Capítulo 5. Métodos de Consenso

TL;DR

Existen diferentes métodos de consenso: la PoW que consiste en invertir gran cantidad de poder de cómputo y electricidad para buscar la solución a una fórmula matemática. La PoS que selecciona de manera determinística a los nodos que generarán el próximo bloque según a la cantidad de monedas que tienen en su poder. La Prueba de Importancia, similar al PoS, pero además considera el uso de la red. Otros métodos son variantes delegadas de los anteriores e incluso algunos totalmente diferentes como el Enjambre (Tangle) que no se basa en una cadena de bloques sino en grafos acíclicos.

 

Ya en el capítulo de Blockchain vimos cómo funciona la prueba de trabajo, que fué el primer método propuesto por Satoshi Nakamoto con el Bitcoin. Veamos más en detalle cómo funciona este y otros métodos de consenso.

Prueba de Trabajo (Proof of Work - PoW)

Consiste en que un nodo minero debe buscar la solución a una ecuación matemática compleja dada la información de un bloque. Esto garantiza que el nodo tuvo que realizar un gran esfuerzo de cómputo y por lo tanto incurrió en un consumo eléctrico considerable. El nodo obtiene una cantidad de monedas como recompensa, además de las comisiones de cada transacción.

En el problema de los generales Bizantinos mostramos una Prueba de Trabajo, que puede hacerse cada vez más compleja, acordando añadir una mayor cantidad de ceros al principio como resultado de la función de hashing. Si acordamos que la función debe devolver solo un cero al principio, quizás podamos conseguir un resultado en pocos segundos, pero si acordamos que la función debe retornar 15 ceros al principio, la complejidad, el costo y el tiempo se incrementan considerablemente.

Ventajas:

  • Se requiere de una gran cantidad de capital y de tecnología para que un nodo pueda realizar la minería, por lo que se frenan las posibilidades de piratería.
  • Hay incentivos económicos para los mineros, lo que conlleva a una gran cantidad de nodos destinados a garantizar la seguridad de la red.

Desventajas:

  • Se utiliza una gran cantidad de energía. Cada transacción requiere la misma cantidad de energía de una casa un día entero.
  • Los tiempos de confirmación de cada transacción son más lentos que otros métodos.
  • Bajo número de transacciones por segundo (7 transacciones por segundo en el caso del Bitcoin)
  • El poder de cómputo tiende a centralizarse en partes del mundo donde la electricidad es de muy bajo costo.

Proyectos que usan PoW:

Prueba de Propiedad (Proof of Stake - PoS)

La PoS a diferencia de la PoW no requiere de un esfuerzo tan grande, más bien los candidatos para generar el próximo bloque son elegidos de manera determinística de acuerdo a la cantidad de monedas que cada uno posee, de entre esos se elige uno de aleatoriamente. A mayor cantidad de monedas posea un nodo, mayor será la probabilidad de ser elegido.

En la PoS se dice que los bloques no son minados sino "forjados" o "acuñados". Usualmente los proyectos que utilizan PoS contienen un capital máximo de monedas previamente establecido y los ganadores obtienen las comisiones de las transacciones, sin embargo algunos protocolos crean monedas mediante la PoS o usan un esquema híbrido entre PoW y PoS donde la dificultad del problema disminuye en la medida que el nodo posee más monedas.

Existen dos enfoques de PoS:

Prueba de propiedad pura: aquellos nodos que tienen mayor participación de monedas tienen una dificultad menor en la generación de un bloque.

Prueba de depósito: en este caso las monedas usadas para crear un bloque son congeladas hasta que se consigue un determinado número de confirmaciones. Los nodos son recompensados por estar dispuestos a inmovilizar sus monedas por largo tiempo.

Ventajas:

  • La PoS no requiere de tanto consumo energético, por lo tanto es más eficiente.
  • Se premia a los que más apoyan el proyecto, a diferencia de PoW donde los mineros pueden estar interesados sólo en maximizar sus ganancias.

Desventajas:

  • Existen cuestionamientos de la seguridad del PoS
  • Las transacciones tienden a centralizarse en los nodos más ricos.

