Bitcoin XT, Forks e tudo mais (parte 2)

No post anterior eu expliquei o que eram os forks, e o que isso tinha a ver com o Bitcoin XT. Nesse post vou tentar esmiuçar um pouco o que é o Bitcoin XT.

Histórico

Desde os primórdios do bitcoin, o tamanho do bloco é o principal fator limitador da capacidade da rede de processar transações. No modelo atual, um bloco pode ter no máximo um megabyte de tamanho, o que limita o numero de transações a cerca de 7 por segundo 1) Bloco de 1Mb, 250 bytes por transação, um bloco a cada 10 minutos, ou 600 segundos, em média \( \Rightarrow \frac{1000000}{250 \times 600} \approx 6.66\) 2)A conta de 250 bytes por transação foi feita pelo próprio Gavin Andresen e postada aqui. Hoje isso parece ser o suficiente, e a não ser em casos onde tentam fazer um "flood" na rede 3)referencia par ao flood de transações na rede. Mike Hearn, o principal desenvolvedor do bitcoin XT fez estimativas usando o valor corrigido de 3,2 transações por segundo4)3,2 transações por segundo é o limite atualmente aceito pois o tamanho médio de transações cresceu desde a previsão do Adresen, veja aqui seria atingido ainda no primeiro semestre de 20165)ver "Bitcoin’s seasonal affective disorder", por Mike Hearn6)Opinião pessoal do autor aqui, olhando o gráfico de tamanho médio dos blocos (e não de numero de transações, como o Hearn fez) vejo que o crescimento dele é sublinear - pode ter a ver com a variação sazonal que ele explica no artigo - e, a não ser durante os ataques de flood que podem ser mitigados de outras maneiras, não está nem perto de chegar no limite dentro de um ano. Veja nesse gráfico.

Dos piezas - on Flickr

Surgiram então ao menos 3 propostas de aumento dos blocos, defendidas por diferentes membros do "core developers"7)Core developers é o nome dado ao time principal de desenvolvimento do bitcoin core. O Jeff Garzik criou o BIP 1008)BIP 100, por Jeff Garzik, que propunha um sistema de votação para aumento dos blocos e o BIP 102 9)BIP 102, por Jeff Garzik que aumenta o bloco para 2Mb uma única vez. O Gavin Adresen propôs o BIP 10110)BIP 101, por Gavin Andersen, que propunha um aumento fixo inicial para 8Mb, dobrando esse tamanho a cada 2 anos até o limite de 20Mb. Por ultimo, o Pieter "sipa" Wuille fez uma proposta conciliatória11)como traduzir "compromise", meu deus? que ficou conhecida como BIP "sipa" e não chegou a ganha numeração definitiva12)BIP "sipa", por Pieter Wuille. Essa proposta aumenta o blockchain gradualmente a cada 97 dias, numa média de 17.7% ao ano a partir de 2017. Os outros dois desenvolvedores do grupo13)Posição do Gregory Maxwell14)Posição do Wladimir J. van der Laan se posicionaram contra o aumento do tamanho do bloco, por entre outros motivos15)Veja um resumo dos argumentos aqui acharem que forçar um hard fork sem consenso da comunidade seria arriscado.

Nesse contexto, a comunidade e os desenvolvedores não conseguiram entrar em consenso. O Gavin Adresen como lider nominal do grupo se sentia pressionado para que uma decisão fosse tomada rapidamente16)citação: "A lot of people are pushing me to be more of a dictator (like Mike) ... that may be what has to happen with the block size. I may just have to throw my weight around and say this is what it's going to be. If you don't like it, find another project.". Aqui entra  em cena o Mike Hearn que já estava descontente com a forma como time de core developers tomava as decisões sobre o desenvolvimento do bitcoin e já vinha se desentendendo com alguns deles17)sobre a discussão com o Wladmir J. van der Laan. Ele então convenceu o Gavin Andresen a ajudá-lo em um novo projeto, construído em cima do Bitcoin Core, onde o processo de tomada de decisão fosse mais ágil e mais focado em atender as necessidades do usuário. O carro chefe desse novo projeto seria a BIP 101 do Gavin, mas ele comportaria outra mudanças. Em meados de agosto o projeto gerou seu primeiro fruto, que é o Bitcoin XT.18)Why is Bitcoin forking?, por Mike Hearn

O que vem no pacote?

