Proof of work vs. Proof of stake

La naturaleza de igual a igual de los sistemas de pago públicos basados en blockchain supone que cualquier persona del mundo puede participar en su gestión y no solo una empresa, un banco central o un grupo selecto de personas.

Sin embargo, con la descentralización, se presenta un desafío importante: si alguien puede participar y no existe una única entidad que verifique a los participantes que apoyan la red, ¿cómo se asegura de que solo participen usuarios honestos y no agentes maliciosos?

Aquí es donde entra en juego algo conocido como mecanismo de consenso de blockchain.

El consenso hace referencia al acuerdo mutuo sobre un determinado dato entre un sistema o grupo de personas. En el caso de una blockchain, el consenso se refiere al acuerdo mutuo entre los ordenadores de red distribuidos globalmente que validan los nuevos datos de criptomonedas que se añaden al libro mayor.

Las blockchains son registros inmutables de transacciones y otros tipos de datos. Esto significa que no se puede eliminar la información una vez que se añade a la blockchain. Esta finalidad supone una enorme responsabilidad para los participantes de la red a la hora de garantizar que solo se registren datos válidos y verificados. 

Los mecanismos de consenso son el núcleo de todas las blockchain públicas. Estos representan sistemas automatizados que ayudan a filtrar a los participantes deshonestos de la blockchain y garantizan que solo los usuarios fiables y comprometidos se conviertan en “validadores”.

Proof-of-work (PoW) y proof-of-stake (PoS) son los dos mecanismos de consenso más populares que se utilizan en los sistemas de pago de blockchains públicas. PoW y PoS resuelven el problema de filtrar a los participantes maliciosos de la red y fomentar el acuerdo, pero alcanzan este resultado de distintas maneras.

Proof-of-work es un tipo de mecanismo de consenso que requiere que los usuarios de la red dediquen capacidad informática para completar una tarea, normalmente una prueba criptográfica, con el fin de participar.

El mecanismo de consenso de proof-of-work (PoW) se presentó por primera vez a principios de los años 90 como un sistema para evitar el correo no deseado. El método requería que los usuarios resolvieran un problema criptográfico antes de poder enviar un email. 

En el caso de los usuarios legítimos que solo enviaban varios emails, resolver esta única prueba criptográfica no era un problema. Sin embargo, para un delincuente que busca enviar emails no deseados en masa y alterar una red, la mayor cantidad de potencia computacional necesaria para satisfacer el mecanismo de consenso PoW haría que la empresa fuera mucho menos atractiva.

Bitcoin y proof-of-work

En enero de 2009, el creador de Bitcoin, con el seudónimo Satoshi Nakomoto, lanzó el protocolo de Bitcoin. Este sistema de efectivo electrónico de igual a igual presentaba una versión adaptada del mecanismo PoW para resolver un problema prolongado asociado con las redes de pago digital descentralizadas, el doble gasto.

Cuando se envía valor digitalmente, no hay dinero físico que cambie de manos, solo números en una pantalla. Esto significa que, teóricamente, un usuario podría gastar el mismo dinero dos veces a través de dos transacciones independientes. En función de lo bien sincronizados que estén los servidores de la red de pago, podrían procesarse estos pagos de doble gasto. Esto daría lugar a la creación de nuevas unidades de moneda digital de la nada.

El mecanismo de consenso PoW utilizado en el protocolo de Bitcoin incorpora un sistema llamado “minería”. Los usuarios interesados en convertirse en validadores o “mineros” compiten utilizando sus ordenadores para ganar el derecho a proponer nuevas entradas en el libro mayor. Los mineros lo hacen generando códigos aleatorios de longitud fija llamados hashes. Estos hashes se crean ejecutando entradas a través de un algoritmo de hashing criptográfico para producir 64 códigos hexadecimales únicos (códigos que solo contienen números del 0 al 9 y letras de la A a la F).

Los mineros generan hashes repetidamente hasta que alguien crea uno que tiene un número igual o mayor de ceros en la parte delantera en comparación con el hash objetivo. El hash objetivo es el número establecido por el protocolo que, cuando se supera, otorga al minero el derecho exclusivo de proponer un nuevo lote de datos de transacción que se añadirá al siguiente bloque más reciente de la cadena. 

