Un algoritmo de consenso es un mecanismo que permite que usuarios o máquinas se pongan de acuerdo en un entorno distribuido. Su función principal es asegurarse de que todos los participantes del sistema acepten una misma versión de la verdad, incluso si algunos de ellos fallan o se comportan mal. En otras palabras, el sistema debe ser capaz de seguir funcionando correctamente aunque haya errores (esto se conoce como tolerancia a fallos).
En un sistema centralizado, una sola entidad tiene el control total. En la mayoría de los casos, esa entidad puede hacer cambios cuando quiera, sin necesidad de consultar a otros ni llegar a acuerdos complejos.
Pero en un sistema descentralizado, la situación es muy diferente. Por ejemplo, si trabajamos con una base de datos distribuida, ¿cómo decidimos qué información se añade y cuál no?
Resolver este problema en un entorno donde las personas no confían entre sí fue uno de los avances más importantes que permitió la creación de las blockchains. En este artículo veremos por qué los algoritmos de consenso son tan importantes para el funcionamiento de las criptomonedas y los libros contables distribuidos.
Algoritmos de consenso y las criptomonedas
En las criptomonedas, los balances de los usuarios se registran en una base de datos llamada blockchain. Es muy importante que todos (o más precisamente, todos los nodos) tengan una copia idéntica de esta base de datos. De lo contrario, aparecería información contradictoria y se perdería el sentido de toda la red de criptomonedas.
La criptografía de clave pública garantiza que los usuarios no puedan gastar las monedas de otros. Sin embargo, todavía es necesario que exista una única versión de la verdad en la que todos los participantes de la red puedan confiar, para saber si los fondos ya han sido utilizados o no.
Satoshi Nakamoto, el creador de Bitcoin, propuso un sistema llamado Proof of Work (Prueba de Trabajo) para coordinar a los participantes. Más adelante veremos cómo funciona este sistema. Por ahora, vamos a mencionar algunas características comunes que comparten muchos algoritmos de consenso.
Primero, es necesario que los usuarios que quieran añadir nuevos bloques (a los que llamaremos validadores) aporten una garantía o “stake”. Esta garantía es algo de valor que el validador debe poner en juego, lo cual lo desanima a comportarse de manera deshonesta. Si intenta hacer trampa, perderá esa garantía. Algunos ejemplos son: poder de cómputo, criptomonedas o incluso reputación.
¿Por qué alguien arriesgaría sus propios recursos? Porque también existe una recompensa. Normalmente, esta recompensa consiste en la criptomoneda nativa del sistema y puede estar formada por comisiones pagadas por otros usuarios, nuevas monedas creadas o una combinación de ambas.
Por último, necesitamos transparencia. Debe ser posible detectar cuando alguien intenta hacer trampa. Idealmente, debería ser costoso producir bloques, pero barato y fácil para cualquiera verificarlos. Esto asegura que los validadores estén bajo el control de los usuarios normales.
Tipos de algoritmos de consenso
Proof of Work (PoW)
Proof of Work (PoW) es el algoritmo de consenso más antiguo y conocido en el mundo de la blockchain. Fue implementado por primera vez en Bitcoin, aunque el concepto en sí existe desde hace mucho tiempo. En este sistema, los validadores (llamados mineros) intentan resolver problemas matemáticos haciendo hash de los datos que quieren añadir a la cadena.
Un hash es una cadena de letras y números que parece aleatoria y que se genera cuando pasas datos por una función hash. Si usas exactamente los mismos datos otra vez, siempre obtendrás el mismo resultado. Pero si cambias aunque sea un solo detalle, el hash será completamente diferente.
Solo mirando el resultado, no puedes saber qué información se usó como entrada. Por eso, los hashes son útiles para demostrar que alguien tenía cierta información en un momento específico. Puedes darle a alguien el hash y, cuando más tarde muestres los datos originales, esa persona puede comprobarlos pasando la información por la misma función y ver si el resultado coincide.
En Proof of Work, el protocolo establece las condiciones para que un bloque sea válido. Por ejemplo, puede exigir que el hash del bloque empiece con “00”. La única manera de lograr esto es probando muchas combinaciones diferentes, una y otra vez, hasta encontrar la correcta. Los mineros modifican pequeños detalles en los datos para generar resultados distintos en cada intento.
En las blockchains grandes, estas condiciones son extremadamente difíciles de cumplir. Para competir con otros mineros, necesitarías enormes cantidades de hardware especializado (llamado ASIC) y mucha electricidad.
