Diferentes tipos de algoritmos de consenso

La aparición de la tecnología blockchain trajo una enérgica oleada llena de acontecimientos a principios de la década de 2010. La blockchain llegó de forma espectacular y demostró su valía desde el primer momento. El principal atractivo de esta nueva tecnología era su naturaleza impenetrable, segura y anónima. En términos sencillos, la blockchain permitía a sus usuarios realizar transacciones en un entorno seguro y transparente, eliminando la intervención de terceros, los riesgos de fraude y el desvío de activos. 

¿Qué son los algoritmos de consenso?

La metodología del algoritmo de consenso permite a la blockchain ofrecer ventajas únicas sin sacrificar la velocidad y los bajos costes de transacción. Los algoritmos de consenso actúan como verificadores de hechos y guardianes de cualquier sistema blockchain, garantizando que cualquier condición predeterminada de transacción se cumpla a la perfección. Además, los algoritmos de consenso tienen un nombre muy apropiado, ya que confirman que todos los nodos participantes en el sistema estén de acuerdo con un resultado específico (que haya consenso), lo que es favorable para toda la red. 

Los algoritmos de consenso garantizan que las transacciones se llevarán a cabo si y sólo si todas las condiciones pertinentes satisfacen a todas las partes implicadas. A diferencia de los medios tradicionales de seguridad y confirmación de la Web 2.0, los algoritmos de consenso utilizan miles de nodos dentro de un sistema blockchain para llevar a cabo una ecuación matemática astronómicamente compleja, garantizando que cada nodo cumple las condiciones previamente establecidas. 

De este modo, aunque una fracción de la red se corrompa o manipule, la seguridad general permanecerá intacta y protegerá los intereses de los participantes. Aunque el proceso general de los algoritmos de consenso es el mismo para todos sus tipos, la parte de las pruebas de los algoritmos tiene numerosas variaciones. Cada metodología de prueba tiene sus propias ventajas y beneficios, y hoy hablaremos de los tipos más comunes de algoritmos de consenso: 

Algoritmo de Prueba de Trabajo

Empecemos con el ejemplo clásico de los algoritmos de consenso: la Prueba de Trabajo ( PoW, por sus siglas en inglés). Este fue el primer algoritmo de consenso de la historia y sigue siendo la medida de seguridad más utilizada en 2023. Aunque la parte técnica de las operaciones PoW en la cadena de bloques es bastante compleja e implica matemáticas avanzadas, la lógica subyacente es bastante simple. 

Cuando una red blockchain tiene un algoritmo PoW, se requiere que cada participante complete una cierta cantidad de problemas computacionales. Estos problemas se presentan como ecuaciones matemáticas extremadamente complicadas que sólo un ordenador puede resolver. Quien primero resuelva estos rompecabezas matemáticos tiene derecho a proponer el siguiente nodo de la extensa red blockchain. De ahí el nombre: cada parte implicada debe demostrar su trabajo para proponer un nodo. 

En principio, el enfoque PoW puede parecer injusto, ya que algunos participantes pueden dedicar más potencia computacional a estos problemas y tener más probabilidades de proponer un nuevo nodo. Sin embargo, en la práctica, los algoritmos PoW aleatorizan sus resultados y conceden los privilegios de proposición de nodos a los usuarios de forma equitativa. De esta forma, aunque todos los participantes tengan que competir en la resolución de los rompecabezas matemáticos, la red no estará dominada por una única parte. 

Desventajas del PoW

Aunque el enfoque PoW es un método probado para garantizar la seguridad y verificar las transacciones de blockchain, presenta ciertos inconvenientes. En primer lugar, el método PoW requiere mucha potencia de cálculo, lo que obliga a los participantes a gastar importantes cantidades de energía en el proceso. Como resultado, el método PoW es económicamente costoso y perjudicial para el medio ambiente, ya que provoca emisiones masivas de carbono cada año. 

Además, el PoW se ha vuelto más lento con el paso de los años debido a la enorme complejidad de los requisitos computacionales. Con la popularización de las redes de cadenas de bloques, el PoW se ha ralentizado considerablemente. Por último, el método PoW supone un alto coste inicial para quienes aspiran a minar criptomonedas, ya que el equipo necesario es bastante caro. 

