IOTA - O que é emaranhado?

O emaranhado é o apelido usado para descrever o gráfico acíclico dirigido (DAG) da IOTA baseado na liquidação da transação e na camada de integridade de dados focada na Internet das Coisas (IoT). O emaranhado é essencialmente uma sequência de transações individuais que estão interligadas entre si e armazenadas por meio de uma rede descentralizada de participantes do nó.

É importante ressaltar que o Emaranhado não tem mineiros como usuários da função de rede como os próprios mineiros realizando pequenas Provas de Trabalho (PoW) computacionais para cada transação, verificando transações anteriores enviadas à rede. Focado em permitir que a rede seja escalonada para uma rede global de micropagamento de dispositivos IoT interconectados, o The Tangle foi projetado para oferecer uma solução para a natureza heterogênea dos sistemas blockchain atuais. Como o emaranhado papel branco coloca:

“Existem dois tipos distintos de participantes no sistema, aqueles que emitem transações e aqueles que aprovam transações. O desenho deste sistema cria uma discriminação inevitável de alguns participantes, o que por sua vez cria conflitos que fazem com que todos os elementos gastem recursos na resolução de conflitos. Os problemas mencionados acima justificam uma busca por soluções essencialmente diferentes da tecnologia blockchain, a base para Bitcoin e muitas outras criptomoedas. ”

IOTA - O que é emaranhado?

A Rede IOTA e o DAG

A rede IOTA é mantida atualmente pela IOTA Foundation e é uma das criptomoedas mais conhecidas atualmente. A principal diferença que separa o IOTA de outras redes de blockchain é que o Tangle, a estrutura de dados subjacente em que o IOTA é construído, é na verdade um blockchain “sem bloco”. Em vez de transações criadas por usuários serem incorporadas em blocos por mineradores, os usuários funcionam como mineradores e criadores de transações.

Isso é o resultado do Emaranhado composto de um DAG em vez de um blockchain para armazenar seu livro-razão. O foco principal da utilização do Tangle é criar uma estrutura escalonável para transações, especificamente micropagamentos, entre dispositivos IoT onde a rede irá, teoricamente, ser escalonada em proporção à quantidade de transações que estão sendo enviadas à rede. Com a escalabilidade um problema fundamental nas principais plataformas de criptomoeda hoje (embora várias soluções inovadoras estejam em desenvolvimento), o Tangle foi projetado para facilitar o crescimento de uma vasta rede futura de dispositivos interconectados.

No lugar de mineiros no Emaranhado, os criadores das transações devem verificar duas transações anteriores na rede e cada transação requer um pequeno cálculo PoW em nome do usuário. Notavelmente, não há taxas ao utilizar um Emaranhado, pois a rede não é heterogênea onde os incentivos precisam ser aplicados a participantes distintos no ecossistema.

A chave para o Emaranhado é o uso de Gráficos acíclicos dirigidos (DAGs) em vez de um blockchain. O DAG funciona efetivamente como um gráfico direcionado finito, onde uma coleção de vértices (quadrados) são conectados por arestas (setas). Um exemplo do gráfico da IOTA Foundation’s blog está abaixo.

O emaranhado

Cada transação é representada por um vértice no gráfico e as setas representam as conexões de aprovação entre cada transação. Cada transação recebida precisa aprovar duas transações anteriores para ser validada e, como resultado, as arestas (setas) representam a conexão de cada transação com as anteriores. Por exemplo, 5 aprova 2 e 3 por meio de aprovações diretas, embora também seja um aprovador indireto de 1.

Notavelmente, a transação 0 é a transação de gênese e, no caso do IOTA, contém todos os MIOTA (moeda IOTA) que serão criados. A transação 6 é referida como uma dica de transação porque é uma transação não aprovada, que você verá que é importante na estrutura da transação.

Guia IOTA

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A Estrutura da Transação

Cada transação recebida no Tangle precisa aprovar 2 dicas. A estratégia implementada para selecionar quais dicas serão aprovadas por uma transação específica de entrada é uma das facetas mais importantes do Emaranhado. Isso é conhecido como algoritmo de seleção de ponta e, no Emaranhado, é obtido por meio do aproveitamento de uma forma otimizada de caminhadas aleatórias, principalmente a caminhada aleatória ponderada.

