Componentes do estudo de doutorado: Tecnologia Blockchain

Este artigo foi publicado pela primeira vez no blog do Dr. Craig Wright e republicado com a permissão do autor.

S1 – Definições operacionais

Ao estudar a escalabilidade numa blockchain, é essencial estabelecer definições operacionais claras para garantir uma medição consistente e precisa dos fatores relevantes. No entanto, Walch (2017) afirma que os desafios causados ​​pela linguagem fluida e contestada em torno da tecnologia blockchain podem levar a problemas. Mais especificamente, afirma-se que a terminologia utilizada no ecossistema blockchain é muitas vezes imprecisa, sobreposta e inconsistente. Além disso, termos diferentes são usados ​​indistintamente, aumentando a confusão.

Este estudo argumentará que esta barreira linguística torna difícil para os reguladores compreender e avaliar com precisão a tecnologia, levando potencialmente a decisões erradas e a uma regulamentação inconsistente entre jurisdições. Além disso, os desenvolvedores e outras pessoas da indústria de blockchain se envolvem constantemente em atividades que exageram os benefícios e ao mesmo tempo subestimam os riscos. Como Walch (2020) destaca num artigo posterior, o vocabulário pouco claro em torno da tecnologia blockchain pode tornar mais fácil para os proponentes da tecnologia exagerarem as suas capacidades e benefícios, ao mesmo tempo que minimizam potenciais riscos e desvantagens. Esta situação é agravada pela natureza interdisciplinar da tecnologia blockchain, o que pode fazer com que os reguladores hesitem em contestar as reivindicações da indústria devido à sua falta de conhecimentos especializados.

Termos enganosos, como “nó completo”, podem contribuir para mal-entendidos e concepções errôneas sobre o funcionamento e as capacidades dos nós dentro de uma rede blockchain. Como tal, será essencial definir estes termos e definições no documento. Na compreensão destes termos, é assim necessário apresentar algumas definições operacionais a considerar:

1. Taxa de transferência de transação: refere-se ao número de transações que a rede blockchain processa dentro de um determinado período de tempo. É essencial definir a unidade específica de tempo (por exemplo, transações por segundo, transações por minuto) para medir com precisão a escalabilidade da rede.
2. Tempo de confirmação: representa o tempo que uma transação leva para ser confirmada e adicionada ao blockchain. Esta definição deve incluir se se refere ao tempo necessário para uma transação ser incluída num bloco ou ao tempo necessário para que um determinado número de blocos sejam adicionados ao bloco que contém a transação.
3. Tamanho do bloco: define o tamanho máximo permitido de um bloco na blockchain. Isto pode ser medido em termos de bytes ou outras unidades relevantes. O tamanho do bloco desempenha um papel crucial na determinação da escalabilidade da rede, pois afeta o número de transações que podem ser incluídas em cada bloco.
4. Latência da rede: refere-se ao atraso experimentado na propagação de informações pela rede blockchain. A latência da rede pode impactar o desempenho geral e a escalabilidade da rede; portanto, deve ser definido e medido de forma consistente.
5. Contagem de nós: representa o número total de nós ativos participantes da rede blockchain. O número de nós pode afetar significativamente a escalabilidade da rede, e definir os critérios exatos para determinar os nós ativos é essencial.
6. Mecanismo de Consenso: Refere-se ao algoritmo ou protocolo específico usado pela rede blockchain para alcançar consenso entre os nós. O mecanismo de consenso pode impactar a escalabilidade e sua definição operacional deve incluir detalhes sobre o algoritmo específico utilizado e quaisquer parâmetros associados.
7. Poder Computacional: Define as capacidades de processamento de nós individuais na rede blockchain. O poder computacional pode influenciar a velocidade com que as transações são validadas e adicionadas ao blockchain. Portanto, a definição operacional deve incluir a métrica específica usada para medir o poder computacional, como a taxa de hash ou a velocidade de processamento.
8. Métrica de escalabilidade: abrange a métrica ou critério específico usado para avaliar a escalabilidade da rede blockchain. Pode ser o rendimento da transação, o tempo de confirmação ou qualquer outro fator mensurável que determine a capacidade da rede de lidar com o aumento do volume de transações.

