Babylon: Reutilizando a Mineração de Bitcoin para Aprimorar a Segurança do Proof-of-Stake

1.1. Do Proof-of-Work ao Proof-of-Stake

A segurança do Bitcoin é sustentada por um imenso poder computacional de hash (aproximadamente $1.4 \times 10^{21}$ hashes/seg), tornando ataques proibitivamente caros, mas a um custo energético tremendo. Em contraste, blockchains Proof-of-Stake (PoS) como Ethereum 2.0, Cardano e Cosmos são energeticamente eficientes e oferecem recursos como finalidade rápida e responsabilização através do corte de participação (slashing). No entanto, essa mudança introduz novos desafios de segurança.

1.2. Problemas de Segurança do Proof-of-Stake

O artigo identifica limitações fundamentais na obtenção de segurança criptoeconômica com minimização de confiança em sistemas PoS puros:

• Ataques de Longo Alcance Não Puníveis: Adversários podem usar moedas antigas, adquiridas a baixo custo, para reescrever o histórico após a retirada da participação (stake), uma façanha impossível no PoW devido à dificuldade cumulativa.
• Censura e Paralização Não Puníveis: Certos ataques à vivacidade (liveness) não podem ser penalizados economicamente.
• Problema de Inicialização (Bootstrapping): Novas cadeias PoS com baixa valorização de token carecem de segurança inerente.

Os autores postulam que nenhum protocolo PoS pode fornecer segurança punível sem pressupostos de confiança externos.

2.1. Arquitetura Central & Merge Mining

Os mineradores da Babylon realizam merge mining com o Bitcoin. Eles incorporam dados relacionados à Babylon (por exemplo, pontos de verificação de cadeias PoS) nos blocos do Bitcoin que já estão minerando. Isso fornece à Babylon o mesmo nível de segurança do Bitcoin a custo energético marginal zero.

2.2. Serviço de Carimbo de Data/Hora com Disponibilidade de Dados

O serviço central que a Babylon fornece às cadeias PoS é um serviço de carimbo de data/hora com disponibilidade de dados. As cadeias PoS podem carimbar:

• Pontos de verificação de blocos (para finalidade)
• Provas de fraude
• Transações censuradas

Uma vez que os dados são carimbados no Bitcoin via Babylon, eles herdam a imutabilidade e a resistência à censura do Bitcoin, usando efetivamente o Bitcoin como uma âncora robusta.

3.1. Teorema de Segurança Criptoeconômica

A segurança de um protocolo PoS aprimorado pela Babylon é formalmente capturada por um teorema de segurança criptoeconômica. Este teorema modela validadores racionais e economicamente motivados e define segurança em termos do custo necessário para violar a segurança ou a vivacidade, levando em consideração as penalidades de corte (slashing).

3.2. Segurança e Vivacidade Puníveis

A análise formal demonstra que a Babylon permite:

• Segurança Punível: Qualquer violação de segurança (por exemplo, um ataque de longo alcance criando um ponto de verificação conflitante) pode ser comprovada criptograficamente, e a participação do validador infrator pode ser cortada. O custo para atacar a segurança excede a penalidade de corte.
• Vivacidade Punível: Certas classes de ataques à vivacidade (por exemplo, censura persistente de solicitações de carimbo de data/hora) também se tornam identificáveis e puníveis.

Isso move a segurança do PoS de uma suposição de "maioria honesta" para uma suposição econômica e verificável.

4.1. Análise Original: Ideia Central & Fluxo Lógico

Ideia Central: A genialidade da Babylon não está apenas no consenso híbrido; está em reconhecer o poder de hash do Bitcoin como um ativo subutilizado, com custo irrecuperável (sunk cost). Em vez de competir com ou substituir o Bitcoin, a Babylon aproveita de forma parasitária seu orçamento de segurança de mais de US$ 20 bilhões para resolver os problemas mais intratáveis do PoS. Esta é uma clássica estratégia de "simbiose em vez de substituição", reminiscente de como soluções de Camada 2, como a Lightning Network, aproveitam a camada base do Bitcoin em vez de reinventá-la.

Fluxo Lógico: O argumento é extremamente afiado: 1) O PoS puro não pode alcançar segurança punível sozinho (um resultado negativo que eles afirmam). 2) A confiança externa (por exemplo, consenso social) é desajeitada e lenta. 3) O Bitcoin oferece a fonte de confiança externa mais cara, descentralizada e robusta existente. 4) Portanto, carimbe o estado do PoS no Bitcoin para herdar suas propriedades de segurança. O salto lógico do passo 3 para o 4 é onde reside a inovação—tornar esse carimbo de data/hora eficiente e criptoeconomicamente sólido via merge mining.