O Bitcoin XT, como o próprio projeto diz, nada mais é que uma série de patches aplicados ao Bitcoin Core para conduzi-lo na direção que os novos desenvolvedores, em especial o Mike Hear, acham correta19)citação: "Bitcoin XT is an implementation of a Bitcoin full node, based upon the source code of Bitcoin Core. It is built by taking the latest stable Core release, applying a series of patches, and then doing deterministic builds so anyone can check the downloads correspond to the source code.". O pacote completo de patches inclui, além do BIP 101, as seguintes funcionalidades:20)Veja a lista detalhada dos patches

  • Retransmissão de double spending pelos clientes (para facilitar a identificação de golpistas, a rede não mais filtrará as tentativas de gastar duas vezes a mesma moeda);
  • BIP 64 - "getutxos", que permite que informações sobre transações sejam requisitadas na rede, auxiliando na implementação de carteiras descentralizadas e permitindo melhorias na interface;
  • Melhorias na lista de DNS seeds, permitindo maior diversidade e robustez nas conexões da rede;
  • Funcionalidades anti DoS - Duas propostas de proteção contra DoS, uma do Mike Hearn, outra do Tom Harding foram implementadas;

Votação e entrada em operação

O aumento de blocos não é uma mudança trivial, e não pode ser feito com uma mera atualização do software. É preciso forçar um hard fork na rede. Não existe uma forma de fazer a transição suave (usando soft forks), porque os blocos de tamanho maior seriam fatalmente rejeitados pelos clientes antigos, e não há uma maneira alternativa de encaixá-los no protocolo já que foi implementado como uma regra fixa em todos os clientes.21)ver 1 e 2 para mais detalhes. Um hard fork é uma medida arriscada, que pode gerar prejuízos se feito apenas por uma parcela da rede. Normalmente ele é conduzido com o consenso da comunidade que atualiza os principais nós e clientes da rede antes de um prazo pré estabelecido. Entretanto a implementação do aumento de blocos ainda é um assunto polêmico, e o consenso nunca foi atingido. Então o Bitcoin XT se utiliza de um mecanismo de "votação" para mensurar o consenso da rede, e só após esse consenso ser atingido é que ele irá ativar as novas funcionalidades. Nesse meio tempo, ele opera exatamente igual a um cliente bitcoin core.

LuMaxArt Free Election 01

A votação tem uma regra bem simples: Após 11 de janeiro de 2016, se em algum momento 750 dos últimos 1000 blocos minerados (75%) forem marcados com o numero de versão do Bitcoin XT, o sistema considera que o consenso foi atingido.22)O andamento da votação pode ser acompanhado aqui Uma mensagem pedindo a atualização da carteira para o XT é então enviada e exibida em todas as carteiras que ainda não foram trocadas pela versão XT, e após 2 semanas, as regras do XT passam a valer. Essa regra muda a dinâmica de obtenção de consenso de forma prévia para o que os autores do XT chama de "Economic majority voting"23)ver "economic majority voting", no bitcointalk, e é um dos principais pontos de crítica a forma como o projeto é conduzido 24)o outro é a estrutura hierárquica de tomada de decisão

Não existe Bitcoin XT, apenas Bitcoin

Em todas as discussões que acompanhei na internet o que mais tenho visto é a dificuldade de entender o que exatamente é o Bitcoin XT. Apesar da discussão ser complexa e cheia de nuances, termos tecnicos especificos do bitcoin como "fork", "blockchain" e "broadcast de transações", um ponto é bastante claro:

O Bitcoin XT e o Bitcoin são uma coisa só.