Nodes

Na ciência da computação, um nó é um conceito fundamental em diversas estruturas de dados e sistemas de rede (Trifa & Khemakhem, 2014). A definição específica de um nó pode variar dependendo do contexto, mas geralmente, um nó se refere a um elemento ou objeto individual dentro de uma estrutura ou rede maior. Existem sobreposições significativas entre a definição de um termo, como nó, conforme usado em uma linguagem estendida, e um campo específico, como blockchain. Aqui estão algumas definições padrão de nós em diferentes domínios da ciência da computação:

1. Estruturas de dados: em estruturas de dados como listas vinculadas, árvores ou gráficos, um nó representa um elemento individual ou unidade de dados dentro da estrutura. Cada nó normalmente contém um valor ou carga útil de dados e uma ou mais referências ou ponteiros para outros nós na estrutura. Os nós são interconectados para formar a estrutura subjacente, permitindo armazenamento e manipulação eficiente de dados.
2. Redes: Em redes, um nó se refere a qualquer dispositivo ou entidade que pode enviar, receber ou encaminhar dados através de uma rede. Isso pode incluir computadores, servidores, roteadores, switches ou qualquer outro dispositivo habilitado para rede. Cada nó em uma rede possui um endereço ou identificador exclusivo e desempenha uma função na transmissão e roteamento de pacotes de dados dentro da rede.
3. Teoria dos Grafos: Na teoria dos grafos, um nó (também chamado de vértice) representa um objeto ou entidade discreta dentro de um grafo. Um gráfico consiste em um conjunto de nós e arestas que conectam pares de nós. Os nós podem representar várias entidades, como indivíduos, cidades ou páginas da web, enquanto as arestas denotam relacionamentos ou conexões entre os nós.
4. Sistemas Distribuídos: Em sistemas distribuídos, um nó se refere a um dispositivo ou servidor de computação que participa de uma rede ou sistema distribuído. Cada nó normalmente possui seus recursos de processamento, armazenamento e comunicação. Os nós colaboram e se comunicam entre si para realizar tarefas, compartilhar dados e fornecer serviços de maneira descentralizada.

É importante observar que a definição e as características exatas de um nó podem variar dependendo da aplicação ou sistema específico em discussão. No entanto, o conceito de nó serve como um alicerce fundamental na ciência da computação, permitindo a representação, organização e manipulação de dados e facilitando a comunicação e coordenação dentro de redes e sistemas distribuídos.

A seção 5 do whitepaper Bitcoin intitulada “Rede” fornece insights sobre as definições operacionais de nós na rede Bitcoin. Aqui estão as descrições críticas a serem consideradas ao estudar nós em uma rede blockchain, referenciando particularmente os conceitos descritos no white paper Bitcoin (Wright, 2008):

