¿Qué es Proof of Stake (PoS) y cómo funciona?

<p>A diferencia de las bases de datos estándar, que tienen una autoridad central, las cadenas de bloques son redes descentralizadas entre pares en las que cualquiera puede participar. Un sistema de cadena de bloques clásico se basa en la criptografía y es una cadena secuencial de bloques de datos escritos uno tras otro. Tiene ciertas propiedades básicas dependiendo de cómo se escriban en la cadena blockchain.</p>

Para que el sistema funcione, y dado que los nodos de la cadena de bloques son independientes entre sí, cada nodo debe tener ciertas reglas (aunque uniformes) según las cuales valida las transacciones de la cadena de bloques y escribe bloques en la cadena. Este conjunto de reglas se denomina algoritmo de consenso  de la cadena de bloques.

En este artículo, veremos el algoritmo de consenso Proof of Stake (PoS), sus ventajas y desventajas, y en qué se diferencia de otro algoritmo igualmente popular Proof-of-Work. Al final, conocerás algunos proyectos de blockchain que se basan en el algoritmo PoS.

¿Qué es el algoritmo de consenso Proof-of-Stake (PoS) y cómo funciona?

El Proof of Stake (PoS) es un algoritmo para validar la participación de la titularidad de las monedas digitales del pozo total. El algoritmo de consenso PoS es el segundo más popular en la implementación de criptomonedas. El algoritmo Proof of Stake fue propuesto en 2011 en el foro Bitcointalk, y la criptomoneda PeerCoin presentó la primera implementación del protocolo en 2012. El algoritmo requiere participantes en la red – propietarios de criptomonedas. Éstos se unen en grupos y delegan sus derechos de minería de monedas a un participante, que forma un pozo de participantes para todos sus fideicomisarios. Dicho nodo de la red se denomina nodo.

El sistema Proof-of-Stake se creó como alternativa al Proof-of-Work y pretendía superar sus inconvenientes, como el enorme consumo de potencia de computación. Este mecanismo reduce el trabajo computacional necesario para verificar las transacciones y los bloques que aseguran el libro mayor distribuido. El enfoque PoS básicamente sustituye la potencia de procesamiento por participaciones, siendo la red la que determina la capacidad de minado de un individuo. Los propietarios ofrecen sus monedas como garantía por la posibilidad de verificar nuevos bloques y se convierten en “validadores”. El validador realiza el proceso de validación de transacciones y comprueba que las transacciones del bloque sean correctas. Si se hace correctamente, añaden el bloque a la blockchain y son recompensados por su contribución. Sin embargo, si el validador se ofrece a añadir un bloque erróneo a sabiendas, pierde parte de sus activos en participación como penalización.

En los algoritmos PoS, es posible pregenerar todo el número de monedas, y estas monedas pueden enviarse entre los miembros de la red. Existen muchas implementaciones del mecanismo de consenso PoS blockchain, que se presentan en la siguiente lista de sistemas PoS:

Delegated Proof of Stake (DPoS)

La principal diferencia entre este algoritmo y el clásico sistema de consenso de libro mayor distribuido PoS es el intento de librar al algoritmo de su principal inconveniente, el riesgo de centralización. En el DPoS, el derecho de los validadores a aprobar las transacciones de criptomonedas les es delegado por los titulares de las monedas, que votan por un validador específico. Cualquier miembro de la red con una cierta cantidad de criptomonedas puede convertirse en validador. Sin embargo, en cualquier momento, los votos para ese validador pueden retirarse en favor de otro. El DPoS también tiene desventajas. En concreto, el riesgo es la baja actividad de los participantes de la red, en ese caso el DPoS se convierte en PoS, tampoco se excluye la confabulación entre delegados.

Leased Proof of Stake (LPoS)

Este tipo de PoS implica una acción de prueba de propiedad arrendada. Se trata de un pozo de participantes de la red con algunas criptomonedas, que arriendan a participantes con numerosas criptomonedas, formando un nodo. Gracias a las criptomonedas arrendadas, los participantes de la red tienen la oportunidad de obtener una cuota de criptomonedas del nodo minero, de lo contrario, dado que la cuota del participante de la red en el mercado total de una criptomoneda dada es mínima, la oportunidad de obtener la recompensa sería mínima.