É importante ressaltar que as transações no DAG não são distribuídas uniformemente ao longo do tempo, há um atraso intencional que torna as transações de entrada invisíveis por um curto período para replicar a latência do mundo real. O efeito também é que o emaranhado de transações é mais diverso e não apenas uma cadeia de transações.

A aleatoriedade dessa disseminação de transações é realizada por meio do Processo de Poisson Point, que é um método em probabilidade usado para mapear pontos aleatórios em um espaço matemático, neste caso, o DAG. No Emaranhado, apesar do atraso intencional das transações de entrada, a média geral da taxa de transações de entrada permanece constante. O símbolo Lambda é usado para denotar a taxa média de transações recebidas e balancear um Lambda que não seja muito alto ou baixo é pertinente para manter uma rede diversificada de transações. Com um Lambda de 0, a rede de transações do Tangle consistiria apenas em uma cadeia linear de transações vinculadas a apenas uma transação de aprovador. Obviamente, isso não é ideal para uma rede escalonável de milhares de dispositivos interconectados.

Dicas de transação & The Random Walk

O algoritmo de seleção de pontas do Tangle é baseado em um conceito conhecido como passeios aleatórios. Basicamente, o seletor das dicas (transações não aprovadas) começa na transação de gênesis e “caminha” linearmente pelo DAG em direção às dicas mais recentes, da esquerda para a direita. Existem dois tipos de passeios aleatórios:

  • Caminhada aleatória não ponderada
  • Caminhada Aleatória Ponderada

Uma caminhada aleatória não ponderada seleciona a próxima dica de transação para a qual saltar com base inteiramente na probabilidade igual. O passeio aleatório ponderado é mais complexo e coloca pesos cumulativos em cada salto para uma ponta, e é o que o Emaranhado usa. A imagem abaixo do blog IOTA demonstra o conceito de uma caminhada aleatória ponderada onde os pesos cumulativos associam o aumento da probabilidade do seletor saltar para aquela ponta específica sendo demonstrados através de porcentagens.

Caminhada aleatória

É importante notar que o processo de passeio aleatório ponderado ocorre apenas duas vezes para cada transação. No Emaranhado, as transações recebem um peso cumulativo com base no número de transações que aprovam direta e indiretamente. O motivo para isso é mitigar o que se chama de “dicas preguiçosas”, ou transações que apenas validam transações antigas, não acompanhando o estado atual do Emaranhado. Este é um impedimento para a rede, uma vez que essas transações não validam transações antigas.

O método de definir uma regra distinta para a seleção aleatória de cada ponta como uma etapa linear da caminhada aleatória pelo DAG é conhecido como o Cadeia de Markov Monte Carlo (MCMC) técnica, que é o algoritmo de seleção de ponta fundamental do Emaranhado. O MCMC desempenha um papel vital no modelo de transação do Emaranhado e é otimizado com parâmetros específicos que são necessários para garantir a validade do Emaranhado e sustentabilidade a longo prazo.

Assim, o conceito de usar uma caminhada aleatória ponderada cumulativamente (MCMC) em vez da caminhada aleatória não ponderada permite que o Emaranhado evite dicas preguiçosas por meio de um mecanismo de desincentivo pelo qual dicas preguiçosas não serão aprovadas pelas transações de entrada. O seletor no modelo ponderado é mais propenso a pular para pontas mais pesadas do que pontas mais leves. A preferência pelas pontas mais pesadas e, eventualmente, pelo emaranhado de transações mais pesado é importante para o eventual consenso da rede do Emaranhado que resulta de seu design assíncrono.

Validade da transação e consenso eventual

Semelhante a como o blockchain mais longo em Bitcoin representa o mais PoW realizado e, portanto, é o mais confiável e subsequentemente válido, no Emaranhado, a cadeia mais pesada (mais apropriadamente o ramo mais pesado) de transações é o Emaranhado válido. Antes de mergulhar em como eventual consenso e validade de transações são alcançados no Emaranhado, é importante entender como e por que o Emaranhado é considerado assíncrono.

