Explicación: ¿Qué es la prueba de trabajo en la blockchain?

La blockchain se percibe comúnmente a través del prisma del consenso Nakamoto de Bitcoin. Pero para saber qué es la prueba de trabajo (Proof of Work, PoW) es fundamental mirar de cerca la implementación sostenible del consenso PoW.

La prueba de trabajo es un algoritmo de consenso utilizado para prevenir el ataque del 51 % o los gastos dobles. Criptomonedas como Bitcoin utilizan el consenso PoW para confirmar las transacciones y producir nuevos bloques añadidos a la cadena. Con el consenso PoW, los mineros compiten para completar las transacciones en la red a cambio de una recompensa por su velocidad y precisión.

Lo más importante:

• Entender el concepto de prueba de trabajo y cómo se utiliza para asegurar la red de blockchain.

• Averiguar cuáles son los problemas matemáticos que los mineros están resolviendo realmente y qué impacto tienen estos cálculos en la sociedad en su conjunto.

• Conocer quién está involucrado en el proceso de minado utilizando el consenso prueba de trabajo.

• Saber qué criptomonedas siguen dependiendo de la prueba de trabajo y por qué Ethereum decide hacer una hard fork (bifurcación dura) a Ethereum 2.0.

• Obtener una visión holística de por qué el consenso prueba de participación es más seguro y justo que la prueba de trabajo.

¿Cómo se aplica la prueba de trabajo en la Blockchain?

El algoritmo de consenso prueba de trabajo de blockchain es el mecanismo de consenso más antiguo y el más popular. Por supuesto, existen muchos motivos que pueden haber contribuido a su popularidad. Pero el motivo principal de su reputación es su capacidad para promover la honestidad en el ecosistema descentralizado. Aunque haya otros algoritmos, PoW sigue siendo sostenible para alcanzar el objetivo de la tolerancia a fallas bizantinas (Byzantine Fault Tolerance, BFT). Para entender bien en qué consiste la BFT, se trata de un sistema capaz de soportar los fallos asociados al problema de los generales bizantinos. Esto significa que una red puede evitar situaciones en las que algunos nodos (o mineros) intenten actuar en contra del consenso. Con la ayuda de las características de la BFT, el algoritmo PoW funciona de tal manera que los nodos pueden validar un bloque dentro de una red resolviendo un complejo problema matemático complejo. Mientras que el primero que consiga la solución al problema matemático recibe el permiso de consenso para elegir un bloque que añadir a la blockchain. Como intercambio, el nodo que tiene éxito obtiene los tokens como recompensa. Por ejemplo, en la red Bitcoin, la recompensa es en BTC. Al final, el consenso PoW crea una economía cerrada relativamente sana y transparente. Principalmente para motivar a los usuarios a seguir manteniendo el ecosistema.

¿Qué problemas matemáticos están implicados en el consenso PoW

Estos problemas matemáticos complejos se refieren a una diversidad de complicaciones aritméticas poco frecuentes. Además, estos problemas demandan mucha capacidad de cálculo para ser resueltos. Van desde los problemas genéricos bizantinos hasta la intrincada función de hash. Por ejemplo

• Una función de hash implica un proceso para generar una salida aleatoria con una longitud específica a través de una entrada. Mientras que un hash es un valor numérico (u objetivo) que decide quién mina el bloque con precisión.
• Resolver una factorización de enteros que comprende la descomposición de un número compuesto en enteros más pequeños en conjunto con las restricciones de números primos y multiplicaciones.
• Sirve como un protocolo de rompecabezas de contingencia para asegurar la red ante un ataque de DoS que requiere un orden definido. En lugar de resolver una función, se trata más bien de buscar la causa raíz.

Por ende, por cada validación exitosa de un bloque, se da una recompensa para compensar el esfuerzo. Sin embargo, la escalabilidad y la seguridad es el principal desafío a medida que crece la red. Y la potencia del hash crece en paralelo a la complejidad de los rompecabezas. Como resultado, se incorporó el consenso de prueba de participación para contrarrestar los defectos que posee el consenso de prueba de trabajo

¿Quién fundó el consenso de prueba de trabajo?

