¿Qué es un mecanismo de consenso en blockchain?

Imagina que eres el comandante de un ejército compuesto por varios pelotones de soldados, cada uno ubicado en un punto diferente. Planeas atacar una sola área fortificada en un momento específico. Para hacerlo, debes coordinarte con cada uno de tus pelotones para asegurarte de que todos sepan la hora, el lugar y el plan de acción correctos.

Pero esto plantea una serie de problemas. ¿Qué pasa si uno o varios pelotones deciden retirarse en el último minuto? ¿Y si atacan demasiado pronto? ¿Qué pasa si llegan al lugar equivocado? ¿Qué pasa si hay traidores en un pelotón que intentan sabotear el plan? 

Para que el ataque funcione, es vital que todos lleguen a un acuerdo unánime, también conocido como llegar a un consenso, sobre cuál es el plan. Este ejemplo se basa en el método del problema de los generales bizantinos, un concepto publicado en un artículo de 1982 que ilustra los problemas de construir un sistema de comunicación robusto donde sus supuestos participantes pueden actuar de manera deshonesta. 

Bitcoinse convirtió en el primer sistema descentralizado en resolver este duradero problema mediante la implementación del mecanismo de consenso.

Un mecanismo de consenso de blockchain es un tipo de sistema automatizado que tiene como objetivo lograr dos objetivos principales.

1. Asegurar que una comunidad distribuida y sin líderes de validadores de red pueda acordar de manera eficiente y unánime los datos nuevos y existentes en el libro mayor de blockchain.
    
2. Asegurar que todos los validadores de la red sigan las reglas del protocolo y desempeñen sus funciones con honestidad.

La validación de datos se refiere a la verificación de que la nueva información es precisa y válida. Esto es increíblemente importante en un sistema descentralizado, especialmente en un sistema monetario descentralizado. Si se permitiese agregar información de transacción no válida a la blockchain, como un balance falso o una transacción de doble gasto, socavaría por completo la integridad de esa base de datos.

Sin una base de datos integral, nadie confiaría en ella y nadie la utilizaría.

También hay otro problema clave que se utiliza para resolver mediante mecanismos de consenso: la seguridad de la red. 

Satoshi Nakamoto, el creador de Bitcoin, fue el primero en reconocer que los mecanismos de consenso también podrían funcionar como un sistema eficiente para disuadir a los malos actores de intentar apoderarse de la red a través de un ataque mayoritario (obteniendo el control de más del 50% de una red). Esta fue una innovación revolucionaria y que ayudó a consolidar el protocolo Bitcoin como la primera criptomoneda descentralizada viable a nivel mundial

Si bien hay muchos tipos de mecanismos de consenso utilizados por diferentes blockchains, la mayoría de ellos funcionan fundamentalmente al requerir que los nodos validadores realicen algún tipo de inversión y/o dediquen una cantidad de esfuerzo antes de que se les otorgue el derecho a proponer y validar nuevos bloques de datos.

La idea detrás de esto es simple. Los validadores que han invertido su propio tiempo y dinero para participar en la red son teóricamente menos propensos a intentar corromperla porque tienen algo que perder si lo hacen.

En resumen, los mecanismos de consenso son simplemente sistemas que alientan a los validadores a cumplir con las reglas a través de la coerción (amenaza de castigo) y/o la incentivación (ganar recompensas por buen comportamiento).

Como hemos mencionado, hay muchos métodos diferentes empleados por varias blockchains para lograr un consenso en la industria actual de las criptomonedas.

Sin embargo, los dos más populares se conocen como mecanismos de consenso proof-of-work (PoW) y proof-of-stake (PoS).

Proof-of-workes el mecanismo de consenso utilizado por Bitcoin y una amplia gama de otras criptomonedas. 

Desarrollado por primera vez en 1993 por los científicos informáticos Cynthia Dwork y Moni Naor como un medio para prevenir el spam de correo electrónico, Nakamoto tomó el concepto y lo adaptó para su uso en un sistema monetario descentralizado.

PoW funciona exigiendo a los validadores, apodados "mineros", que compren, alquilen o subcontraten equipos informáticos y dirijan esa potencia a ganar una competencia basada en criptografía a cambio de recompensas. Este proceso se conoce más comúnmente como minería de criptomonedas.

Los detalles completos de la minería se pueden encontraraquí.

Al exigir a los validadores que inviertan en equipos informáticos y cubran los costes continuos asociados con su ejecución, la idea detrás de PoW es que los posibles agentes maliciosos se desanimen al realizar todo ese esfuerzo. Del mismo modo, la estructura de incentivos de las recompensas en bloque (las recompensas obtenidas al ganar la competición de minería) significa que la participación honesta puede ser bien compensada.