1. Nós de arquivo: Nós de arquivo são computadores ou dispositivos que mantêm uma cópia completa de todo o blockchain. Esses nós não validam e verificam transações e blocos. Embora estes tenham sido falsamente chamados de “nó completo”, a única atividade que realizam é ​​armazenar e propagar um subconjunto limitado do histórico de transações. Na rede Bitcoin, os nós de arquivo são promovidos como mantendo a integridade da blockchain e participando do mecanismo de consenso. No entanto, os únicos nós que validam e verificam as transações são aqueles definidos na seção 5 do Livro Branco, também chamados de nós de mineração.
2. Nós de mineração: os nós de mineração são o único sistema que poderia ser corretamente chamado de nó completo, pois se envolvem no processo de mineração, onde competem para resolver quebra-cabeças de uso intensivo de computação para adicionar novos blocos ao blockchain. Os nós de mineração validam transações e criam novos blocos contendo transações validadas. Eles contribuem com poder computacional para a rede e são responsáveis ​​por proteger e estender o blockchain.
3. Nós leves (SPV): nós de verificação de pagamento simplificado (SPV), também conhecidos como nós leves, não armazenam todo o blockchain, mas dependem de nós completos para verificação de transações. Esses nós mantêm um conjunto limitado de dados, normalmente armazenando apenas os cabeçalhos dos blocos, e usam provas Merkle para verificar a inclusão de transações em blocos específicos. Os nós SPV fornecem uma opção mais leve para usuários que não precisam de um histórico completo de transações.
4. Conectividade de Rede: Esta definição operacional refere-se à capacidade de um nó se conectar e se comunicar com outros nós da rede. Os nós devem estabelecer e manter conexões de rede para trocar informações, propagar transações e blocos e participar do processo de consenso. A conectividade de rede pode ser medida pelo número de links que um nó possui ou pela qualidade de suas conexões.
5. Participação de Consenso: Esta definição abrange o envolvimento ativo de nós no mecanismo de consenso da rede blockchain. Na rede Bitcoin, os nós participam do processo de consenso seguindo o algoritmo de prova de trabalho, contribuindo com poder computacional para extrair novos blocos e validando transações. O nível de participação pode ser avaliado com base nos recursos computacionais dedicados à mineração ou na frequência de validação e propagação das transações.
6. Diversidade de nós: refere-se à variedade de tipos de nós e sua distribuição dentro da rede. Esta definição operacional considera a presença de nós completos, nós de mineração, nós SPV e outros nós especializados. A diversidade de nós pode influenciar a descentralização e a resiliência da rede, uma vez que diferentes tipos de nós contribuem com funcionalidades únicas e ajudam a manter um ecossistema distribuído.

Ao considerar essas definições operacionais de nós, os pesquisadores podem descrever e analisar com precisão as características, funções e interações dos nós dentro de uma rede blockchain, particularmente no que diz respeito aos conceitos descritos no white paper Bitcoin. Além disso, essas definições ajudam a compreender a arquitetura do nó, a dinâmica da rede e o funcionamento geral do sistema blockchain.

Descentralização

Baran (1964) discute o conceito de redes de comunicações distribuídas. Neste trabalho, o autor lança as bases para a ideia de redes descentralizadas ao propor uma arquitetura de rede distribuída que pode resistir a interrupções e falhas. Baran apresenta o conceito de uma rede composta por nós conectados em uma estrutura semelhante a uma malha. Esta arquitetura de rede distribuída ou descentralizada visa fornecer comunicação robusta e resiliente, permitindo que as mensagens sejam roteadas por vários caminhos, em vez de depender de uma autoridade central ou de um único ponto de falha.

Como forma de definir a descentralização, o conceito apresentado pela primeira vez por Baran (1964) estabelece os princípios de uma rede descentralizada ao defender a redundância, a tolerância a falhas e a ausência de um nó de controle central. Este trabalho influenciou significativamente o desenvolvimento de sistemas descentralizados e constitui a base para futuras pesquisas e avanços na área. No entanto, com os usos alternativos generalizados do termo “descentralização” (Walch, 2017) e as diferentes interpretações resultantes, que dependem do contexto e das aplicações específicas dentro da ciência da computação, torna-se necessário definir com precisão este termo na análise da tecnologia blockchain.

Portanto, embora o artigo de Baran (1964) seja fundamental no campo das redes distribuídas, uma definição abrangente de descentralização requer o exame de uma gama mais ampla de literatura e pesquisa quando esta é aplicada ao Bitcoin. Ao estabelecer explicações operacionais claras para estes factores, os investigadores podem garantir consistência e comparabilidade no seu estudo de escalabilidade numa rede blockchain. Além disso, essas definições ajudarão no planejamento de experimentos, na coleta de dados e na análise precisa dos resultados.

S1 – Pressupostos, limitações e delimitações

Nesta seção, discutimos os pressupostos e limitações associados ao projeto de doutorado em larga escala que visa medir a centralidade, interconexão, conectividade e resiliência da rede Bitcoin. Ao reconhecer estes factores, garantimos a transparência e proporcionamos uma compreensão abrangente do âmbito e do impacto potencial dos resultados da investigação.