O bitcoin XT é uma carteira que implementa um conjunto de regras mais abrangente (blocos maiores), e por isso necessita de um hard fork para entrar em operação, mas ele não cria uma moeda paralela nem "mata" o bitcoin. Mudanças de regras no bitcoin sempre foram implementadas e nem por isso ele deixou de ser "bitcoin". O bitcoin não deixa de existir, nem é substituído pelo XT. O XT apenas atualiza as regras de validação de blocos que o bitcoin usa, estabelecendo um novo consenso na rede, agora com blocos maiores25)estou deliberadamente ignorando as outras mudanças introduzidas pelo XT pois elas não envolvem a blockchain nem o fork, apenas afetam a apresentação ou a conectividade dos clientes, e mesmo que não forem implementadas em carteiras alternativas, não impediriam o funcionamento correto delas. A moeda continua sendo o bitcoin, a blockchain continua sendo a blockchain do bitcoin e a rede continua sendo a rede bitcoin. A expectativa dos desenvolvedores do XT é que o consenso seja atingido ainda durante  o período de duas semanas da atualização do XT e que no momento em que o primeiro bloco maior do que 1Mb for gerado, já não existam clientes desatualizados rodando na rede.26)ver uma discussão sobre isso aqui

Existe uma controvérsia quanto ao que acontecerá se o defensores radicais do bitcoin core continuarem minerando e mantendo o bitcoin core vivo e conectado à rede. O próximo artigo irá focar nesse problema e em outros possíveis problemas do XT.

References   [ + ]

1. Bloco de 1Mb, 250 bytes por transação, um bloco a cada 10 minutos, ou 600 segundos, em média \( \Rightarrow \frac{1000000}{250 \times 600} \approx 6.66\)
2. A conta de 250 bytes por transação foi feita pelo próprio Gavin Andresen e postada aqui
3. referencia par ao flood de transações na rede
4. 3,2 transações por segundo é o limite atualmente aceito pois o tamanho médio de transações cresceu desde a previsão do Adresen, veja aqui
5. ver "Bitcoin’s seasonal affective disorder", por Mike Hearn
6. Opinião pessoal do autor aqui, olhando o gráfico de tamanho médio dos blocos (e não de numero de transações, como o Hearn fez) vejo que o crescimento dele é sublinear - pode ter a ver com a variação sazonal que ele explica no artigo - e, a não ser durante os ataques de flood que podem ser mitigados de outras maneiras, não está nem perto de chegar no limite dentro de um ano. Veja nesse gráfico
7. Core developers é o nome dado ao time principal de desenvolvimento do bitcoin core
8. BIP 100, por Jeff Garzik
9. BIP 102, por Jeff Garzik
10. BIP 101, por Gavin Andersen
11. como traduzir "compromise", meu deus?
12. BIP "sipa", por Pieter Wuille
13. Posição do Gregory Maxwell
14. Posição do Wladimir J. van der Laan
15. Veja um resumo dos argumentos aqui
16. citação: "A lot of people are pushing me to be more of a dictator (like Mike) ... that may be what has to happen with the block size. I may just have to throw my weight around and say this is what it's going to be. If you don't like it, find another project."
17. sobre a discussão com o Wladmir J. van der Laan
18. Why is Bitcoin forking?, por Mike Hearn
19. citação: "Bitcoin XT is an implementation of a Bitcoin full node, based upon the source code of Bitcoin Core. It is built by taking the latest stable Core release, applying a series of patches, and then doing deterministic builds so anyone can check the downloads correspond to the source code."
20. Veja a lista detalhada dos patches
21. ver 1 e 2 para mais detalhes
22. O andamento da votação pode ser acompanhado aqui
23. ver "economic majority voting", no bitcointalk
24. o outro é a estrutura hierárquica de tomada de decisão
25. estou deliberadamente ignorando as outras mudanças introduzidas pelo XT pois elas não envolvem a blockchain nem o fork, apenas afetam a apresentação ou a conectividade dos clientes, e mesmo que não forem implementadas em carteiras alternativas, não impediriam o funcionamento correto delas
26. ver uma discussão sobre isso aqui

Bitcoin XT, Forks e tudo mais (parte 1)

Se você está querendo saber o que é Bitcoin, esse artigo não é pra você. Se procura um posicionamento politico, também veio ao lugar errado. Esse artigo é sobre como funciona o mecanismo de consenso, e a bifurcação (Fork) que ocorrerá em consequência da adoção do Bitcoin XT.

