Análisis en profundidad

Qué es la Prueba de Estaca en Blockchain

Los sistemas PoS (Prueba de Estaca) ofrecen más democracia, descentralización y escalabilidad que los sistemas PoW (Prueba de Trabajo) y requieren menos energía, hasta el punto de que incluso Ethereum podría pasar pronto a utilizarlos

Artículo publicado el 07 Feb 2023

Redacción InnovaciónDigital360

Prueba de Estaca.

Como muchos saben, en la tecnología blockchain -como en todos los sistemas DLT- descentralizados y distribuidos, la validación de las operaciones contenidas en un nuevo bloque se realiza por consenso distribuido. Es decir, por consenso de la red y no por una entidad central. El mecanismo de consenso utilizado determina cómo la red puede actualizar y modificar la información contenida en el registro.

Los algoritmos de consenso son, por tanto, un elemento crucial para cualquier DLT, incluida la cadena de bloques, ya que son los responsables de garantizar la integridad y la seguridad de la información almacenada en los registros, mediante el cumplimiento de las reglas del protocolo.

Existen diferentes tipos de algoritmos de consenso, siendo sin duda los más comunes la Prueba de Trabajo (PoW) y la Prueba de Estaca (PoS).

Aunque PoW y PoS comparten propósitos similares, tienen algunas diferencias y peculiaridades fundamentales. Veámoslos en detalle

¿Qué es un algoritmo de consenso en la cadena de bloques?

Las tecnologías DLT (Distributed Ledger Technology) son sistemas basados en un libro mayor distribuido, que puede ser leído y modificado por todos los participantes de la red, los llamados nodos.

Concretamente, un nodo se define como cada computadora participante en la red que gestiona una copia del libro mayor distribuido.

La familia de las tecnologías distribuidas está formada por varios sistemas que difieren según el tipo de red (que puede ser pública o privada), los poderes de validación atribuidos a los nodos (sin permiso o con permiso), la estructura del registro (tradicional o blockchain) y el mecanismo de consenso utilizado.

La DLT también incluye las tecnologías de cadena de bloques, que se caracterizan precisamente por una estructura de libro mayor de cadena de bloques.

Cada bloque contiene un conjunto de transacciones (normalmente transacciones económicas, pero no solo) y está vinculado al bloque siguiente a través de un hash.

Cada hash del bloque siguiente también contiene en su interior el hash del bloque anterior, lo que hace que el vínculo entre un bloque y el siguiente sea inmutable.

El protocolo es el conjunto de reglas primarias de una cadena de bloques, mientras que el algoritmo de consenso es el mecanismo a través del cual estas reglas son aplicadas por toda la red.

El protocolo define cómo interactúan los nodos, cómo deben transmitirse los datos y cuáles son los requisitos para validar nuevas operaciones o modificar una operación ya aprobada.

El algoritmo de consenso, por su parte, tiene la tarea de verificar la correcta interacción entre los nodos y confirmar las operaciones realizadas a través del consenso de la red (por ejemplo, verificando las firmas o los balances de direcciones, para evitar la duplicación de una misma operación).

La Prueba de Trabajo (PoW) de una blockchain

El primer algoritmo de consenso para criptomonedas creado fue el Prueba de Trabajo (PoW), diseñado por Satoshi Nakamoto e implementado en Bitcoin, en 2009, para garantizar la Tolerancia a Fallos Bizantinos, es decir, la capacidad de un sistema informático distribuido para resistir fallos de consenso, fallos de validación, fallos de verificación de datos o errores de protocolo de respuesta).

PoW se basa en que la red resuelva problemas matemáticos especialmente complejos, de ahí el término, literalmente, “prueba de trabajo”.

Este mecanismo de consenso explota lo que en la jerga se denomina minería: computadoraes muy potentes (también llamados mineros) intentan resolver un complejo problema matemático para poder encontrar una solución (el hash que une un bloque con otro) y, por ejemplo, recibir un Bitcoin como recompensa por su trabajo.

Cuanto mayor sea la potencia de cálculo empleada, mayores serán las posibilidades de resolver el problema matemático, ya que mayor será el número de intentos por segundo realizados.

De hecho, el problema matemático propuesto solo puede resolverse por ensayo y error, y el primer minero que encuentre la solución gana la recompensa.

Sin embargo, el algoritmo de consenso PoW Proof of Work permite a los mineros validar un nuevo bloque y añadirlo a la blockchain solo si los demás nodos de la red están de acuerdo con la solución aportada por el minero, repitiendo la operación resuelta.

La Prueba de Estaca (PoS, Proof of Stake) en blockchain

La Prueba de Estaca (PoS,Proof of Stake) es un algoritmo de consenso alternativo al PoW o Proof of Work, que fue propuesto en 2011 por un usuario en el foro Bitcointalk como solución a los problemas inevitablemente asociados a la enorme demanda de electricidad y energía necesaria para utilizar el PoW.

