Cadeias de resumos e vinculação de blocos

Uma cadeia de resumos criptográficos vincula blocos de dados de modo que cada bloco contenha o resumo criptográfico do bloco anterior. Modificar qualquer bloco altera seu resumo criptográfico, o que invalida todos os blocos subsequentes. Isso cria um livro-razão somente para acréscimo que evidencia adulterações.

Cada bloco contém: (1) carga de dados (transações), (2) resumo criptográfico do bloco anterior (ponteiro para o bloco anterior), (3) marca temporal, (4) valor de uso único (para a prova de trabalho), (5) raiz de Merkle das transações. O primeiro bloco (gênese) tem previous_hash = "0"*64.

import hashlib, json class Block: def __init__(self, data, prev_hash): self.data = data self.prev_hash = prev_hash self.hash = hashlib.sha256( json.dumps({'data':data,'prev':prev_hash}).encode() ).hexdigest()

Se um atacante modificar os dados do bloco 3, o resumo criptográfico do bloco 3 será alterado. O bloco 4 faz referência ao resumo criptográfico antigo do bloco 3 — a cadeia se rompe no bloco 4. O atacante precisa recalcular os resumos criptográficos dos blocos 3, 4, 5, ... até a extremidade da cadeia. Com a prova de trabalho, isso é computacionalmente inviável.

As cadeias de resumos criptográficos fornecem evidência de adulteração, não imutabilidade por si só. Sem mecanismos adicionais (prova de trabalho, assinaturas digitais, distribuição), um atacante que controle a cadeia poderá reescrevê-la. O consenso distribuído é o que torna a cadeia de blocos resistente a adulterações na prática.

Regra da cadeia mais longa do Bitcoin: a cadeia válida com a maior quantidade acumulada de prova de trabalho é a canônica. Se um atacante bifurcar a cadeia, os mineradores honestos estenderão a cadeia honesta mais rapidamente (suposição de 51%). A bifurcação do atacante é mais curta e é descartada.

Os clientes SPV (Verificação simplificada de pagamentos) do Bitcoin baixam apenas cabeçalhos de bloco de 80 bytes (contendo o resumo criptográfico anterior, a raiz de Merkle, o valor de uso único, a marca temporal e os bits). Os nós completos armazenam todas as transações. Os clientes SPV verificam uma transação por meio de uma prova de Merkle comparada com a raiz de Merkle do cabeçalho.

O bloco gênese do Bitcoin (bloco 0, 3 de janeiro de 2009) tem prev_hash = 0x000...0. Satoshi inseriu a manchete "The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks" na transação coinbase como prova da marca temporal.

As cadeias de resumos criptográficos são anteriores à cadeia de blocos. Usos: listas de revogação de certificados (vinculadas por resumo criptográfico), integridade de registros (resumo criptográfico da entrada de registro anterior), cadeia de confiança do DNSSEC. O conceito é generalizável: qualquer estrutura somente para acréscimo na qual cada entrada se comprometa com todas as entradas anteriores.

Para acelerar a sincronização inicial, o Bitcoin Core codifica diretamente pontos de verificação: resumos criptográficos de blocos conhecidos como válidos em determinadas alturas. Um cliente que inicia a sincronização pode ignorar a verificação da prova de trabalho dos blocos anteriores ao ponto de verificação, confiando no resumo criptográfico codificado. Compromisso: reduz a minimização da confiança.

O Git usa o mesmo princípio: cada commit é identificado por SHA-1/SHA-256 de seu conteúdo + o resumo criptográfico do commit pai. Fazer checkout de um resumo criptográfico de commit específico fornece exatamente aquele estado. Todo o histórico do Git é uma árvore de objetos vinculada por resumos criptográficos.

As cadeias de resumos criptográficos vinculam blocos por meio de referências criptográficas. Uma modificação se propaga para todos os blocos subsequentes. Combinadas com a prova de trabalho e o consenso distribuído, elas tornam a cadeia de blocos imutável na prática. Próximo tópico: árvores de Merkle para a integridade eficiente das transações.