O mecanismo de consenso e os forks

O Bitcoin se propõe a resolver um problema clássico da computação, conhecido como "Problema dos generais bizantinos Iterado"1)ver Byzantine Generals. Esse problema pode ser resumido como sendo "buscar o consenso através de mensagens transmitidas por um meio inseguro". Não vou entrar em detalhes aqui sobre como o consenso é atingido ou buscado, pois sairia do escopo desse artigo, mas basta saber que o objetivo do bitcoin é conseguir o consenso entre os participantes da rede. Quando esse consenso não é atingido, acontece  oque chamamos de "Fork", ou bifurcação.

Nesse ponto quero deixar claro: um Fork na Block chain (database)|blockchain não tem nada a ver com um fork do código fonte. um Fork na blockchain pode acontecer sem haver fork no código fonte (e ja aconteceu algumas vezes antes por bugs no software do bitcoin core2)ver os seguintes artigos: 1, 2 e 3  ). Forks no código fonte do bitcoin acontecem todo o tempo. São desenvolvedores criando novas criptomoedas concorrentes ou complementares ao bitcoin3)Atualmente são tantos que a ferramenta de visualização do github nem permite ver o gráfico. Note que esses forks sempre criam novas blockchains, começadas do zero. Ou seja, são forks do código fonte, mas não da blockchain.

Soft Fork

Voltando ao assunto. O consenso no contexto do bitcoin é definido pela blockchain. Ela nada mais é do que uma sequencia de blocos, estes compostos por transações, encadeados um ao outro através de assinaturas criptográficas4)Pra quem quer saber em melhores detalhes, um bloco precisa conter o hash do bloco anterior e ser validado por um processo conhecido como mineração, veja esse artigo (não técnico) ou esse (mais técnico). Sempre que há uma divergencia entre mineradores, ou seja, quando conjuntos diferentes de transações são validados ao mesmo tempo formando blocos diferentes para a mesma posição da blockchain, acontece um fork. Esse tipo de fork é chamado de "soft fork", e faz parte do mecanismo de obtenção de consenso.

Como a rede decide qual desses dois blocos vai ser mantido e qual será descartado? Simples. Quando o proximo bloco for minerado, apenas um dos dois terá sido "assinado" pelo minerador. Aquele que ficar de fora, se torna "órfão". E se dois mineradores criarem dois novos blocos simultâneos, cada um assinando um dos antecessores concorrentes criados na rodada anterior? Apesar de pouco provável, será formado um fork de dois blocos, ou três, quatro, etc, blocos até o momento em que algum minerador conseguir minerar sozinho o próximo bloco, sem conflitos, e criar uma sequencia mais longa que a concorrente. Quando essa sequencia é criada, a rede atinge novamente o consenso, e essa nova blockchain, mais longa que a concorrente, é mantida e a sequencia concorrente de blocos é tornada órfã.

Blockchain com soft forks

Soft Forks. Os blocos roxos se tornaram órfãos.

O mecanismo de consenso então é sempre decidir pela sequencia mais longa de blocos. Soft forks são mecanismos temporários que permitem que duas versões concorrentes da blockchain disputem qual delas atingirá o consenso. Soft forks com mais de um bloco são raras, muito raras.