El consenso PoW fue fundado antes de la invención de la red Bitcoin. El algoritmo PoW fue introducido en 1993, cuando Moni Naor y Cynthia Dwork publicaron un artículo para disuadir los ataques DoS. En el artículo se desarrolla principalmente el potencial del algoritmo para prevenir el fraude y su sostenibilidad a largo plazo. Y antes de que Satoshi Nakamoto hablara del famoso algoritmo PoW en la blockchain de Bitcoin, el informático y activista criptográfico Hal Finney (Harold Thomas Finney II) incorporó otro sistema llamado prueba de trabajo reusable (Reusable Proof Of Work, RPoW, en 2004. El sistema funcionaba recibiendo un token de prueba de trabajo no intercambiable o no fungible basado en Hashcash. A cambio, se creaba un token firmado por RSA que podía transferirse de persona a persona. Otro ejemplo temprano de un algoritmo de prueba de trabajo fue el HashCash de Adam Back. Requiere que los remitentes realicen una pequeña cantidad de cálculos antes de enviar un correo electrónico. Como resultado, los receptores podían mitigar el spam.

¿Qué relación tiene el consenso PoW con el consenso Nakamoto de Bitcoin?

El consenso PoW emplea un modelo en el que los nodos resuelven un rompecabezas matemático para producir el siguiente bloque añadido a la red. Los líderes de bloque, que producen el siguiente bloque, se seleccionan en un formato similar al de la lotería que corresponde directamente a su poder de computación (es decir, hash) contribuido al proceso. Existen dos participantes principales en el modelo de consenso PoW: los mineros y los operadores de nodos completos.

Mineros

Los nodos que participan en el cálculo se denominan mineros, y el proceso de resolución del problema se llama minería. La comunidad de mineros debe realizar un trabajo importante para resolver cada problema sucesivo. El consenso PoW facilita que, una vez que un nodo crea un bloque, los demás verifiquen el proceso que arrojó la solución.

Nodos

Los nodos tienen que dedicar tiempo a cálculos engorrosos. Por este motivo, el proceso consume una cantidad colosal de energía eléctrica, lo que es perjudicial para el medio ambiente. Los nodos descentralizados de la red deben verificar la criptomoneda de la blockchain que se “mina” para obtener una recompensa utilizando el mecanismo prueba de trabajo de los mineros individuales.

Validadores

Basándose en pruebas criptográficas y en las reglas de consenso de Bitcoin, los operadores de nodos completos actúan como validadores finales del estado de la red. Los clientes del nodo completo también pueden ser mineros y rechazar bloques y transacciones no válidas en la red. Los validadores tardan una media de 40 y 60 minutos en aprobar las transacciones en una red de blockchain bajo el mecanismo de consenso prueba de trabajo.

¿Qué tan seguro es el consenso prueba de trabajo (PoW)?

El algoritmo prueba de trabajo es muy seguro ya que puede resistir la BFT. Además, su funcionamiento lo hace aún más seguro. Además, el hash de cada bloque contiene el hash del anterior; esto aumenta la seguridad y evita cualquier violación de bloques en una blockchain de prueba de trabajo. Para cambiar un bloque, los mineros necesitan crear un nuevo bloque con el mismo predecesor. Para lograr esto, es necesario regenerar todos los sucesores y rehacer el trabajo que tienen. Por lo tanto, la blockchain puede evadir la manipulación de la seguridad.

Las ventajas y las desventajas del consenso prueba de trabajo (PoW)

Ventajas

• Evita los ataques DDoS.
• Es justo y transparente.
• Tiene un impacto de las bajas porciones de criptomonedas en poder de los mineros con un límite.
• Fomenta el interés del público en mantener una red saludable.