Pressupostos

1. Estabilidade do Protocolo Bitcoin:

Assumimos que o protocolo Bitcoin subjacente e a arquitetura de rede permanecem relativamente estáveis ​​durante o período de pesquisa. No entanto, quaisquer alterações ou atualizações significativas no protocolo podem influenciar a estrutura e as métricas da rede, impactando potencialmente a validade das descobertas.

Presume-se que dados e informações suficientes sobre a rede Bitcoin estejam disponíveis para análise. O projeto depende de fontes de dados acessíveis que fornecem dados de rede relevantes, informações de nós e detalhes de conectividade. No entanto, a disponibilidade e a qualidade desses dados podem variar, impactando potencialmente a precisão e a confiabilidade da pesquisa.

• Representação precisa da topologia de rede:

Assumimos que os métodos e ferramentas escolhidos para medir a centralidade, interconexão, conectividade e resiliência da rede podem representar com precisão a sua topologia. A análise pressupõe que os dados coletados capturam efetivamente a estrutura e as conexões da rede.

• Validade de Métricas e Metodologias:

O projeto assume que as métricas e metodologias selecionadas para medir centralidade, interconexão, conectividade e resiliência são apropriadas e válidas para avaliar a rede Bitcoin. Além disso, as métricas escolhidas devem estar alinhadas com os quadros teóricos estabelecidos e demonstrar relevância para os objetivos da investigação.

Limitações

1. Disponibilidade e integridade dos dados:

Uma limitação é a potencial limitação da disponibilidade de dados. Dados abrangentes e em tempo real na rede Bitcoin podem não ser facilmente acessíveis. Os investigadores podem ter de confiar em fontes de dados disponíveis publicamente, que podem não capturar toda a rede ou fornecer informações atualizadas. Esta limitação pode afetar a abrangência e a precisão da análise.

• Precisão de dados e viés de amostragem:

A precisão e integridade dos dados obtidos de várias fontes podem variar. Dados imprecisos ou incompletos podem introduzir preconceitos e afetar a fiabilidade dos resultados da investigação. Além disso, a seleção de nós para análise pode introduzir viés de amostragem, limitando potencialmente a generalização dos resultados para toda a rede Bitcoin.

Nem todos os nós da rede podem ser visíveis ou conhecidos pelos pesquisadores. Por exemplo, alguns nós podem optar por operar de forma privada ou permanecer ocultos, impactando a precisão das medições e análises. Além disso, a falta de visibilidade completa poderia limitar a capacidade do pesquisador de capturar todas as características da rede.

A rede Bitcoin é dinâmica, com nós entrando ou saindo da rede e as conexões de rede mudando ao longo do tempo. A pesquisa captura um instantâneo específico da rede e as descobertas podem não representar totalmente o comportamento da rede durante um período prolongado. A dinâmica da rede a longo prazo pode exigir uma investigação mais aprofundada para uma compreensão abrangente.

A investigação pode não considerar ou não ter em conta factores externos que influenciam a centralidade, a interligação, a conectividade e a resiliência da rede. Por exemplo, mudanças regulatórias, avanços tecnológicos ou ataques à rede podem impactar o comportamento e as métricas da rede. Essas influências externas estão além do escopo da pesquisa atual.

A disponibilidade de recursos de financiamento pode impactar o âmbito e a escala da investigação. Por outro lado, as limitações no financiamento poderiam potencialmente restringir a profundidade e a amplitude da análise dos dados, o que pode influenciar a extensão das conclusões extraídas dos resultados da investigação.

Delimitações

1. Foco na rede Bitcoin:

A pesquisa centra-se na rede Bitcoin e na sua centralidade, interconexão, conectividade e resiliência. Outras redes blockchain ou criptomoedas estão além do escopo deste estudo. Portanto, as conclusões podem não se aplicar diretamente a outras redes ou ecossistemas.