Proyectos que usan PoS:

Prueba de Importancia (Proof of Importance - PoI)

Es muy similar a PoS de tipo Prueba de Depósito, en el sentido de que los nodos que tienen prioridad son los que tienen mayor capital y además requieren congelar la inversión por un tiempo dado, pero introduce algunos elementos diferentes:

  • El término usado para la generación de bloques es "cosechar".
  • El nivel de importancia es un nivel de rango que se calcula no sólo en base al capital sino el uso que el nodo hace de la red, es decir, cuantas transacciones a hecho y con quienes.
  • Al igual que los métodos anteriores, la posibilidad de controlar el 51% de la red es muy costoso tanto en dinero, como en tiempo.

Ventajas:

  • Incentiva el uso de la moneda
  • La cosecha de bloques es más eficiente a nivel de costo-beneficio.

Desventajas:

  • Se requiere un mínimo necesario de inversión para poder cosechar.
  • Utilizado en un sólo proyecto: NEM.

Proyectos que utilizan PoI:

NEM

Tolerancia Delegada ante Fallo Bizantino (Delegated Byzantine Fault Tolerance - dBFT)

En este método de consenso los nodos son denominados accionistas que votan por un nodo delegado, los accionistas solo pueden hacer transferencias o cambiar sus monedas, pero los delegados hacen la contabilidad, es decir, validan los bloques. Cuando se necesita una validación se elige a un delegado al azar y el 66% de los delegados restantes debe aprobar su trabajo, si no es aceptada se elige otro al azar y se reinicia el proceso. Los accionistas pueden cambiar a su delegado dependiendo de la comisión que cobre, promoviendo el bajo costo y el uso de la red.

Para que un nodo pueda ser delegado, debe tener una cantidad de monedas en su poder, en este sentido es similar a PoS, la diferencia radica en que los nodos tienen el mismo peso independientemente del capital que posean.

Ventajas:

  • Gran capacidad de transacciones por segundo
  • Comisiones bajas

Desventajas:

  • Aún no ha sido probado a gran escala.

Proyectos que usan dBFT:

NEO

Prueba de Propiedad Delegada (Delegated Proof of Stake - dPoS)

La dPoS utiliza el poder de los "delegados" para votar y resolver temas a través del consenso de manera democrática. Todos los parámetros de la red incluyendo comisiones, tamaño del bloque, dificultad pueden ser ajustados mediante el voto. Al igual que en PoS los generadores son pre-seleccionados de manera determinística, lo que hace que las transacciones sean bastante rápidas.

Ventajas:

  • Los testigos y los delegados son elegidos por separado, lo que potencialmente resuelve los conflictos de interés.
  • Adaptable: los parámetros del Blockchain se pueden ajustar rápidamente.

Desventajas:

  • Concentrar las decisiones en pocos delegados hace que el protocolo se vuelva centralizado.
  • Al igual que cualquier sistema democrático la red puede sufrir de apatía en las votaciones.

Proyectos que usan dPoS

BitShares

Enjambre (Tangle)

Este método de consenso no es una cadena de bloques sino un Enjambre, que técnicamente es definido como un Grafo Acíclico Dirigido, es decir, una red que no tiene ciclos, gráficamente puede verse de la siguiente forma:

Muestra de un Grafo Acíclico Dirigido 

Cada nodo dentro de este grafo es una transacción, la cual es validada por el mismo software que realiza la transacción, es como si cada usuario fuera su propio minero, pero para hacer esto debe antes validar dos transacciones previas.

Las transacciones en el Enjambre son gratuitas y cada nodo ayuda en el mejoramiento de la red validando algunas transacciones adicionales a la suya. Cada validación se hace mediante una pequeña Prueba de Trabajo que no requiere tanto nivel de cómputo como otros proyectos.

Ventajas:

  • Transacciones inmediatas y gratuitas
  • Tiene una gran escalabilidad.
  • Es una tecnología innovadora.

Desventajas:

  • Es un proyecto aún en fase experimental.
  • La red actualmente cuenta con un "Coordinador" que se encarga de evitar los ataques de la red en esta fase inicial del proyecto.

Proyectos que usan el Enjambre:

IOTA

Como vemos, los métodos de consenso han evolucionado muchísimo, desde la Prueba de Trabajo. Éstos métodos son parte fundamental de la tecnología del Blockchain, por lo tanto la supervivencia y escalabilidad de una criptomoneda puede estar asociada al método utilizado. Si bien hoy en día la mayoría de las monedas utilizan la PoW o la PoS, aún esta tecnología tiene un largo camino por delante.

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