En PoS, el proceso físico mediante las cual las supercomputadoras compiten entre sí para resolver complejos problemas matemáticos, es decir, la minería, se sustituye por un sistema en el que los llamados validadores (de consenso distribuido) garantizan la validez de las operaciones realizadas comprometiendo una parte de sus criptomonedas (las llamadas “estacas”).

La idea básica radica en la necesidad de evitar un gran derroche de energía y la competencia entre nodos en cuanto a capacidad de cálculo.

Principal ventaja de los sistemas PoW

La principal ventaja de los sistemas PoW reside precisamente en la necesidad de emplear innumerables recursos eléctricos y energéticos para aumentar la potencia de cálculo y resolver cada vez más rápido los problemas matemáticos propuestos.

Esto es lo que convierte al PoW en un sistema altamente fiable, ya que los elevados costos asociados al proceso de minería hacen, si no imposible, al menos improbable que los mineros inviertan sus propios recursos en obstruir la red. Sin embargo, esta característica es también el principal defecto del PoW.

En 2009, cuando se lanzó Bitcoin, cualquier persona con una computadora corriente podía competir con otros mineros para resolver el problema matemático y validar el siguiente bloque, ya que la dificultad inicial de los problemas era baja y, en consecuencia, no era necesario poseer una gran potencia de cálculo.

La competencia era justa, igualitaria y descentralizada. Sin embargo, con el paso de los años, los mineros trataron de aumentar cada vez más sus recursos informáticos para ganar cada vez más criptomonedas como recompensa, con la consecuencia de que la dificultad de los problemas propuestos aumentó exponencialmente.

Así, se crearon las granjas mineras y los pools mineros, instalaciones muy caras equipadas para proporcionar una experiencia computacional y de agregación sin igual.

Prueba de Trabajo y Prueba de Estaca, comparados: pros y contras

Hoy en día, el PoW ya no ve diferentes computadoras pertenecientes a diferentes nodos compitiendo entre sí, sino supercomputadoras organizadas en sistemas agregados pertenecientes a unos pocos nodos con enormes recursos financieros, que consumen enormes cantidades de electricidad (los estudios muestran que el consumo de electricidad para minar Bitcoin es comparable al utilizado para iluminar todo un estadio).

El riesgo de un sistema así es que conducirá a una centralización cada vez mayor del consenso, subvirtiendo la característica fundamental de blockchain y DLT en general: la descentralización.

PoS intenta resolver los problemas asociados al uso de sistemas PoW mediante el uso de un sistema de selección aleatoria de validadores: 

– Los bloques en los sistemas PoS, a diferencia de los bloques PoW, no se extraen (minería), sino que se acuñan (forja).

– Para convertirse en validadores, los nodos deben depositar una parte de su criptomoneda en la red, pignorándola como una especie de garantía o depósito de seguridad. La cuota depositada no puede utilizarse ni gastarse.

Cómo se seleccionan los validadores en los sistemas de la Prueba de Estaca

El proceso de selección automática de mineros tiene en cuenta una serie de factores diferentes para garantizar que no solo se seleccionan los nodos con las cuotas más altas, sino también nodos con cuotas más bajas pero igualmente fiables.

Los factores que se tienen en cuenta en la fase de selección pueden variar en función del sistema considerado; sin embargo, por lo general, se tienen en cuenta los siguientes:

-el importe de la apuesta depositada

-la longevidad de la apuesta (la llamada edad de la moneda, es decir, cuánto tiempo hace que se hizo el depósito)

-un factor de aleatorización.

Naturalmente, cuanto mayor sea la apuesta depositada y mayor la criptomoneda depositada, mayor será la probabilidad de ser seleccionado como validador. Esto se debe a que los rescates más elevados e históricamente sólidos tienen un mayor grado de fiabilidad e integridad.

Además, cuando un nodo es seleccionado por el algoritmo y acuña una nueva blockchain, su edad de moneda se restablece y debe transcurrir un cierto periodo de tiempo antes de que pueda volver a ser seleccionado. Este sistema impide que los nodos con grandes participaciones dominen la blockchain.

Una vez seleccionado un nodo como validador del siguiente bloque, tendrá que comprobar si las transacciones que contiene son válidas, firmar el bloque y añadirlo a la cadena de bloques.

Cómo es la recompensa

A diferencia de los sistemas PoW, en los que el trabajo de los mineros se recompensa con la creación de una nueva moneda, en los sistemas Prueba de Estaca la recompensa para los validadores consiste en una comisión retenida sobre la transacción validada. Antes de poder retirar su parte depositada y cobrar su recompensa, la red verifica el trabajo del validador, comprobando que no se hayan añadido bloques fraudulentos.

En contra del fraude

Mientras que en los sistemas PoW, como se ha anticipado, la seguridad de las transacciones reside en los ingentes recursos -económicos y energéticos- necesarios para completar la validación de un bloque, en los sistemas PoS, es la apuesta lo que disuade a los validadores de validar transacciones fraudulentas.