La “apuesta” o stake del minero es el dinero que invierte en estas máquinas y en la energía para hacerlas funcionar. Estos dispositivos están diseñados solo para minar criptomonedas, así que no sirven para otras cosas. La única forma de recuperar la inversión es minando, lo cual puede generar una gran recompensa si logras añadir un bloque a la blockchain.
Para la red, verificar que has creado un bloque válido es muy fácil. Aunque tú hayas probado billones de combinaciones, los demás solo necesitan ejecutar tus datos una vez. Si el hash es válido, el bloque se acepta y recibes la recompensa. Si no, se rechaza, y habrás perdido tiempo y electricidad sin obtener nada.
Proof of Stake (PoS)
Proof of Stake (PoS) fue propuesto en los primeros días de Bitcoin como una alternativa a Proof of Work. En un sistema PoS, no existen mineros, ni hardware especializado, ni un consumo enorme de energía. Todo lo que necesitas es una computadora normal.
Bueno, no exactamente todo. Aún necesitas tener algo en juego. En PoS, no arriesgas recursos externos como electricidad o máquinas, sino un recurso interno: la criptomoneda. Las reglas cambian según el protocolo, pero normalmente hay una cantidad mínima de fondos que debes tener para poder participar en el staking.
Después, bloqueas tus fondos en una billetera (no puedes moverlos mientras estés haciendo staking). Generalmente, te pones de acuerdo con otros validadores sobre qué transacciones entrarán en el próximo bloque. En cierto modo, estás apostando a que tu bloque será el elegido por el sistema.
Si tu bloque es seleccionado, recibirás una parte de las comisiones de las transacciones, según la cantidad de fondos que tengas bloqueados. Cuanto mayor sea tu stake, mayor será tu recompensa. Pero si intentas hacer trampa y propones transacciones inválidas, perderás una parte o incluso todo tu stake. Por eso, el sistema funciona de forma parecida a PoW: ser honesto es más rentable que ser deshonesto.
Por lo general, en PoS no se crean nuevas monedas como parte de la recompensa. Por eso, la criptomoneda nativa de la red debe distribuirse de otra manera. Esto puede hacerse mediante una distribución inicial (como una ICO o IEO) o comenzando con Proof of Work y luego pasando a Proof of Stake.
Hasta ahora, el Proof of Stake puro solo se ha usado en criptomonedas más pequeñas. Por eso, todavía no está claro si puede ser una alternativa real a PoW. En teoría parece funcionar bien, pero en la práctica puede ser muy diferente.
Cuando PoS se implemente en una red con mucho valor, el sistema se convierte en un juego de estrategia y de incentivos económicos. Cualquiera que tenga los conocimientos para “hackear” un sistema PoS probablemente solo lo haría si pudiera obtener ganancias. Por eso, la única forma de saber si realmente funciona es probarlo en una red real.
Muy pronto veremos PoS en acción a gran escala: Casper será implementado como parte de una serie de actualizaciones de la red Ethereum, conocidas en conjunto como Ethereum 2.0.
Otros algoritmos de consenso
Proof of Work y Proof of Stake son los algoritmos de consenso más conocidos y más discutidos. Sin embargo, existe una gran variedad de otros sistemas, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. A continuación, te dejamos algunos ejemplos:
- Explicación de Delayed Proof of Work
- Explicación del consenso Leased Proof of Stake
- Explicación de Proof of Authority
- Explicación de Proof of Burn
- Explicación de Delegated Proof of Stake
- Explicación del consenso híbrido PoW/PoS
Reflexiones finales
Los mecanismos para lograr consenso son fundamentales para el funcionamiento de los sistemas distribuidos. Muchos creen que la mayor innovación de Bitcoin fue el uso de Proof of Work, ya que permitió que los usuarios se pusieran de acuerdo sobre un conjunto común de hechos.
Hoy en día, los algoritmos de consenso no solo sostienen los sistemas de dinero digital, sino también las blockchains que permiten a los desarrolladores ejecutar código en redes distribuidas. Se han convertido en una parte esencial de la tecnología blockchain y son clave para la supervivencia a largo plazo de las distintas redes.
De todos los algoritmos de consenso, Proof of Work sigue siendo el más dominante. Aún no se ha propuesto una alternativa que sea claramente más confiable y más segura. Sin embargo, hay una enorme cantidad de investigación y desarrollo enfocados en reemplazar PoW, por lo que es muy probable que veamos nuevas opciones en los próximos años.