Desventajas

• Es costosa la adquisición de equipos informáticos profesionales, periféricos y energía eléctrica.
• Son rompecabezas muy complejos que no aportan valor en la educación o en las tareas cotidianas, sino que solo son útiles para validar un bloque.
• Esto hace que la blockchain esté más centralizada que descentralizada.
• La minería disminuirá cuando las recompensas dejen de ser atractivas.

¿Qué monedas utilizan el consenso prueba de trabajo?

Bitcoin sigue siendo la moneda más popular que utiliza el consenso PoW. Sin embargo, existen muchas otras monedas que utilizan este algoritmo. Aunque antes del período de reducción a la mitad, Bitcoin sigue siendo rentable. Pero muchos mineros buscan ahora una alternativa, ya que cada vez es más caro y difícil minar un bloque.

Por supuesto, todo el mundo empieza a preguntarse cuál es la mejor criptomoneda para minar. Por nombrar algunas, presentamos nuestras conclusiones:

Litecoin: al igual que Bitcoin, Litecoin también cuenta con SegWit en el que el límite del tamaño del bloque aumenta al eliminar los datos de la red. Lo que diferencia a Litecoin de Bitcoin es su rapidez en las transacciones a un costo mucho menor.

DASH: presume de transacciones más rápidas y privadas en el espacio criptográfico. Las transacciones instantáneas actúan como un punto a favor para que los mineros inviertan su tiempo en DASH.

Monero: Esta es otra popular altcoin que utiliza el consenso PoW. Como criptomoneda de código abierto, Monero se centra en la fungibilidad, la privacidad, la transparencia y la descentralización a través de un libro de contabilidad público.

Bitcoin Cash: es una altcoin derivada de la hard fork (bifurcación dura) de la red Bitcoin. Aunque utiliza PoW, que puede parecer un consenso seguro, Bitcoin Cash es una de las víctimas más dañadas por el ataque del 51%. ZCash: su objetivo es proporcionar privacidad a través del anonimato, a diferencia de cualquier criptomoneda. La red Zcash utiliza las mismas funciones de hash Proof-of-Work SHA-256 que Bitcoin. Ethereum Classic: a pesar de que Ethereum 2.0 se aleja de PoS, Ethereum Classic sigue utilizando el consenso PoW para asegurar su red. Sin embargo, al ser una cadena minoritaria, Ethereum Classic es más vulnerable a los ataques del 51 % y a provocar un doble gasto de monedas.

¿Es mejor la prueba de participación que la prueba de trabajo?

Ha habido un creciente debate a favor de la PoS en el espacio de las criptomonedas en los últimos años. Al comparar PoS con PoW, muchos expertos creen que PoS es indudablemente mejor que PoW. Y uno de los principales argumentos en contra del consenso PoW es que requiere mucha potencia de cálculo, que consume mucha energía y tiene un efecto negativo en el medio ambiente. Tomemos el ejemplo de Bitcoin; la cantidad media de energía necesaria para mantener la red de Bitcoin es mayor que la que utiliza toda la nación de Suiza.

Además, el consenso PoW tiene un alto riesgo de centralización. Este consenso ha sido escudriñado por su baja capacidad de rendimiento y escalabilidad para la ejecución de transacciones en la cadena.

En general, el algoritmo PoS también proporciona mejores beneficios económicos (dividendos) a sus usuarios, permitiéndoles ejecutar un nodo maestro o poner monedas en una plataforma para apuestas y códigos maestros. Es más justo y más sostenible a largo plazo.

Conclusión

Como mecanismo de consenso original, la prueba de trabajo o PoW representa una confluencia de incentivos de teoría de juegos, computación distribuida, consenso social, economía de mercado y pruebas criptográficas. Ha creado la tecnología de blockchain, permitiendo que las redes funcionen con un consenso seguro, sostenible y distribuido.

Independientemente de que más blockchain pasen a PoS en el futuro, PoW marca una importante innovación en el diseño computacional y de teoría de juegos.