De hecho, si la red detecta una transacción fraudulenta, el nodo validador pierde parte de su participación, así como el derecho a ser seleccionado como validador en el futuro.

La única manera de burlar los controles de la red y aprobar transacciones fraudulentas sería poseer el 51% de las criptodivisas en circulación, una hipótesis casi totalmente inviable, ya que en un contexto así, los costes en los que se incurriría para obtener la mayoría absoluta no encontrarían un margen de beneficio satisfactorio en las comisiones, puesto que el mercado, en correspondencia con un ataque de este tipo, atribuiría a la criptodivisa adquirida un valor económicamente muy inferior al precio de compra.

Otras ventajas de los sistemas Prueba de Estaca

Aparentemente, los sistemas de la Prueba de Estaca también parecen favorecer a los nodos con mayores recursos económicos, haciendo más ricos a los más ricos de la red.

Sin embargo, esta afirmación no es del todo cierta. Si bien es cierto, como ya se ha mencionado, que cuanto mayor sea la apuesta depositada, mayores serán las posibilidades de ser seleccionado como validador, este parámetro no es el único que tiene en cuenta el algoritmo que, en cualquier caso, consta de un componente aleatorio.

Para dar una imagen figurada de cómo podría funcionar un proceso de selección en un sistema de punto de venta, imaginemos la lógica del algoritmo como una aguja en la rueda de la fortuna.

En el momento en que se activa la aguja, no se puede saber con certeza en qué zona de la rueda se detendrá. Sin embargo, es evidente que cuanto mayor sea la superficie (estaca) que posea un nodo, mayor será la probabilidad de que la aguja se detenga en esa zona, pero esta desigualdad potencial se ve contrarrestada por la presencia de criterios preferenciales, una especie de peso sobre la aguja, que dirigen su dirección.

Además, la presencia de reglas de protocolo diseñadas para garantizar una rotación de los validadores (como la imposibilidad de que el mismo nodo sea seleccionado dos veces seguidas) incentiva la compra de criptomonedas y la participación en el sistema por parte de todos los nodos de la red, garantizando un sistema verdaderamente descentralizado.

Mayor escalabilidad

Los méritos de los sistemas PoS no solo residen en su mayor naturaleza democrática y descentralización, sino también en su mayor escalabilidad en comparación con los sistemas PoW.

A menudo, de hecho, a pesar de la potencia de cálculo puesta a disposición por los pools de minería, los problemas matemáticos propuestos son tan complejos que se tarda tiempo en resolverlos.

Esto significa que desde el momento en que se realiza una determinada transacción hasta que se valida y confirma, puede haber una cierta latencia, a veces bastante larga, que impide el uso de criptodivisas basadas en PoW (como Bitcoin) para compras al por menor o pagos en tiempo real.

No hay problemas de latencia

En los sistemas PoS, este problema de latencia no se plantea. El proceso de selección del algoritmo solo dura unos segundos, al igual que la validación por parte del validador que, en el momento en que confirma la transacción, se expone económicamente al garantizarla con su parte de criptodivisas depositadas en la red.

Esta peculiaridad hace que el blockchain que utiliza sistemas PoS sea adecuado para soportar pagos electrónicos en tiempo real.

La Prueba de Estaca es también una tecnología más respetuosa con el medio ambiente, ya que no necesita alimentar potentes máquinas para las actividades mineras, lo que reduce significativamente el consumo de energía.

Conclusión: ¿Es mejor la Prueba de Estaca o la Prueba de Trabajo?

Aunque la Prueba de Estaca hasta la fecha no está especialmente extendida y no es empleada por las principales blockchains existentes, debido a su potencial y ventajas, está emergiendo como método de consenso preferido, dejando al descubierto los abusos y deficiencias del ya anticuado método PoW.

La blockchain de Ethereum, que, hasta la fecha, al igual que Bitcoin sólo funciona mediante el uso de un sistema de consenso PoW, trabaja a toda velocidad en el desarrollo de una nueva actualización, denominada Casper, que convertirá a Ethereum en una blockchain PoS.

Cuando se complete la transición, la minería dejará de formar parte de la red Ethereum.

La transición de una blockchain PoW a una PoS podría dar a Ethereum una ventaja competitiva considerable sobre Bitcoin, por un lado, permitiéndole gozar de un mayor aprecio nacional y supranacional como tecnología verde, y por otro, permitiéndole introducir el uso de contratos inteligentes (un producto exclusivo de Ethereum) en la vida cotidiana de los ciudadanos, para la ejecución de transacciones en tiempo real.

Por Julia Espinoglio

@RESERVADOS TODOS LOS DERECHOS

Si lo desea, evalúe la calidad de este artículo

¡Su opinión es importante para nosotros!

Temas principales

Especificaciones

B
bitcoin
C
crypto
E
ethereum

Nota 1 de 5