Nós Blockchain: Guia Completo para Entender seus Tipos e Funcionamento

Um nó blockchain é um ponto na rede cuja função principal é distribuir dados entre outros nós, garantindo a descentralização do sistema enquanto mantém o fluxo eficiente de informações. Os nós podem atuar como intermediários na transmissão de dados ou como destinatários finais, formando a estrutura fundamental que sustenta qualquer rede blockchain.

Características Técnicas dos Nós Blockchain

Um nó é essencialmente um computador (servidor) com uma carteira de criptomoedas instalada, sincronizado com outros dispositivos semelhantes. O conjunto destes nós forma a blockchain. Esta arquitetura em rede permite a distribuição rápida e eficiente de grandes volumes de dados.

O funcionamento de um nó depende diretamente da capacidade do servidor. Qualquer dispositivo capaz de transmitir informações via internet pode servir como nó, desde que equipado com o software específico necessário para esta função.

Na maioria dos sistemas blockchain, os nós desempenham três funções essenciais:

• Armazenar e distribuir informações sobre transações e saldos nas carteiras dos participantes da rede
• Monitorar a implementação das regras de consenso (PoS, PoW, entre outros algoritmos)
• Manter o funcionamento dos registros distribuídos, que contêm o histórico completo de transações desde a criação da rede

É importante destacar que os nós necessitam de conexão à internet para funcionar. Um dispositivo de armazenamento offline não consegue atuar como nó. No entanto, torna-se um nó completo assim que estabelece conexão com a internet.

A Importância dos Nós para as Redes Blockchain

Para garantir o funcionamento estável de uma blockchain, é necessária uma rede de servidores sincronizados entre si. O principal valor desta configuração é proporcionar descentralização sem comprometer a velocidade de interação entre as matrizes de informação.

Considerando que os nós computacionais estão distribuídos em diferentes países e cidades, mesmo o bloqueio da internet em uma região específica não causaria a interrupção da blockchain. Entretanto, se todos os nós estivessem concentrados nas mãos de um único grupo, estes poderiam controlar completamente a rede, comprometendo o princípio da descentralização.

A descentralização representa uma das principais vantagens das criptomoedas. Para assegurar esta característica e obter o efeito de distribuição de dados, as blockchains utilizam numerosos nós menores que, embora não participem da mineração, armazenam todo o histórico de transações. Isto impede que um grupo limitado de pessoas assuma o controle do registro distribuído.

Os usuários que disponibilizam seu poder computacional para garantir o funcionamento da blockchain recebem recompensas, incentivando mais pessoas a conectarem seus computadores à rede distribuída.

Tipos de Nós nas Redes Blockchain

Os nós blockchain variam em função e propósito. Existem tipos padrão presentes em muitas blockchains, além de modelos adicionais utilizados em redes específicas com funcionalidades expandidas.

Nós Completos (Full Nodes)

Este foi o primeiro tipo de nó, originalmente criado para a rede Bitcoin. Os nós completos formam a base da blockchain e participam na execução de transações.

Um nó completo contém todas as informações sobre transações e blocos desde o lançamento da rede até o momento atual. Quando um usuário transfere criptomoedas, a operação é verificada por todos os nós e registrada em seu histórico.

Dezenas de milhares de nós completos podem operar simultaneamente em uma blockchain, trocando informações constantemente entre si. O processamento deste enorme fluxo de dados requer considerável poder computacional.

Quando um usuário instala um nó completo pela primeira vez, deve sincronizá-lo com a rede, baixando toda a blockchain. Em algumas redes, este processo demanda bastante memória. Por exemplo, em novembro de 2022, o tamanho da blockchain do Bitcoin era de 438 GB, podendo levar várias semanas para sincronização completa.

Se um nó ficar desconectado da rede por algum tempo, ao reconectar-se precisará sincronizar novamente, baixando todas as informações geradas durante o período de ausência.

Os nós completos possuem um conjunto específico de recursos que os diferenciam de outros tipos. Uma das funções mais importantes é verificar assinaturas (chaves) para confirmar transações e blocos. Se um erro for detectado, o nó pode rejeitar a operação. Os motivos podem variar: formato incorreto, erros de algoritmo, duplicação, manipulação de registros, entre outros.

Usuários que operam nós completos podem verificar independentemente as transferências recebidas e, se desejarem, também participar da mineração e receber recompensas.

Nós Leves (Light Nodes)

Os nós leves não contêm informações completas sobre a blockchain. Este tipo de nó armazena apenas o registro do bloco ao qual está conectado e geralmente não opera continuamente.

Normalmente, um nó leve é um software que se conecta a um nó completo e transmite informações deste para o computador do usuário, como saldo da conta e histórico de transações. Na prática, um nó leve utiliza um nó completo como ponte para acessar a blockchain.

Um nó leve possui as funções essenciais para utilização de criptomoedas, sem exigir grande poder computacional ou memória, podendo ser executado até mesmo em dispositivos móveis. A sincronização geralmente leva apenas alguns segundos.

Nós Completos Podados (Pruned Full Nodes)

Este tipo de nó baixa toda a blockchain e a sincroniza apenas na primeira inicialização. Em seguida, carrega automaticamente novos blocos e elimina os antigos quando um determinado limite de memória é atingido. Normalmente, o usuário pode definir o tamanho do nó nas configurações, por exemplo, 10 GB.

