguns nodes offline.

A descentralização dos nodes impede o controlo por uma única entidade, tornando a blockchain resistente à censura e manipulação centralizada.

Nodes e Mecanismos de Consenso

Como não existe uma autoridade central para validar transações nas redes blockchain, a validação é feita por Node Validators recorrendo a algoritmos de consenso. Estes algoritmos agregam informação dos nodes participantes, garantindo um acordo comum sobre o estado da blockchain.

Os mecanismos de consenso variam consoante o protocolo, mas envolvem sempre os nodes em tarefas como:

• Propor novos blocos com transações validadas
• Votar ou sinalizar concordância quanto à validade desses blocos
• Chegar a acordo coletivo antes de adicionar blocos à cadeia

Os mecanismos mais frequentes são Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS), Delegated Proof of Stake (DPoS) e Byzantine Fault Tolerance (BFT). Cada um exige diferentes formas de participação e validação por parte dos nodes.

O que é Hash Mining?

Hash mining é o processo em que certos nodes, chamados Mining Nodes, validam transações em redes blockchain que usam Proof of Work. O objetivo é validar transações rapidamente e manter a segurança da rede.

Os mineradores resolvem problemas matemáticos complexos (puzzles criptográficos) para adicionar novos blocos à blockchain. Este processo implica:

• Recolher transações pendentes do mempool da rede
• Organizar transações num bloco candidato
• Calcular funções hash repetidas vezes até encontrar um valor que satisfaça a dificuldade estabelecida
• Transmitir o bloco validado para verificação pelos outros nodes

Quando um Mining Node minera um novo bloco com sucesso, recebe uma recompensa em criptomoeda, normalmente composta pelo prémio do bloco e as comissões das transações. Este incentivo motiva os mineradores a disponibilizar recursos computacionais para proteger a rede.

A dificuldade de mineração ajusta-se periodicamente para garantir tempos consistentes de produção de blocos, independentemente do poder de mineração total.

Porque deve considerar operar um Node

Operar um node de blockchain traz benefícios tanto para o utilizador como para a rede:

• Maior segurança: Garante a validação independente das suas transações, sem depender de terceiros.

• Proteção da rede: Ajuda a reforçar a segurança e descentralização da blockchain, tornando-a mais resistente a ataques e censura.

• Participação na governança: Muitos projetos permitem que operadores de nodes participem em votações sobre atualizações do protocolo ou definições da rede.

• Custo reduzido: Não exige equipamento dispendioso, apenas uma ligação estável à internet e largura de banda suficiente.

• Privacidade: Ao operar o seu próprio node, não precisa de partilhar dados de transação com terceiros.

• Promoção da descentralização: Quanto maior o número de nodes, mais resiliente e descentralizada é a rede.

Princípios básicos para configurar um Node

Configurar um node blockchain exige requisitos técnicos mínimos, que variam conforme a rede. As especificações habituais incluem:

• Sistema operativo: Computador com versões recentes de Windows, Linux ou macOS
• RAM: Pelo menos 2 GB, sendo recomendada mais memória para melhor desempenho
• Armazenamento: Cerca de 200 GB de espaço livre para Full Nodes (pode variar consoante a blockchain)
• Ligações à internet: Ligação ilimitada ou de alta capacidade para comunicação com outros nodes
• Tempo de atividade: O node deve operar pelo menos 6 horas diárias para contribuir eficazmente

Para nodes Bitcoin, dispositivos Raspberry Pi são populares devido ao baixo consumo, preço acessível e desempenho suficiente. Permitem correr Full Nodes de modo eficiente, minimizando custos de energia.

O processo de configuração envolve normalmente:

1. Descarregar o software cliente da blockchain
2. Configurar as definições de rede e armazenamento
3. Sincronizar com a rede blockchain
4. Manter o node atualizado

Fornecedores de serviços de Nodes Blockchain

Quem pretende aceder à funcionalidade de node sem gerir a infraestrutura, pode recorrer a Fornecedores de Serviços de Nodes Blockchain. Estes fornecedores gerem e mantêm nodes pelos utilizadores, oferecendo acesso através de APIs.

Os fornecedores facilitam:

• Configuração inicial
• Manutenção e atualizações
• Gestão de hardware e infraestrutura
• Garantia de tempo de atividade e fiabilidade

Destacam-se plataformas como Infura, GetBlock e Alchemy. Estes serviços são valiosos para developers de aplicações descentralizadas (dApps) que necessitam de dados fiáveis sem gerir nodes próprios.

Apesar da conveniência, usar fornecedores de nodes implica algum grau de centralização e confiança, motivo pelo qual alguns preferem operar nodes próprios.

Perguntas Frequentes

O que são nodes em blockchain? Qual o papel dos nodes na blockchain?

Os nodes blockchain são pontos da rede que distribuem e validam dados em todo o sistema. Garantem a transmissão da informação, mantêm a descentralização e validam transações para proteger toda a rede blockchain.

Que tipos de nodes existem em blockchain? Quais as diferenças entre full nodes, light nodes e validator nodes?

Os Full Nodes armazenam toda a blockchain e validam transações de forma independente, garantindo máxima segurança. Os Light Nodes armazenam apenas cabeçalhos de blocos e usam provas Merkle para validação, exigindo menos recursos. Os Validator Nodes participam nos mecanismos de consenso para validar e criar novos blocos.

Como operar um node de blockchain? Quais os requisitos de hardware e software?

Para operar um node blockchain é necessário pelo menos CPU de 1 GHz, espaço de armazenamento adequado e ligação estável à internet. A configuração mínima permite funcionar num PC standard, mas nodes maiores exigem mais capacidade e largura de banda. Descarregue o software do node do repositório oficial da blockchain e siga as instruções de instalação para o seu sistema.

Quais os benefícios de operar nodes? É possível obter rendimento?

Operar nodes apoia as redes blockchain e permite participar no consenso. Os Full Nodes não geram rendimento direto, mas Validator e Staking Nodes recebem recompensas pela validação de blocos e taxas de transação, criando potenciais fontes de rendimento nas redes proof-of-stake.

Quais as diferenças entre nodes em diferentes blockchains (como Bitcoin e Ethereum)?

Os nodes Bitcoin e Ethereum diferem sobretudo no tempo de bloco e nos mecanismos de consenso. Nodes Bitcoin validam transações com blocos de 10 minutos, enquanto os de Ethereum processam blocos a cada 12 segundos. Os nodes Ethereum executam também smart contracts, ao passo que os de Bitcoin se focam na validação de transações. Os requisitos de armazenamento e sincronização também variam.

Como participam os nodes nos mecanismos de consenso blockchain? Qual o processo de validação de transações pelos nodes?

Os nodes participam no consenso recolhendo e validando transações através de algoritmos criptográficos. Verificam a autenticidade, acordam com outros nodes e adicionam as transações validadas aos blocos, assegurando a proteção da rede blockchain via consenso distribuído.