Incentivos y distribución de recompensas 

Por ganar la competición y gastar energía computacional, el minero recibe una cantidad de bitcoins recién acuñados más cualquier comisión vinculada a las transacciones que añade al nuevo bloque. A este proceso se le conoce como recompensa por bloques.

Las recompensas por bloques suelen cumplir una política monetaria estricta y predefinida en la que las recompensas se reducen sistemáticamente con el tiempo. Bitcoin, por ejemplo, reduce a la mitad el número de monedas recién acuñadas concedidas por bloque cada 210.000 bloques (aproximadamente una vez cada cuatro años).

Esto reduce la emisión de nuevas monedas que entran en circulación con el tiempo, lo que, en teoría, está diseñado para ayudar a apoyar los precios, suponiendo que la demanda permanezca constante para la criptomoneda subyacente.

Verificación y emisión

Una vez que el minero ganador ha propuesto un nuevo bloque de transacciones, los mineros restantes de la red verifican de forma independiente esas transacciones antes de que el bloque se añada de forma permanente a la blockchain. 

Este proceso de exigir a todos los usuarios de la red que confirmen de forma independiente la validez de las transacciones propuestas significa que es prácticamente imposible que una persona doble gaste su saldo, siempre que al menos una mayoría del 51% de todos los validadores del sistema actúen honestamente. 

Esta competición de minería comienza de nuevo en función del tiempo de bloqueo que cada criptomoneda está programada para seguir. En el caso del Bitcoin, se descubren nuevos bloques cada 10 minutos aproximadamente. Los tiempos de bloqueo varían entre las criptomonedas: ZCash, por ejemplo, crea un nuevo bloque aproximadamente cada 75 segundos. Esto garantiza que los datos de transacciones nuevos y verificados se añadan constantemente a la blockchain y que las nuevas unidades de criptomonedas se liberen lentamente a una tasa fija predeterminada.

Ventajas e inconvenientes de la PoW

Una ventaja clave de utilizar un sistema de PoW es que la enorme cantidad de potencia computacional necesaria para ejecutar una transacción fraudulenta es prácticamente inviable.

Las blockchains están sujetas a los llamados ataques del 51%, cuando una persona o grupo de personas maliciosas obtienen un control mayoritario sobre el hashrate minero de una blockchain. Las blockchains siguen la regla de “cadena más larga”, donde todos los validadores de una red aceptan la cadena más larga como la más válida. Esto significa que, si una parte deshonesta es capaz de asumir una mayoría de control de la red, esta podría aprobar pagos de doble gasto, bloquear determinados pagos entrantes y destruir la confianza en el libro mayor de la blockchain subyacente. 

Sin embargo, con los sistemas de PoW, sería necesario que los atacantes compraran o alquilaran grandes cantidades de equipos informáticos para llevar a cabo y mantener este tipo de ataques. En el caso de redes tan grandes como Bitcoin, cuya energía computacional colectiva comprometida con la validación de transacciones (conocida como hashrate) es tan grande, hace que el riesgo de un ataque del 51% sea increíblemente improbable.

Una de las principales críticas a esta seguridad basada en la potencia computacional es que se desperdicia una cantidad significativa de la energía implicada en el proceso de minería. Solo un minero puede proponer un bloque cada 10 minutos, lo que hace que toda la red consuma una gran cantidad de electricidad que, en última instancia, nunca está directamente implicada en la creación de un nuevo bloque. 

Más allá del uso de energía de PoW se encuentran los residuos electrónicos que se producen por el mal funcionamiento de los equipos de minería o simplemente por quedar obsoletos. Esto ha llevado a críticas significativas y ha empujado a muchos proyectos más recientes de blockchain a buscar alternativas más eficientes de mecanismos de consenso. Aunque se incentiva a los mineros de PoW a buscar fuentes de energía rentables y capturar energía de derivados (como el calor) para otros usos, la minería de PoW sigue utilizando una cantidad significativa de energía. 

