¿Qué es el consenso? Guía para principiantes

¿Qué es un mecanismo de consenso? De la prueba de trabajo a la prueba de participación, aprenda cómo funcionan para las criptomonedas

El consenso para blockchain es un procedimiento en el que los pares de una red blockchain llegan a un acuerdo sobre el estado actual de los datos en la red. De este modo, los algoritmos de consenso establecen la fiabilidad y la confianza en la red blockchain.

Principales conclusiones:

• Los mecanismos de consenso (también conocidos como protocolos de consenso o algoritmos de consenso) se utilizan para verificar las transacciones y mantener la seguridad de la cadena de bloques subyacente.
  
• Hay muchos tipos diferentes de mecanismos de consenso, cada uno con sus ventajas e inconvenientes.
  
• Proof of Work (PoW) y Proof of Stake (PoS) son dos de los mecanismos de consenso más utilizados.

Por qué las cadenas de bloques necesitan mecanismos de consenso

Los mecanismos de consenso constituyen la columna vertebral de todas las cadenas de bloques de criptomonedas y son los que las hacen seguras. Antes de profundizar en los distintos mecanismos de consenso, definamos primero lo que significa que las cadenas de bloques alcancen el consenso.

Una cadena de bloques es un libro de contabilidad digital descentralizado, distribuido y a menudo público que se utiliza para registrar transacciones. Cada una de estas transacciones se registra como un “bloque” de datos, que debe ser verificado de forma independiente por redes informáticas entre pares antes de añadirse a la cadena. Este sistema ayuda a proteger la cadena de bloques frente a actividades fraudulentas y aborda el problema del “doble gasto”.

Para garantizar que todos los participantes de una red blockchain se pongan de acuerdo en una única versión de la historia, las redes blockchain como Bitcoin y Ethereum implementan lo que se conoce como mecanismos de consenso (también conocidos como protocolos de consenso o algoritmos de consenso). El objetivo de estos mecanismos es que el sistema sea tolerante a fallos.

Para saber más sobre los principios subyacentes de la cadena de bloques y los retos de lograr el consenso en un sistema distribuido y descentralizado, lea ¿Qué es Blockchain? Del problema de los generales bizantinos al consenso.

¿Qué es el consenso en Blockchain?

El consenso es el proceso por el que un grupo de pares -conocidos como “nodos”- de una red determina qué transacciones de la cadena de bloques son válidas y cuáles no. Los mecanismos de consenso son las metodologías utilizadas para lograr este acuerdo. Son estos conjuntos de normas los que ayudan a proteger las redes de comportamientos malintencionados y ataques de piratas informáticos.

Existen muchos tipos diferentes de mecanismos de consenso, dependiendo de la cadena de bloques y su aplicación. Aunque difieren en su uso energético, seguridad y escalabilidad, todas comparten un mismo propósito: garantizar que los registros sean veraces y honestos. He aquí un resumen de algunos de los tipos de mecanismos de consenso más conocidos utilizados por los sistemas distribuidos para llegar a un consenso.

Tipos de mecanismos de consenso

Prueba de trabajo (PoW)

Utilizado por Bitcoin y muchas otras blockchains públicas, Proof of Work (PoW) fue el primer mecanismo de consenso creado. En general, se considera el más fiable y seguro de todos los mecanismos de consenso, aunque existen dudas sobre su escalabilidad. Aunque el término “prueba de trabajo” se acuñó a principios de la década de 1990, fue el fundador de Bitcoin, Satoshi Nakamoto, quien aplicó por primera vez la tecnología en el contexto de las monedas digitales.

En PoW, los “mineros” compiten esencialmente entre sí para resolver enigmas computacionales extremadamente complejos utilizando ordenadores de gran potencia. El primero en dar con el número hexadecimal de 64 dígitos (“hash”) se gana el derecho a formar el nuevo bloque y confirmar las transacciones. El minero que tiene éxito también es recompensado con una cantidad predeterminada de criptomonedas, conocida como “recompensa por bloque”.

Dado que requiere grandes cantidades de recursos computacionales y energía para generar nuevos bloques, los costes operativos de PoW son notoriamente elevados. Esto supone una barrera de entrada para los nuevos mineros, lo que suscita preocupación por la centralización y las limitaciones de escalabilidad.

Pero no sólo los costes son elevados. La crítica más común al PoW es el impacto que el consumo eléctrico tiene en el medio ambiente. Esto ha llevado a muchos a buscar protocolos de consenso más sostenibles y eficientes energéticamente, como Proof of Stake (PoS).

Prueba de participación (PoS)

Como su nombre indica, este popular método de consenso gira en torno a un proceso conocido como“apuesta“. En un sistema Proof of Stake (PoS), los “validadores” se comprometen a apostar una moneda digital para tener la oportunidad de ser elegidos al azar para validar un bloque, lo que les reporta una recompensa. El proceso es similar al de la lotería: cuantas más monedas se apuesten, más probabilidades hay de ganar.