El proceso de minería de criptomonedas basado en el consenso PoS se denomina forja. Consiste en crear un nodo maestro que se ejecuta en un ordenador dedicado, que normalmente está siempre conectado a internet. El ordenador dedicado siempre está ejecutando un monedero de criptomonedas con un número mínimo de criptomonedas. El trabajo del nodo maestro puede traer beneficios significativos sólo si las operaciones se llevan a cabo con criptomonedas poco populares, cuyo valor es insignificante. Si su valor aumenta, puede convertirse en el propietario de un gran número y recibir pagos regulares en su nodo maestro.

Ventajas y desventajas del algoritmo Proof of Stake

A medida que la criptotecnología ha ido evolucionando, han surgido cada vez más algoritmos de consenso diferentes, donde cada nuevo algoritmo debe ser mejor que el anterior para permitir el desarrollo de las redes blockchain. El Proof of Stake, como uno de los mecanismos de consenso más populares hoy en día, tiene sus ventajas y desventajas.

Ventajas del algoritmo Proof of Stake

Este tipo de algoritmo de consenso presenta una serie de ventajas impresionantes.

1. Eco-Friendliness

La sostenibilidad en la criptotecnología es un problema agudo debido al alto consumo de energía tanto para la minería de nuevas monedas como para otros procesos importantes para mantener los sistemas blockchain, incluyendo varios algoritmos de consenso, uno de los cuales es el PoS. A diferencia de otros tipos de algoritmos, PoS es un algoritmo energéticamente eficiente y no requiere un alto consumo debido a la optimización de los modelos matemáticos en base a los cuales funciona este mecanismo de consenso. Esto permite reducir el consumo de energía y muchas veces reducir el nivel de daño al medio ambiente en el proceso de minería. 

2. High Security Level

Un ataque del 51% es un ataque a la red blockchain. Consiste en que una persona, grupo u organización se haga con el control de una gran parte de la tasa de hash (poder de hashing). En este caso, los hackers tendrán la capacidad de permitir a los atacantes reordenar o borrar transacciones. Por ejemplo, borrar una transacción permite a los hackers utilizar la criptomoneda varias veces (doble transacción). Los hackers pueden impedir la confirmación de transacciones o la minería de otros mineros, lo que puede provocar un fallo de la red.

En el caso del algoritmo PoS, para llevar a cabo un “ataque del 51%”, sería necesario apoderarse de más de la mitad de toda la red de criptomonedas, lo que supone una enorme cantidad de dinero, e incluso si los atacantes reúnen tal cantidad, el ataque será financieramente poco razonable.

3. Low Commissions

Por regla general, el nivel de las comisiones se convierte en un obstáculo para los mineros. La minería con sistemas PoS es, hasta cierto punto, la opción óptima para muchos expertos que minan nuevos bloques en la red de libros de cuentas distribuidos. La alta velocidad de verificación de las transacciones, las bajas comisiones y la comodidad de trabajo con el sistema permiten alcanzar altos resultados en la minería de nuevos bloques en la red blockchain. En comparación con el sistema de consenso Proof of Work (PoW), el PoS ofrece una comisión muy baja por minar nuevos bloques, que sigue dependiendo de la red blockchain.

Desventajas del algoritmo Proof of Stake

Hablemos ahora de las desventajas de este algoritmo de consenso.

1. High Level of Centralization

El dinero suele estar en manos de un número limitado de personas. Por ejemplo, al principio, es difícil elegir un precio para una ICO que atraiga al máximo número de compradores y, al mismo tiempo, mantenga un gran volumen fuera del alcance de una sola persona. Cuando se acumulan monedas, los nodos ganan mucho poder de procesamiento en la red. Los grandes propietarios pueden votar para tomar nuevas decisiones sobre la evolución de la red (en NEO, entre otros) Esto tiene un impacto negativo en la credibilidad de este tipo de mecanismo de consenso.