 

Proof-of-stake (PoS) es un sistema por lotería que requiere que los participantes de la red compren y bloqueen los tokens nativos de un protocolo en un contrato inteligente. Los participantes que hacen staking con tokens tienen la oportunidad de ser seleccionados al azar para proponer nuevos bloques.

Tres años después del lanzamiento del Bitcoin, dos desarrolladores llamados Scott Nadal y Sunny King desarrollaron el mecanismo de consenso de PoS para abordar las deficiencias energéticas que plantea el sistema de proof-of-work.

Cuanto mayor sea el número de tokens con los que haga staking una persona, mayor será su probabilidad de ser seleccionada. Piense en esto como comprar varios billetes de lotería. Aumentarán sus probabilidades cuantos más billetes tenga, pero eso no garantiza que gane. Una persona que haya comprado un billete solamente o, en este caso, que haya hecho staking con la cantidad mínima de tokens, puede ser seleccionada en su lugar de todos modos.

Esta idea se sirve del mismo principio que PoW al exigir a los validadores que inviertan su propio dinero, pero elimina la necesidad de operar máquinas especializadas y de alto consumo energético.

Incentivos y distribución de recompensas 

La mayoría de los sistemas de PoS modernos ofrecen a los validadores un interés anual fijo para ayudar a proteger la red y verificar los nuevos datos. 

Sin embargo, algunos ofrecen recompensas en forma de tokens nativos (acumulados a partir de las comisiones de transacción) proporcionales al número de tokens con los que una persona ha hecho staking. Esto suele ocurrir a través de pools de staking delegados, en los que varios validadores agrupan sus fondos para formar una única unidad de staking. El mantenimiento y el funcionamiento del pool de staking lo lleva a cabo una persona elegida o un grupo de personas con los conocimientos especializados necesarios para desempeñar el papel.

En el caso de que un validador o un operador de pool de staking delegado actúe de forma deshonesta, el protocolo tiene la capacidad de eliminar por la fuerza parte o la totalidad de sus activos en staking. Este sistema, conocido como “slashing”, incentiva aún más el buen comportamiento en la red.

Verificación y emisión

Para participar en el proceso de staking, la mayoría de los protocolos de blockchain de PoS requieren que los usuarios depositen una cantidad mínima para poder optar a ello. En el caso de la nueva blockchain de PoS de Ethereum, se necesitan 32 ether, la criptomoneda nativa de la blockchain, para convertirse en un validador.

En Polkadot, otra blockchain de PoS, el requisito de participación mínima fluctúa de tan solo 10 DOT, la criptomoneda nativa de Polkadot, a 350 DOT.

Existe una gran diferencia entre las blockchains de PoS en cuanto a cómo se verifican los bloques de transacciones. Normalmente, el tiempo se dividirá en slots o épocas. Se asigna un número de stakers a cada slot y, a continuación, se elige uno al azar para proponer un nuevo bloque. Los demás stakers del grupo certifican la validez del bloque de forma independiente.

Ventajas e inconvenientes de la PoS

La principal ventaja de los blockchains de proof-of-stake es que son significativamente más eficientes energéticamente que los protocolos PoW. Esto se debe a que se necesitan equipos informáticos de alto consumo energético mucho menos sofisticados para validar y verificar las transacciones basadas en PoS en comparación con PoW. De hecho, ahora, el staking se puede realizar a través de exchanges y otras plataformas de terceros a través del portátil o teléfono móvil de una persona.

Los pools de staking delegados tienen la ventaja añadida de permitir que los usuarios con poco o ningún conocimiento especializado se involucren en el proceso de validación, mientras que una minería exitosa requiere un profundo conocimiento técnico del software y el hardware necesarios. Huelga mencionar que las recompensas mineras no están garantizadas, mientras que los stakers a menudo pueden disfrutar de rendimientos anuales fijos.

El principal inconveniente del staking es que no se puede acceder a los fondos de un usuario una vez que se bloquea en un contrato inteligente de staking hasta que transcurra el periodo de vinculación. Esto reduce la liquidez del mercado de la criptomoneda subyacente e impide que los inversores accedan a sus fondos en staking durante movimientos críticos del mercado.

Ya lo tiene todo listo para dar el siguiente paso y comprar criptomonedas.