Pontos Fortes e Fracos: O principal ponto forte é a elegante reutilização de recursos. É um multiplicador de força para a segurança do PoS. O modelo formal de segurança também é uma contribuição significativa, fornecendo uma estrutura rigorosa semelhante às usadas na análise de protocolos como o Tendermint Core ou o consenso do Algorand. No entanto, a força do modelo depende fortemente da suposição do "validador racional" e da precificação precisa dos custos de ataque versus penalidades de corte—um problema complexo de teoria dos jogos. Uma falha crítica é a introdução de uma dependência de vivacidade no Bitcoin. Se o Bitcoin experimentar congestionamento prolongado ou um bug catastrófico, a segurança de todas as cadeias PoS conectadas se degrada. Isso cria um novo vetor de risco sistêmico, centralizando a vivacidade em torno do desempenho do Bitcoin.

Insights Acionáveis: Para investidores e construtores, a Babylon cria uma nova tese de avaliação: Bitcoin como uma plataforma de segurança como serviço. As cadeias PoS não precisam mais inicializar sua segurança apenas a partir de sua própria capitalização de mercado. Isso poderia reduzir drasticamente a barreira de entrada para novas cadeias. Na prática, as equipes devem avaliar a troca entre ganhar segurança punível e aceitar o tempo de bloco de ~10 minutos do Bitcoin como um piso de latência para a finalidade. O roteiro futuro deve abordar a dependência de vivacidade, talvez através de mecanismos de fallback ou aproveitando múltiplas cadeias PoW, não apenas o Bitcoin.

4.2. Detalhes Técnicos & Formulação Matemática

A segurança pode ser conceituada através de uma análise de custo-benefício para um adversário. Seja:

• $C_{ataque}$ o custo total para executar um ataque de segurança (por exemplo, revisão de longo alcance).
• $P_{corte}$ o valor da participação que pode ser comprovadamente cortada como resultado.
• $R$ a recompensa potencial do ataque.

Um protocolo fornece segurança criptoeconômica se, para qualquer ataque viável, o seguinte se mantiver:

$C_{ataque} + P_{corte} > R$

Em um ataque de longo alcance de PoS puro, $P_{corte} \approx 0$ porque a participação antiga foi retirada. A Babylon aumenta $P_{corte}$ ao permitir que a cadeia PoS carimbe uma prova de fraude no Bitcoin, tornando a violação inegável e a participação (mesmo que recentemente retirada) passível de corte com base no registro imutável. O custo $C_{ataque}$ agora inclui o custo de reescrever tanto o histórico da cadeia PoS quanto os blocos do Bitcoin contendo o carimbo de data/hora incriminatório, o que é computacionalmente inviável.

O processo de carimbo de data/hora envolve criar um comprometimento criptográfico (por exemplo, uma raiz de Merkle) do ponto de verificação da cadeia PoS e incorporá-lo no blockchain do Bitcoin via uma saída OP_RETURN ou método similar durante o merge mining.

4.3. Estrutura de Análise & Caso de Exemplo

Cenário: Uma nova blockchain específica para aplicativos baseada no Cosmos ("Zona") quer ser lançada, mas tem uma baixa capitalização de mercado inicial de token (US$ 10 milhões). Ela é vulnerável a um ataque de longo alcance barato.

Protocolo Aprimorado pela Babylon:

1. Os validadores da Zona periodicamente (por exemplo, a cada 100 blocos) criam um ponto de verificação—um hash de bloco assinado representando o estado da cadeia.
2. Eles enviam este ponto de verificação para a rede Babylon.
3. Um minerador da Babylon, enquanto minera um bloco do Bitcoin, inclui a raiz de Merkle do ponto de verificação na transação coinbase.
4. Uma vez que o bloco do Bitcoin é confirmado (por exemplo, 6 confirmações), o ponto de verificação é considerado finalizado pela Zona. A segurança desta finalidade agora é respaldada pelo poder de hash do Bitcoin.

Mitigação de Ataque: Se um atacante posteriormente tentar criar uma cadeia conflitante ramificando-se de antes daquele ponto de verificação, ele também deve reescrever a cadeia do Bitcoin a partir do bloco contendo o carimbo de data/hora. O custo disso é ordens de magnitude maior do que o valor de participação da própria Zona, tornando o ataque economicamente irracional. Além disso, as assinaturas dos validadores originais no ponto de verificação fornecem uma prova de fraude que pode ser usada para cortar seu vínculo (bond), mesmo que eles tenham desvinculado desde então.

Esta estrutura transforma a segurança de ser uma função da própria participação de US$ 10M da Zona para ser uma função da segurança de múltiplos bilhões de dólares do Bitcoin, efetivamente "alugando" a segurança do Bitcoin.