Em geral, uma vez que o MCMC é empregado como o algoritmo de seleção de ponta, nem todos os usuários (nós) verão o mesmo conjunto de transações em uma determinada instância do Emaranhado, e pode até haver transações conflitantes presentes. No entanto, o qualificador distinto aqui é que, devido ao modelo de peso cumulativo adicionado a cada transação, eventualmente, um ramo de transações distintamente mais pesado surgirá sobre um ramo mais leve, que será eventualmente descartado. Além disso, as transações que são antigas o suficiente convergirão para o emaranhado mais pesado e chegarão a um eventual consenso.

O problema de gasto duplo é efetivamente mitigado pela mesma propriedade de peso cumulativo do Emaranhado. As transações que são inválidas não seriam aprovadas pelos aprovadores (usuários / mineradores) e, devido a isso, todas as transações subsequentes que aprovam transações inválidas são consideradas inválidas. Como essas transações inválidas específicas não têm quase tantas conexões de aprovação diretas ou indiretas quanto as conexões válidas (o peso cumulativo é baseado em aprovações indiretas e diretas), elas se tornam parte do ramo mais leve do Emaranhado que é eventualmente descartado.

Um problema claro da perspectiva do usuário, no entanto, é que não há maneira de saber se sua transação é validada ou não e atinge o consenso como parte do ramo mais pesado que eventualmente chega a um consenso sobre o estado do Emaranhado, quando considerado pelo valor de face. A solução para este problema está na confiança de confirmação que é proporcionada a cada transação. Usando uma fórmula proprietária que mede a probabilidade do nível de aceitação de uma transação no Emaranhado, cada transação recebe uma pontuação de confiança de confirmação anotada em uma porcentagem de probabilidade de que foi incluída.

Dicas altamente ponderadas recebem mais consideração para garantir que o ramo mais pesado inclua transações válidas. Eventualmente, isso leva a um consenso de transações válidas, no entanto, abre a porta para um vetor de ataque potencial para um usuário malicioso com poder computacional substancial. Contanto que o usuário seja capaz de enviar tantas ou mais transações do que o resto da rede inteira combinada, esse usuário seria capaz de criar transações inválidas e enganar o Emaranhado, fazendo-o pensar que são parte do ramo válido.

O coordenador e a escalabilidade futura

Para mitigar o problema de um usuário mal-intencionado atacar a rede da maneira acima, a IOTA Foundation atualmente emprega o que é conhecido como The Coordinator. O Coordenador atua como um mecanismo de consenso alternativo centralizado, voluntário e temporário para o Emaranhado.

O Coordenador é usado para emitir uma transação milestone a cada 2 minutos no Tangle, com todas as transações aprovadas pelo Coordenador sendo consideradas como tendo uma confiança de confirmação imediata de 100%. A implementação do coordenador é controversa, mas logicamente compreensível, uma vez que a rede IOTA não contém transações de entrada que interagem entre si no emaranhado o suficiente para mitigar autonomamente contra o vetor de ataque mencionado neste momento atual. Conforme a rede continua a crescer, no entanto, a função do Coordenador será reduzida e eventualmente removida, deixando o Emaranhado funcionar como uma rede totalmente descentralizada protegida por meio de um mecanismo de consenso distribuído utilizando MCMC em todo o DAG.

Conclusão

O Emaranhado foi classificado como o blockchain da “próxima geração” desde seu lançamento original em outubro de 2017. Apesar da controvérsia em torno de sua implementação e potencial e sustentabilidade de longo prazo, o Emaranhado continua sendo um dos conceitos mais fascinantes no reino da criptomoeda.

Com soluções de escalonamento de blockchain no horizonte, ver se o emaranhado “sem blocos” pode ou não ser escalado para níveis onde funciona como a estrutura distribuída para o surgimento da IoT será fascinante de observar.

Mike Owergreen Administrator
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