Con estas deficiencias, el enfoque PoW ha ido perdiendo poco a poco su presencia dominante en el mercado blockchain. Es así que la industria de las criptomonedas empezó a buscar alternativas interesantes que aliviaran algunas de las deficiencias del PoW. 

Algoritmo de Prueba de Participación

A diferencia del algoritmo de consenso PoW comentado anteriormente, el método de Prueba de Participación (PoS) exime a los participantes de la red de los trabajos de cálculo, que consumen mucho tiempo y energía. En lugar de crear nuevos nodos de red resolviendo complejas ecuaciones matemáticas, el enfoque PoS permite a los participantes de la red stakear una cantidad mínima de una criptomoneda determinada. 

De este modo, la red blockchain puede funcionar y aprobar transacciones a una fracción del coste energético y con muchos menos retrasos. El método POS se diseñó específicamente para resolver los defectos del algoritmo de consenso PoW y, en su mayor parte, lo ha conseguido. El método PoS es rápido, de bajo coste y mucho más respetuoso con el medio ambiente. 

Desventajas del PoS

Sin embargo, estas mejoras tienen cierto coste. El enfoque de PoS requiere contar con cierta cantidad determinada de activos criptográficos para participar. Estos activos estarán congelados hasta que se cree un nuevo nodo en el sistema. Como resultado, los participantes de la red tendrán fondos limitados con los que operar durante determinados periodos de tiempo. Aunque esta cantidad mínima en staking no suele ser significativa, sigue congelando una parte de las criptomonedas, limitando las oportunidades comerciales de las partes implicadas. 

Además, el método PoS se ha probado y comprobado mucho menos en términos de seguridad. Aunque existen numerosas medidas de seguridad similares al método PoW, el PoS sigue siendo técnicamente una opción más débil, ya que no utiliza la estrategia computacional. Mientras que resolver problemas matemáticos complejos requiere mucha energía y equipos caros, este proceso consiguió fortificar toda la red frente a atacantes malintencionados. El método PoS todavía tiene que demostrar que es una alternativa eficaz en términos de seguridad. 

Con estas condiciones, la alternativa PoS no representa una mejora eficiente sobre el método PoW. Existen claros pros y contras, y cada red blockchain ha favorecido a uno sobre el otro de acuerdo con sus necesidades y requisitos únicos. El algoritmo PoS tiene dos variaciones fundamentales fascinantes. Vamos a verlas: 

Prueba de Participación Delegada (DPoS)

La primera variación del PoS presenta una interesante modificación de este algoritmo de consenso. Los participantes de la red pueden elegir de forma efectiva un número de delegados que se encargarán de todo el proceso de staking. Este grupo limitado de participantes hará staking de sus monedas de forma transparente y ayudará al desarrollo de nuevos nodos en la red. De este modo, toda la red avanzará más rápidamente, ya que las transacciones se validarán mucho más rápido que antes.

Además, el proceso de votación en tiempo real permite a los usuarios de la red añadir o descalificar delegados al instante. Por lo tanto, cualquier actividad maliciosa o manipulación puede ser eliminada sin demora. Por otra parte, la mayoría de los usuarios de la red ya no tendrán que congelar sus fondos de criptomonedas para utilizar la red blockchain. 

Prueba de Participación Nominada (NPoS)

Como una versión más estricta del enfoque DPoS, el método NPoS responsabiliza a los participantes de la red de cualquier actividad maliciosa que se detecte en la cadena de bloques. En el NPoS, los nominadores seleccionan a los validadores de la red. 

Ambos grupos tienen que stakear una determinada cantidad de monedas en el proceso de adición de nodos. Si el proceso de creación de nodos se ve interrumpido por una actividad maliciosa, ambas partes pierden todas sus monedas stakeadas. Aunque este enfoque es mucho menos indulgente que el DPoS, aumenta considerablemente el grado de seguridad. Los nominadores tienen incentivos para decidir cuidadosamente a los validadores, ya que existe un riesgo significativo de perder sus activos.

Ambas variaciones del PoS ofrecen ventajas únicas y han sido adoptadas por varias redes de blockchain. Sin embargo, también comparten las debilidades del método PoS principal. Por lo tanto, tanto los métodos DPoS como NPoS son intrínsecamente inferiores al enfoque PoW en lo que respecta a la seguridad, lo que ha desalentado una adopción más generalizada por parte del mercado. 