Nós Mineradores (Mining Nodes)

Os nós mineradores participam do processo de mineração de criptomoedas e são utilizados exclusivamente em blockchains baseadas no algoritmo de Prova de Trabalho (PoW). Podem ser completos ou leves.

Para operar este tipo de nó, o usuário deve dispor de equipamento computacional potente:

• Unidade Central de Processamento (CPU)
• Unidade de Processamento Gráfico (GPU)
• Circuito Integrado de Aplicação Específica (ASIC)

Também é necessária a instalação de software especializado.

No processo de mineração de Bitcoin, por exemplo, é preciso resolver problemas matemáticos complexos. Como resultado destes cálculos, o minerador encontra um valor de código único: um hash, que serve como prova do trabalho realizado.

O minerador então envia o hash encontrado para outros nós, que verificam sua conformidade com os requisitos. Se a verificação for bem-sucedida, o minerador pode adicionar um novo bloco e receber a recompensa correspondente.

Nós de Staking (Staking Nodes)

Este é o equivalente aos nós mineradores em blockchains que utilizam o algoritmo de Prova de Participação (PoS). Um nó de staking também é necessário para validar transações e adicionar novos blocos, podendo ser completo ou leve.

Neste caso, a recompensa não é concedida por cálculos matemáticos, mas pelo depósito de uma determinada quantidade de moedas na conta. Consequentemente, para operar um nó de staking não é necessário adquirir equipamentos caros. Basta configurar o software corretamente e depositar o valor exigido.

Masternodes

Um masternode é análogo a um nó completo: também armazena todas as informações da blockchain e sincroniza-se com ela, mas possui funções adicionais. São necessários para garantir o anonimato ao dividir as transações e enviá-las entre carteiras.

O proprietário de um nó completo pode obter um masternode se cumprir as condições estabelecidas pela blockchain. Normalmente, o requisito principal é depositar e manter uma determinada quantidade de moedas em sua conta, além de realizar configurações específicas no servidor (que variam entre diferentes criptomoedas).

Quando um usuário realiza uma transação anônima, suas moedas são "misturadas" nos masternodes. Este processo pode envolver diferentes números de nós, distribuídos globalmente e selecionados aleatoriamente. O número de rodadas de mistura também varia, podendo ser configurado manual ou automaticamente. Como resultado, torna-se impossível rastrear a conexão entre remetente e destinatário.

Os masternodes podem operar com o algoritmo PoS ou com um consenso híbrido PoW/PoS. Para incentivar os usuários a criar e gerenciar masternodes, o sistema concede-lhes uma parte das comissões dos mineradores. O valor da recompensa varia entre diferentes blockchains.

Na blockchain NEM (XEM), o masternode é denominado supernó.

Nós Lightning

A Lightning Network (LN) é um complemento de segunda camada para a blockchain do Bitcoin, consistindo em uma rede de canais de pagamento entre usuários. Este sistema utiliza nós especiais ultrarrápidos que se sincronizam entre si e com a blockchain principal.

Os nós Lightning verificam apenas as transações diretamente associadas a eles (diferentemente dos nós padrão, que verificam todas as transações na blockchain). Graças a esta característica, alcança-se máxima velocidade no processamento de transações.

Validadores e Oráculos

Estas são funções adicionais que um nó pode desempenhar em uma rede descentralizada:

• Um nó validador é um dispositivo que verifica e aprova transações. Estes nós podem operar utilizando diferentes algoritmos, dependendo das características da blockchain.
• Um oráculo é um nó que transmite informações de sistemas externos para a blockchain. Um exemplo destes dados poderia ser o preço atual de moedas em uma exchange que opera em blockchain.

É necessário um script específico para converter as informações em um formato compreensível para contratos inteligentes. Em seguida, o validador valida os dados do oráculo junto com todas as outras informações na blockchain.

Neste caso, o sinal de um oráculo é verificado por grande quantidade de validadores, aumentando a segurança geral da rede.

Forks e Mudanças nas Funções dos Nós

Qualquer projeto de criptomoeda pode ser atualizado periodicamente. Para que as atualizações tenham efeito em toda a rede, todos os nós devem aceitá-las. Ocasionalmente, podem surgir desacordos na comunidade de desenvolvedores e validadores sobre a implementação de determinadas atualizações, com parte dos nós aceitando-as e outros rejeitando-as. O processo de introdução dessas mudanças é chamado fork.

Existem dois tipos de forks:

• Um soft fork representa mudanças e melhorias suaves que não contradizem a configuração básica da blockchain. Para aceitá-las, o proprietário do nó deve atualizar o software. Mesmo se apenas parte dos nós aceitar esta atualização, o sistema continuará funcionando de forma estável.
• Um hard fork implica mudanças significativas na blockchain. Como resultado, os tipos de nós na rede podem mudar completamente. Por exemplo, em setembro de 2022, a criptomoeda Ethereum migrou do algoritmo PoW para PoS. Consequentemente, os nós de mineração desapareceram e surgiram nós de staking com funções de validação.

Se houver desacordo na comunidade sobre a aceitação de um hard fork, a rede se divide em duas blockchains incompatíveis: uma mantém a configuração original e a outra adota as novas especificações.