2. The “Nothing at Stake” Problem

En el Proof of Work, la buena fe de los participantes está garantizada por las leyes de la física. No pueden “deshacer” una unidad y recuperar la electricidad si se les incrimina. Se trata de un castigo material: han malgastado electricidad y no han obtenido beneficios. En el Proof of Stake, el castigo sólo existe dentro del sistema: el jugador sin escrúpulos pierde sus monedas asignadas. Una vez que los usuarios retiran sus depósitos, son invulnerables. A esto se le llama Nothing-at-Stake: la amenaza de que un atacante cree una bifurcación de la moneda al retirar sus fondos.

3. Limitation

Para participar en la red como validador, hay que comprar una criptomoneda, y para ello hay que gastar dinero fiduciario, es decir, hay que invertir en este negocio de una forma u otra. En ocasiones, los requisitos de la red pueden ser bastante elevados, algo que no todo el mundo puede permitirse. Por otro lado, cuanto mayor sea la cuota del validador, mayor será la posibilidad de que sea elegido para validar un bloque de transacciones. Pero en cualquier caso existe una posibilidad: algunos bloques no son comprobados por una sola persona, sino a la vez, por ejemplo, por un grupo. Los grandes validadores compran monedas deliberadamente y arman un pozo para ganar el máximo dinero posible.

¿En qué se diferencia el Proof-of-Stake del Proof-of-Work?

El Proof-of-Work es un consenso que requiere resolver complejos problemas matemáticos. Por lo tanto, los mineros se ven obligados a utilizar equipos muy potentes con un alto consumo de energía. El Proof-of-Stake funciona de forma diferente, la minería se realiza bloqueando algunas de las monedas en el monedero del minero como garantía. Cuantas más sean, más posibilidades tendrás de convertirte en validador de transacciones, unir el bloque a la red y obtener la recompensa. Pero hay otras diferencias entre  los dos mecanismos de consenso.

Características del consenso PoW

La principal tarea del minero es resolver complejos problemas matemáticos, como resultado de los cuales se generan nuevos hashes para los bloques que se van a unir. Se forman basándose en el hash del bloque anterior, validando así toda la cadena. Quien resuelve el problema más rápido obtiene una recompensa en forma de criptomonedas.

Las blockchains con este consenso tienen una grave vulnerabilidad. Si un minero con una tasa de hash superior al 50% de la potencia total de la red aparece en el libro mayor distribuido, puede tomar el control de la blockchain. Este es el ataque del 51% comentado anteriormente.

Cuando se utiliza el consenso “proof-of-work”, los mineros reciben ingresos por la unión de nuevos bloques. También se les paga una parte de la comisión que se cobra a los usuarios al realizar una transacción dentro de la plataforma.

Características del consenso PoS

Cuando se utiliza la “prueba de participación”, los nodos de la red actúan como validadores. El dinero de su cuenta es la garantía de la presencia del validador en la red y de la exactitud de su nodo.

En primer lugar, el nodo que posee más monedas puede unir un bloque y validar la transacción. Las monedas del monedero del usuario se bloquean hasta que se alcanza un consenso entre bloques. Todo el proceso es automático. El validador recibe una remuneración por esta actividad.

En segundo lugar, con el consenso PoS, sigue existiendo el riesgo de un “ataque del 51%”. Pero para ello, el nodo “rebelde” debe tener al menos el 51% de todas las monedas en circulación. Es decir, no tiene sentido hacerlo. Aumentaría la tasa si alguien quisiera comprar esa cantidad de tokens. Y si se reajusta la cantidad, colapsará.

En tercer lugar, las recompensas dentro del sistema sobre el consenso PoS se pagan por operaciones validadas en la red. La validación es más rápida y la red funciona de forma más eficiente que sus homólogas de consenso “proof-of-work”.

La transición de Ethereum del Proof-of-Work al Proof-of-Stake se ha convertido en uno de los acontecimientos más significativos en el mundo de las criptomonedas en los últimos años.

Blockchains conocidas que utilizan el mecanismo de consenso Proof of Stake

La mayoría de las blockchains posteriores a Ethereum utilizan mecanismos de consenso Proof of Stake. Por regla general, cada mecanismo se modifica en función de las necesidades de la red. A continuación los analizaremos con más detalle. El propio Ethereum ha realizado la transición a los mecanismos de consenso Proof of Stake a través de la actualización Ethereum 2.0.