Algoritmos de consenso emergentes

Aparte de estos algoritmos de consenso consolidados, en los últimos años han aparecido varios métodos nuevos. A continuación presentamos los candidatos más prometedores para desafiar el dominio de los algoritmos de PoW y PoS en un futuro próximo: 

Prueba de Autoridad (PoA)

El algoritmo de PoA es una variación de la metodología PoS y se diseñó para fomentar mayores niveles de verificación entre los validadores de la red blockchain. Con este enfoque, cada validador debe presentar su identidad, credenciales y toda la información pertinente para demostrar su fiabilidad. El validador en cuestión debe tener un historial limpio y sin antecedentes. 

Aunque este enfoque va ligeramente en contra de la filosofía del anonimato en la blockchain, es una forma magnífica de minimizar la posibilidad de fraude, robo u otras consecuencias negativas en la red. Además, varias redes optan por este enfoque a pedido de sus participantes. Por lo tanto, ninguna de las partes se ve obligada a revelar su identidad e información personal sin su deseo expreso de hacerlo. 

Prueba de Tiempo (PoT) 

Esta es otra variante del PoS que aborda el problema de la seguridad de la red con una idea novedosa. Con el algoritmo de consenso PoT, los validadores con más tiempo en la red son favorecidos sobre los demás. Por supuesto, en este caso sólo se toma en cuenta el tiempo activo y productivo. Este enfoque pretende recompensar a los participantes de la red que han demostrado una contribución continua y constante al mecanismo de consenso de una blockchain determinada. 

Naturalmente, la eficacia del sistema PoT es directamente proporcional al tiempo de funcionamiento de una determinada red blockchain. Cuanto más tiempo pasa, más valioso y preciso se vuelve el método de PoT a medida que varios miembros demuestran su lealtad y coherencia durante largos periodos de tiempo.

Prueba de Historia (PoH)

Por último, existe un nuevo algoritmo llamado PoH creado por Solana. Este método técnicamente complejo permite a los protocolos de una determinada red blockchain reconocer una “huella digital” única de los nodos recién creados. Esta huella digital se deriva principalmente de una combinación de transacciones anteriores en la cadena de bloques. De este modo, la huella digital permanece reconocible únicamente para la plataforma blockchain. 

El método de PoH es una enorme variación respecto a un algoritmo de PoS, ya que proporciona una forma eficiente y automatizada de validar transacciones sin retrasos, congelar monedas con staking o revelar identidades. Sin embargo, el método de PoH depende en gran medida de la validación automatizada. Este sistema externo es un punto débil para toda la red blockchain, ya que es susceptible de error y manipulación humana. Así que, incluso con todos los beneficios que presenta, el algoritmo PoH tiene un defecto clave relacionado con su seguridad e inmutabilidad.

Conclusiones

Los algoritmos de consenso son aspectos esenciales de cualquier red blockchain. Garantizan la seguridad y validan cada transacción, manteniendo el entorno blockchain descentralizado, seguro y anónimo. Sin embargo, cada uno de los algoritmos analizados tiene sus ventajas y desventajas. Ninguno de estos sistemas es una solución perfecta. 

Así pues, la elección de un algoritmo de consenso óptimo depende de las preferencias y necesidades directas de los usuarios y creadores de la blockchain. Mientras que redes consolidadas como Bitcoin prefieren la máxima seguridad que ofrece el PoW, numerosas redes blockchain valoran la velocidad y las bajas comisiones por transacción que ofrece el DPoS. Algunos creadores de redes disfrutan de la naturaleza democrática del DPoS, y otros priorizan recompensar a los participantes leales con la metodología Prueba de Tiempo. 

La lista continúa, ya que aquí no hay soluciones absolutas y cada red tiene que encontrar el algoritmo de consenso que mejor se adapte a sus necesidades. Aunque todavía no hemos recibido una opción alternativa que unifique todas las ventajas comentadas sin ninguno de los inconvenientes, los algoritmos de consenso han recorrido un largo camino desde el concepto simple de Prueba de Trabajo. Será fascinante ver qué innovaciones surgirán en el panorama del consenso y si se podrá desarrollar un mecanismo de consenso perfecto para el creciente mercado blockchain.