E órfãos são ruins! Ninguém gosta de órfãos5)No contexto de bitcoins, não tenho nada contra crianças que precisam de adoção. Órfãos dão um prejuízo danado a quem os minera, pois gasta poder de processamento para encontrar um bloco que vai ser descartado pela rede e não vai gerar dividendos. A menos que se esteja tentando um ataque à rede, ninguém vai querer forçar a criação de soft forks na rede, pois o risco de tomar prejuízo é grande.

correção:

Estudando mais sobre o XT para o próximo artigo percebi que tem uma incorreção nessa seção, então volto pra corrigi-la. Quando eu falei de soft forks, eu cito apenas os forks involuntários da rede, mas o termo é usado de forma bem mais ampla que isso. Quando mudanças no protocolo são retro-compatíveis, isto é, não vão quebrar as regras das carteiras já existentes (por exemplo, se eu reduzo o tamanho dos blocos ao invés de aumentá-lo), isso é também chamado de soft fork. Os blocos gerados nas carteiras antigas podem ser rejeitados pelas carteiras novas, mas os blocos novos não serão rejeitados pela carteira antiga e a rede manterá sua consistência, com uma quantidade pequena de "orfãos".

Hard Forks

Então chegamos no grande vilão do consenso: Os hard forks. Hard forks são quando alguma coisa impede que um consenso seja atingido.  Pode ser um bug no sistema, que cria blocos reconhecidos por algumas versões da carteira, mas não por outras. Esse tipo de bug já aconteceu mais de uma vez6)ver os seguintes artigos: 1, 2 e 3 . Pode também ser decisão do time de desenvolvedores, para acrescentar funcionalidades à moeda. Para evitar que um hard fork proposital tenha impacto na moeda, um consenso prévio entre desenvolvedores e usuários costuma ser buscado, e quando o hard fork acontece, estão todos (ou quase todos) com a versão correta da carteira e a cadeia "errada" é rapidamente descartada ou ignorada.

Exemplo de Hard Fork. A cadeia superior usa a versão antiga da carteira enquanto a cadeia inferior usa a versão nova. Como não houve consenso, duas cadeias paralelas se formam a partir do terceiro bloco.

Se órfãos já eram ruins, imagina um hard fork? é todo um ramo da blockchain que nunca vai virar o consenso. É a pior coisa que pode acontecer, e é motivo de morte para várias altcoins7)veja nessa lista de altcoins mortas quantas morreram por hard forks.

A rede e a propagação das transações

Além da blockchain, outro componente primordial do bitcoin é a rede. O bitcoin forma uma rede P2P conectando cada carteira com uma quantidade razoável de outras carteiras, de forma que as mensagens entre uma e outra consigam percorrer toda a rede. De uma forma simplificada, as transações criadas por uma carteira são enviadas a todas as outras conectadas a ela. Cada uma dessas carteiras, por sua vez, retransmite as transações recebidas de uma carteira conectada para todas as outras, e assim sucessivamente, até que toda a rede tenha recebido uma copia daquela transação. OS blocos minerados passam pelo mesmo processo. A diferença é que as transações ficam armazenadas em uma memória temporária, e os blocos são armazenados na blockchain, de forma permanente.

Exemplo de redes com clientes de versões diferentes. A primeira totalmente conectada. Na segunda, as linhas vermelhas indicam que clientes de versões diferentes irão se desconectar. Na terceira e quarta vemos as redes isoladamente.

Exemplo de redes com clientes de versões diferentes. Na primeira uma rede totalmente conectada. Na segunda, as linhas vermelhas indicam os pontos onde clientes de versões diferentes irão se desconectar. Na terceira e quarta vemos as redes isoladamente.

Quando acontece um fork, seja ele soft ou hard, a transmissão das transações e blocos continua ocorrendo normalmente. Ou seja, forks não afetam a propagação de transações pela rede. No caso de um hard fork, entretanto, alguns blocos gerados por carteiras de versão diferente ou com bug vão ser descartados como inválidos, e não serão gravados. Em casos graves, as carteiras que insistirem em enviar blocos "inválidos" podem ser desconectadas. Em alguns casos, essa desconexão pode separar a rede em duas redes que não se comunicam. Chamamos isso de split. Mas na maioria dos casos, as redes continuam se comunicando, mas ignorando os blocos gerados pela outra rede. Quando há um split, criam-se efetivamente duas redes separadas, com duas blockchains separadas, praticamente como se existissem duas moedas separadas.