1. Ethereum

Ethereum es una plataforma universal de contratos inteligentes que puede utilizarse para ejecutar aplicaciones descentralizadas. Su principal valor no es su moneda nativa Ether (ETH), sino las oportunidades que ofrece la máquina virtual EVM.

El algoritmo PoW, con el que funcionaba el Ether, requería la solución constante de complejos problemas matemáticos. Para ello, los mineros creaban enormes granjas con potentes equipos informáticos que consumían gigavatios de electricidad. Tras el cambio a PoS, basta con tener dinero en un monedero de Ethereum conectado a internet para validar las transacciones. No es necesario utilizar granjas de minado, lo que ha ahorrado energía en la cantidad consumida por todo un país.

2. Polkadot

Polkadot es un protocolo de red basado en el algoritmo de consenso PoS que permite la transferencia de cualquier dato (no sólo tokens) entre blockchains. Esto significa que la red es un verdadero entorno de aplicaciones poli-cadena, en el que cosas como los registros entre cadenas y la computación entre cadenas son posibles. Hagámoslo un poco más sencillo: en la red Ethereum, la distribución de registros sólo se produce entre usuarios dentro de una determinada red (cadena). En cambio, en Polkadot, la información se almacena en dispositivos que funcionan en todas las redes integradas en este protocolo.

3. Avalanche

Avalanche (AVAX) es una innovadora plataforma de contratos inteligentes de nivel 1 creada por Ava Labs. Se trata de una blockchain universal que prioriza la descentralización, la seguridad y la escalabilidad, al tiempo que reduce los costes y proporciona transacciones de alta velocidad.

La red Avalanche consta de tres cadenas de bloques separadas: la cadena X, la cadena C y la cadena P. Cada cadena tiene un objetivo independiente, lo que difiere radicalmente del enfoque utilizado por Bitcoin (BTC) y Ethereum (ETH), donde todos los nodos comprueban todas las transacciones. Esta separación de tareas computacionales proporciona un mayor rendimiento a Avalanche sin sacrificar la descentralización.

4. Solana

Solana es un cripto sistema innovador diseñado para soportar aplicaciones descentralizadas escalables (DApps). Una de las principales características distintivas de Solana es su sistema de consenso Proof of Stake (PoS), respaldado por Tower Consensus. Se trata de una variante del sistema Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), y permite a las redes distribuidas alcanzar el consenso a pesar de los ataques de nodos maliciosos.

Tower Consensus utiliza este reloj sincronizado para reducir la potencia de procesamiento necesaria para verificar las transacciones, porque ya no necesita calcular las marcas de tiempo de las transacciones anteriores. Esto ayuda a Solana a lograr un rendimiento superior al de la mayoría de sus competidores.

5. Cardano

Cardano es una plataforma de libro mayor distribuido de código abierto descentralizada y escalable basada en Proof-of-Stake. Es una de las blockchains más estables, fiables y verificadas matemáticamente de nuestro tiempo – más de cinco años de funcionamiento sin una interrupción. Cardano se creó para realizar tareas similares, como lanzar contratos inteligentes y crear DApps. En particular, el desarrollo y el uso del protocolo Proof-of-Stake (PoS) lleva a los contratos inteligentes de Cardano al siguiente nivel, proporcionando un alto rendimiento y velocidades de transacción y haciendo que las DApps estén disponibles para todos los interesados, así como resolviendo el problema de interoperabilidad con el resto de la cadena de bloques.

Conclusión

La evolución de las tecnologías de libros mayores distribuidos ha creado todo un ecosistema de criptotendencias interconectadas, cada una de las cuales se está desarrollando a un ritmo increíble. Los algoritmos de consenso PoS y PoW, siendo algunos de los más populares hoy en día, contribuyen al desarrollo sistemático del proceso de minería, y sin duda contribuirán significativamente a la creación y desarrollo de nuevos sistemas de consenso más avanzados en el futuro, que llevarán la tecnología digital a un nivel completamente nuevo.