O estudo é limitado a um período de tempo específico e a análise captura o estado da rede Bitcoin dentro desse período. Portanto, a dinâmica, as métricas e as características da rede podem evoluir ao longo do tempo, e os resultados da pesquisa podem não refletir o comportamento futuro ou histórico da rede.

A pesquisa se concentra principalmente na análise da rede Bitcoin na camada de protocolo. Embora a camada de aplicação da rede e os serviços e aplicações associados possam impactar o comportamento da rede, eles não são explicitamente examinados neste estudo.

A pesquisa adota metodologias e técnicas analíticas específicas para medir a centralidade, interconexão, conectividade e resiliência da rede Bitcoin. Abordagens ou métodos alternativos podem produzir resultados diferentes, mas não são explorados no âmbito deste estudo.

A pesquisa delimita o exame de fatores externos que influenciam as características da rede Bitcoin. As condições económicas, as mudanças legais e regulamentares ou as atitudes sociais em relação às criptomoedas não são abordadas diretamente. Esses fatores poderiam impactar potencialmente o comportamento e as métricas da rede, mas estão além do escopo deste estudo.

Embora a pesquisa tenha como objetivo fornecer insights sobre as características da rede Bitcoin, as descobertas podem não ser universalmente aplicáveis ​​a todos os nós ou participantes da rede. Além disso, variações nas configurações dos nós, na distribuição geográfica e nas estratégias operacionais podem impactar a generalização dos resultados da pesquisa para toda a rede.

• Escopo limitado de resiliência:

A investigação da resiliência da rede limita-se a métricas e indicadores específicos relacionados com a capacidade da rede de resistir a interrupções ou ataques. Como resultado, a pesquisa não avalia de forma abrangente todas as ameaças ou vulnerabilidades potenciais que a rede Bitcoin pode enfrentar.

Conclusão

As delimitações delineadas acima esclarecem os limites específicos e o escopo do projeto de pesquisa de doutorado. Além disso, o reconhecimento destas delimitações permite uma investigação e interpretação mais focada dos resultados dentro dos parâmetros definidos. Num cenário de investigação em que o investigador também é o criador do sistema Bitcoin original, é essencial reconhecer o potencial de preconceito devido às opiniões pessoais do investigador e ao envolvimento no desenvolvimento do sistema.

O conhecimento íntimo e a perspectiva do pesquisador como criador podem influenciar as interpretações e conclusões sobre a centralidade, interconexão e resiliência da rede Bitcoin. Abordar esse preconceito de forma aberta e transparente é crucial para garantir que a pesquisa mantenha a objetividade e o rigor. Ao revelar o papel e os potenciais preconceitos, o investigador permite que leitores e revisores avaliem criticamente os resultados da investigação dentro do contexto da perspectiva do seu criador. Esta transparência permite uma compreensão mais matizada da investigação e incentiva a verificação e validação independentes dos resultados por outros investigadores da área.

Ao reconhecer os pressupostos e limitações do projeto de doutoramento, garantimos a transparência e promovemos uma compreensão abrangente do âmbito e potencial impacto da investigação. Além disso, essas considerações fornecem uma base para interpretar e contextualizar os resultados e orientar futuras investigações na área.

S1 – Declaração de transição

Este estudo foi desenvolvido para examinar criticamente a centralidade da rede Bitcoin, a interconexão entre os nós da rede, a conectividade e a resiliência usando dados quantitativos e verificáveis ​​que podem ser revisados ​​e validados de forma independente, em linha com os princípios do método científico. É essencial reconhecer que a rede Bitcoin, sendo uma rede pública, pode introduzir preconceitos na definição de resultados específicos, tais como privacidade, anonimato e os objetivos contrastantes de rastreabilidade e não rastreabilidade no cenário das criptomoedas. Essas definições estão frequentemente sujeitas a discussões filosóficas e perspectivas variadas.