Al contrario que en PoW, donde los mineros son incentivados con recompensas por bloque (monedas recién generadas), los que contribuyen al sistema PoS simplemente ganan una comisión por transacción.

El PoS se considera una alternativa más sostenible y respetuosa con el medio ambiente que el PoW, y más segura frente a los ataques del 51%. Sin embargo, como el sistema favorece a las entidades con un mayor número de fichas, el PoS ha suscitado críticas por su potencial para conducir a la centralización. Entre las plataformas PoS más destacadas se encuentran Ethereum -que pasó de PoW a PoS en 2022-, Cardano (ADA), Solana (SOL) y Tezos (XTZ).

Prueba de participación delegada (DPoS)

Una modificación del mecanismo de consenso PoS, Delegated Proof of Stake (DPoS) se basa en un sistema de votación basado en la reputación para lograr el consenso. Los usuarios de la red “votan” para seleccionar “testigos” (también conocidos como “productores de bloques”) que aseguren la red en su nombre. Sólo los testigos más votados obtienen el derecho a validar las transacciones de la cadena de bloques.

Para votar, los usuarios añaden sus fichas a un fondo de apuestas. A continuación, los votos se ponderan en función de la importancia de la participación de cada votante: cuanta más piel en el juego, más poder de voto. Los testigos elegidos que verifican con éxito las transacciones de un bloque reciben una recompensa, que normalmente se comparte con quienes les votaron.

Los testigos del nivel superior siempre corren el riesgo de ser sustituidos por los considerados más fiables, que obtienen más votos. Incluso pueden ser expulsados si incumplen sus responsabilidades o intentan validar transacciones fraudulentas. Esto ayuda a incentivar a los testigos para que sean honestos en todo momento, garantizando la integridad de la cadena de bloques.

Aunque menos extendido que el PoS, el DPoS es considerado por muchos más eficiente, democrático y financieramente inclusivo que su predecesor. Lo utilizan Lisk (LSK), EOS.IO (EOS), Steem (STEEM), BitShares (BTS) y Ark (ARK).

Prueba de actividad

La Prueba de Actividad (PoA) es un híbrido de los mecanismos de consenso PoW y PoS. Lo utilizan los proyectos de blockchain Decred (DCR) y Espers (ESP).

En los sistemas PoA, el proceso de minería comienza como PoW, con mineros que compiten para resolver un elaborado problema matemático utilizando una inmensa potencia de cálculo. Sin embargo, una vez que se extrae el bloque, el sistema cambia para parecerse al PoS, y la cabecera del bloque generado con éxito se transmite a la red PoA. A continuación, se selecciona aleatoriamente un grupo de validadores para que firmen el hash, validando así el nuevo bloque. Al igual que con PoS, cuanto más cripto posea un validador, mayores serán sus posibilidades de ser seleccionado. Una vez que todos los validadores elegidos han firmado el bloque, éste se añade a la red blockchain y queda listo para registrar transacciones. Las recompensas de los bloques se reparten entre el minero y los validadores elegidos.

Aunque el sistema PoA se diseñó con la intención de combinar las mejores características de PoW y PoS (evitando sus defectos), ha sido criticado por su fase de minería, que consume mucha energía, y su inherente parcialidad hacia los validadores que poseen un mayor número de monedas.

Prueba de autoridad (PoA)

No confundir con la Prueba de Actividad (también “PoA”), la Prueba de Autoridad (PoA) funciona seleccionando a sus validadores en función de la reputación. Una versión modificada de PoS, fue propuesta por el cofundador de Ethereum y ex CTO Gavin Wood en 2017.

En la Prueba de Autoridad, los validadores no apuestan monedas. En cambio, deben poner en juego su reputación por el derecho a validar los bloques. Esta cadena de bloques autorizada, que requiere que los participantes se identifiquen, es muy diferente de la mayoría de los protocolos de cadena de bloques, que normalmente no requieren que un usuario revele su identidad para participar.

Como este mecanismo apenas requiere potencia de cálculo, consume muchos menos recursos que algunos de sus predecesores, en particular PoW. También es una de las opciones menos costosas y más favorecidas por las redes privadas, como JPMorgan (JPMCoin). Otros proyectos basados en PoA son VeChain (VET) y Ethereum Kovan testnet.

Aunque es altamente escalable, se ve comprometida en el ámbito de la descentralización, ya que sólo unos pocos elegidos pueden participar en la red. Además, el requisito de que los validadores sean identificables también aumenta el riesgo de corrupción y manipulación por terceros.

Prueba de Burn (PoB)

Otra alternativa más sostenible al algoritmo PoW de Bitcoin es Proof of Burn (PoB), en el que los mineros obtienen el poder de minar un bloque “quemando” (destruyendo) una cantidad predeterminada de tokens de forma verificable, es decir, enviándolos a una “dirección devoradora” donde no se pueden recuperar ni gastar. Cuantas más monedas queme un minero, mayores serán sus posibilidades de ser seleccionado al azar.