O bitcoin XT

Também não vou entrar em detalhes sobre quais são as melhorias propostas pelo Bitcoin XT ou se elas são boas ou ruins. Apenas pretendo descrever o que deve acontecer com a blockchain e com a rede bitcoin devido a sua introdução.

O bitcoin XT é um fork do código do bitcoin que pretende gerar um hard fork da blockchain do bitcoin caso sua aceitação passe do limite de 75%8)O valor exato é de 750 blocos minerados pelo XT entre os últimos 1000 blocos minerados, ver BIP-0101. Após atingido esse limite ele emitirá uma mensagem para todos os clientes da rede informando que haverá um hard fork e dando o prazo de 2 semanas para que quem quiser possa adequar seus sistemas. Passadas duas semanas, o XT começará a minerar blocos seguindo as novas regras, gerando assim um hard fork.

Isso não seria um problema normalmente, já que o processo de consenso seria conduzido fora da rede e quando fosse finalmente colocado em prática o fork, todos os usuários já estariam com seus sistemas e carteiras atualizados. Só que isso não aconteceu. O XT optou por não passar pelo processo de obtenção de consenso fora da rede e usou esse novo  processo para decidir sobre a criação ou não do hard fork. Em termos práticos, o processo deixou de ser uma tentativa de consenso e passou a ser uma votação por maioria de 3/4 dos mineradores9)na verdade 3/4 do poder de processamento, já que mineradores mais "poderosos" terão mais influencia no voto.

A intenção dos criadores do XT é que, caso eles atinjam os 75%, todo mundo migre para o XT e o consenso seja atingido sem hard fork. Mas isso não necessariamente é verdade. Vou tentar descrever abaixo alguns dos cenários que podem acontecer.

1) Caminho Feliz sem XT

Esse é o cenário mais fácil de prever. O XT não obtém 75% dos mineradores, e tudo continua como está.

2) Caminho Feliz com XT

Esse cenário se dá com um consenso sendo atingido antes do término das duas semanas de adaptação. Nesse caso, todos migram par ao XT e quando o hard fork ocorrer, não haverá ninguém no lado "antigo" do fork, que morrerá rapidamente. O XT substitui o bitcoin totalmente. Esse cenário parece improvável dada a quantidade de pessoas defendendo o XT.

3) Hard Fork, mas o bitcoin "antigo" continua existindo.

Suponhamos que 20% dos mineradores optem por não migrar par ao XT. No momento do hard fork teremos a criação de duas moedas com um passado comum. Uma que chamarei de "core" e é minerada pelos que não migraram para o XT e outra que chamarei "XT", minerada por quem optou pela mudança. Nesse cenário, existem diversas situações de risco e que podem causar problemas tanto para a rede como para os usuários.

Na próxima parte desse artigo eu vou tratar em mais detalhes desse cenário, que é o mais interessante tecnicamente.

 

References   [ + ]

1. ver Byzantine Generals
2, 6. ver os seguintes artigos: 1, 2 e 3 
3. Atualmente são tantos que a ferramenta de visualização do github nem permite ver o gráfico
4. Pra quem quer saber em melhores detalhes, um bloco precisa conter o hash do bloco anterior e ser validado por um processo conhecido como mineração, veja esse artigo (não técnico) ou esse (mais técnico)
5. No contexto de bitcoins, não tenho nada contra crianças que precisam de adoção
7. veja nessa lista de altcoins mortas quantas morreram por hard forks
8. O valor exato é de 750 blocos minerados pelo XT entre os últimos 1000 blocos minerados, ver BIP-0101
9. na verdade 3/4 do poder de processamento, já que mineradores mais "poderosos" terão mais influencia no voto