Além disso, este estudo reconhece a necessidade de enfrentar os desafios de escalabilidade no contexto do Bitcoin como sistema de pagamento monetário. À medida que a rede cresce e a adoção aumenta, torna-se crucial avaliar a capacidade da rede para lidar com maiores volumes de transações, mantendo ao mesmo tempo os seus princípios fundamentais de descentralização, segurança e eficiência. Ao analisar dados quantitativos e utilizar metodologias científicas estabelecidas, esta pesquisa visa contribuir para a compreensão dos problemas de escala dentro da rede Bitcoin e suas implicações para a sua viabilidade a longo prazo como um sistema de pagamento confiável.

S2 – População e amostragem

Ao analisar o dimensionamento e a distribuição de nós de uma aplicação baseada em blockchain, a população envolvida refere-se a toda a rede de nós participantes da rede blockchain. Numa blockchain, os nós são computadores ou dispositivos individuais que mantêm uma cópia do livro-razão distribuído e participam no mecanismo de consenso para validar e verificar as transações.

A população neste contexto inclui todos os nós da rede blockchain, independentemente da sua localização geográfica, tamanho ou poder computacional. Cada nó contribui para a segurança geral e descentralização da rede, mantendo uma cópia do blockchain e participando do processo de validação. A amostragem, por outro lado, envolve a seleção de um subconjunto de nós da população para análise. A amostragem visa obter insights sobre as características, desempenho ou comportamento da rede geral, estudando um subconjunto representativo (Campbell et al., 2020).

Ao analisar o dimensionamento em um aplicativo baseado em blockchain, a amostragem pode ser útil no estudo do desempenho da rede sob diferentes cargas de transação. Ao selecionar um subconjunto de nós e observar seu comportamento durante períodos de alto volume de transações, pesquisadores ou desenvolvedores podem inferir a escalabilidade de toda a rede. Esta abordagem permite uma análise mais eficiente, pois pode ser computacionalmente caro analisar toda a população de nós.

Da mesma forma, ao examinar a distribuição dos nós, a amostragem pode ajudar a compreender a distribuição geográfica, as capacidades computacionais ou os padrões de conectividade dos nós na rede. Os pesquisadores podem extrapolar informações sobre a população mais ampla selecionando uma amostra de nós e analisando seus atributos. É importante observar que a metodologia de amostragem deve ser cuidadosamente projetada para garantir que a amostra seja representativa e evite vieses. Fatores como tipo de nó (por exemplo, “nós completos”, nós de mineração), localização geográfica, conectividade de rede e poder computacional devem ser considerados ao selecionar a amostra.

Em resumo, a população envolvida na amostragem de uma aplicação baseada em blockchain ao analisar o dimensionamento e a distribuição de nós refere-se a toda a rede de nós participantes da rede blockchain. A amostragem permite uma análise mais eficiente, selecionando um subconjunto de nós para obter insights sobre as características, o desempenho e o comportamento da rede geral.

Referências

Baran, P. (1964). Em Redes de Comunicações Distribuídas. Transações IEEE em Comunicações, 12(1), 1–9. https://doi.org/10.1109/TCOM.1964.1088883

Campbell, S., Greenwood, M., Prior, S., Shearer, T., Walkem, K., Young, S., Bywaters, D., & Walker, K. (2020). Amostragem proposital: complexa ou simples? Exemplos de casos de pesquisa. Revista de Pesquisa em Enfermagem, 25(8), 652–661. https://doi.org/10.1177/1744987120927206

Trifa, Z. e Khemakhem, M. (2014). Sybil Nodes como estratégia de mitigação contra o ataque Sybil. Procedimentos da Ciência da Computação, 32, 1135–1140. https://doi.org/10.1016/j.procs.2014.05.544

Walch, A. (2017). Vocabulário traiçoeiro do blockchain: mais um desafio para reguladores. 9.

Walch, A. (2020). Desconstruindo a 'descentralização': explorando a reivindicação central dos sistemas criptográficos. Em Papers.ssrn.com. https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3326244

Wright, CS (2008). Bitcoin: um sistema de dinheiro eletrônico ponto a ponto. Diário Eletrônico SSRN. https://doi.org/10.2139/ssrn.3440802

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