Al contrario que en PoS, donde los mineros pueden recuperar o vender sus monedas bloqueadas si alguna vez abandonan la red, las monedas quemadas son irrecuperables. Este método de exigir a los mineros que sacrifiquen riqueza a corto plazo para obtener el privilegio vitalicio de crear nuevos bloques ayuda a fomentar el compromiso a largo plazo de los mineros. El acto de quemar monedas también provoca su escasez, lo que limita la inflación e impulsa la demanda.

Entre las criptomonedas que utilizan el protocolo PoB se encuentran Slimcoin (SLM), Counterparty (XCP) y Factom (FCT).

Prueba de capacidad/Prueba de espacio (PoC/PoSpace)

A diferencia de la mayoría de sus predecesoras, que conceden derechos de minería en función de la potencia de cálculo o de las monedas apostadas, Proof of Capacity (PoC) -también conocida como Proof of Space (PoSpace)- basa su algoritmo de minería en la cantidad de espacio disponible en el disco duro del minero.

En la PoC, los mineros generan de antemano una lista de todos los hashes posibles en un proceso denominado “trazado”. Estos gráficos se almacenan en un disco duro. Cuanta más capacidad de almacenamiento tenga un minero, más soluciones posibles; y cuantas más soluciones, más posibilidades de poseer la combinación correcta de hashes y ganar la recompensa.

Al no requerir equipos caros o especializados, la PoC abre oportunidades para que el ciudadano de a pie participe en la red. Como tal, es una alternativa menos intensiva en energía y más descentralizada que algunos de los mecanismos de consenso predominantes mencionados anteriormente. Sin embargo, todavía no son muchos los desarrolladores que han optado por adoptar el sistema, y preocupa su susceptibilidad a los ataques de malware. Este mecanismo lo utilizan actualmente Signum (SIGNA) -antes Burstcoin (BURST)-, Storj (STORJ) y Chia (XCH).

Prueba del tiempo transcurrido (PoET)

La prueba del tiempo transcurrido (PoET), generalmente utilizada en redes de cadenas de bloques con permisos, aprovecha la informática de confianza para imponer tiempos de espera aleatorios para la construcción de bloques. Fue desarrollado por Intel a principios de 2016, y se basa en un conjunto especial de instrucciones de la CPU llamadas Intel Software Guard Extensions (SGXs).

PoET, un algoritmo de consenso basado en la lotería del tiempo, funciona asignando aleatoriamente diferentes tiempos de espera a cada nodo de la red. Durante el periodo de espera, cada uno de estos nodos pasa a “dormir” durante el tiempo especificado. El primero en despertarse (es decir, el que tenga el menor tiempo de espera) obtiene los derechos mineros. Esta aleatorización garantiza que todos los participantes tengan las mismas probabilidades de ser el ganador, asegurando la equidad dentro de la red.

El mecanismo de consenso PoET es altamente eficiente, consume menos recursos y es escalable. Se ha implementado en Sawtooth de Hyperledger.

Prueba de la Historia (PdH)

Como su nombre indica, Proof of History (PoH) proporciona pruebas de acontecimientos históricos. Desarrollado por Solana, PoH permite incorporar “marcas de tiempo” en la propia cadena de bloques, verificando el paso del tiempo entre transacciones sin tener que depender de otros nodos.

Este método de sellado de tiempo está habilitado por lo que se conoce como SHA-256, función de retardo verificable (VDF) de búsqueda secuencial. Funciona tomando el resultado de una transacción y utilizándolo como entrada para el siguiente hash, lo que permite a cualquiera ver claramente qué evento tuvo lugar en una secuencia concreta. Como los VDF sólo pueden ser resueltos por una única puntuación de CPU, PoH reduce drásticamente el peso de procesamiento de la blockchain, haciéndola más rápida y eficiente energéticamente que muchas de sus contemporáneas.

Dado que el PoH sólo lo emplea Solana, aún no se ha probado a gran escala.

Prueba de Importancia (PdI)

Introducida por primera vez por la red NEM (XEM), la Prueba de Importancia (PdI) selecciona a sus mineros en función de determinados criterios en un proceso denominado “cosecha”. Entre los factores más comunes se incluyen el número y el tamaño de las transacciones en los 30 días anteriores, la cantidad de divisas adquiridas y la actividad de la red. En función de estos factores, se atribuye una puntuación de importancia a los nodos. Cuanto mayor sea la puntuación, mayor será la probabilidad de que un nodo sea elegido para recolectar un bloque y recibir la tarifa de transacción correspondiente.

Aunque similar al PoS, el uso de métricas adicionales por parte del PoI elimina la tendencia del primero a recompensar intrínsecamente a los ricos, al tener en cuenta el apoyo general de los participantes a la red. Por tanto, apostar alto en PdI no garantiza necesariamente la posibilidad de ganar el bloque.

Conclusión

No existe un enfoque único a la hora de verificar la autenticidad de las plataformas distribuidas de cadenas de bloques. Cada mecanismo de consenso tiene sus propias ventajas y desventajas.

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