En términos de proporcionar seguridad, a medida que más mineros se unen a la red y aumenta la sofisticación de los equipos, el coste de atacar la blockchain de Bitcoin aumenta exponencialmente. Esto se debe a que un perpetrador tendría que obtener una cantidad extremadamente grande de potencia computacional para obtener una mayoría del 51% sobre el resto de la red. Incluso entonces, no habría garantía de que ganarían la competición de minería cada diez minutos para establecer con éxito una cadena inválida de nuevos bloques.

Proof-of-stakees un tipo relativamente nuevo de mecanismo de consenso iniciado por Sunny King y Scott Nadal en 2012. Al igual que proof-of-work, PoS cumple los mismos objetivos clave de un mecanismo de consenso, pero de una manera única y diferente.

Para convertirse en validador en una blockchain basada en PoS, los participantes deben comprar y bloquear una cantidad de la criptomoneda nativa del proyecto correspondiente en un contrato inteligente. Esto se conoce como staking.

Un contrato inteligente de staking básicamente actúa como una cuenta de depósito en garantía y bloquea los tokens durante una duración fija o variable, dependiendo de las condiciones específicas de cada protocolo de blockchain.

Los validadores son elegidos al azar por el protocolo para proponer nuevos bloques dentro de franjas horarias establecidas, a menudo llamadas épocas. Los stakers pueden aumentar la probabilidad de ser seleccionados para proponer nuevos bloques al aumentar la cantidad de tokens o monedas que dedican al staking.

Este sistema funciona de manera similar a un sistema de lotería, en el que cuantos más boletos se tengan, mayores serán las probabilidades de ganar el primer premio. Pero, de nuevo, como en la lotería,no hay garantía de que ganes siempre. Alguien con un solo boleto aún puede vencer a alguien con miles de boletos de lotería. Lo mismo se aplica al staking de criptomoneda.

Sin embargo, Peercoin fue la primera criptomoneda en contar con este mecanismo, aunque Ethereumes quizás el ejemplo más conocido de una blockchain de PoS después de que completó sutransición de PoW en 2022.

Además de bloquear los tokens, algunos mecanismos de consenso de PoS, como el que utiliza Ethereum, administran sanciones por comportamiento deshonesto a través de un proceso llamado "slashing". 

Si el protocolo sospecha de actividad maliciosa, los fondos bloqueados de una persona pueden ser confiscados, o "cortados", parcial o totalmente sin aviso. Esto disuade coercitivamente el mal comportamiento y ayuda a garantizar que todos los participantes de la red sigan las reglas.

Más allá de PoW y PoS, han surgido docenas de diferentes mecanismos de consenso que representan versiones novedosas o híbridas de los mecanismos antes mencionados. Cada uno intenta resolver el problema de los generales bizantinos de varias maneras. Entre ellos se incluyen:

• Proof-of-Activity (PoA)
• Proof-of-History (PoH)
• Proof-of-Importance (PoI)
• Proof-of-Capacity (PoC)
• Proof-of-Burn (PoB)
• Proof-of-Authority (PoA)
• Proof-of-stake delegada (DPoS)
• Proof-of-Elapsed Time (PoET)

Si bien no hay un ganador claro en términos del mejor mecanismo de consenso, muchos consideran que los sistemas PoS y PoW son los más efectivos.

Las principal ventaja de PoW (minería) sobre PoS (staking) es que ofrece una seguridad significativamente mayor contra los ataques mayoritarios del 51%. Sin embargo, los mineros consumen colectivamente enormes cantidades de energía para lograr esta alta seguridad; algo por lo que muchos medioambientalistas, reguladores y empresas globales han expresado una gran preocupación en los últimos años. El uso de energía de PoW es un tema complejo y algo que discutimos con mayor profundidad en nuestro artículoDerribando los mitos de las criptomonedas: "Bitcoin está destruyendo el medioambiente".

PoS, por otro lado, es significativamente más eficiente energéticamente. No se requieren máquinas que consuman mucha electricidad para realizar stake y varios bloques tienen el potencial de validarse en conjunto a través de soluciones de escalado como sharding. 

Dicho esto, ninguno de los dos es perfecto y ambos tienen sus propios problemas de centralización. En ambos casos, aquellos con más dinero pueden obtener una ventaja injusta sobre otros participantes en la red.

En los sistemas PoW, las grandes empresas mineras dominan la industria y hacen que sea financieramente inviable para los pequeños mineros aficionados. 

En los sistemas PoS, aquellos que apuestan grandes cantidades de tokens tienen muchas más probabilidades de proponer nuevos bloques y ganar recompensas en comparación con todos los demás en la red.

Sin embargo, se puede argumentar que esto es un subproducto natural de la mayoría, si no de todos, los mecanismos de consenso.

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