¿Qué son los mecanismos de consenso de las blockchains?

Imagina que eres el comandante de un ejército compuesto por varios pelotones de soldados, cada uno ubicado en un punto de despliegue diferente. Planeas atacar una única área fortificada en un momento concreto. Para hacerlo, debes coordinarte con cada uno de tus pelotones a fin de asegurarte de que todos conozcan la hora, el lugar y el plan de acción correctos.

Sin embargo, esto plantea una serie de problemas. ¿Qué pasa si uno o varios pelotones deciden retirarse en el último minuto? ¿Qué ocurre si atacan demasiado pronto? ¿Qué sucede si llegan al lugar equivocado? ¿Y si hay traidores en un pelotón que intentan sabotear el plan? 

Para que el ataque funcione, es esencial que todos lleguen a un acuerdo unánime, que también podemos denominar como “alcanzar un consenso”, sobre cuál es el plan. Este ejemplo se basa en el problema de los generales bizantinos, un concepto publicado en un artículo de 1982 que muestra los problemas de construir un sistema de comunicación robusto donde se asume que los participantes en dicho sistema pueden actuar de forma deshonesta. 

Bitcoin se convirtió en el primer sistema descentralizado en resolver este arraigado problema al implementar algo llamado “mecanismo de consenso”.

Los mecanismos de consenso de las blockchains son un tipo de sistema automatizado que pretende lograr dos objetivos principales.

1. Asegurar que una comunidad de validadores de red distribuida y sin líderes pueda acordar de manera eficiente y unánime qué datos tiene el libro mayor de la blockchain y cuáles añadir.
    
2. Asegurar que todos los validadores de la red sigan las reglas del protocolo y realicen sus funciones de manera honesta.

La validación de datos hace referencia a verificar que la nueva información sea precisa y válida. Esto es sumamente importante en un sistema descentralizado, especialmente en uno que sea monetario. Si se permite que se añada información de transacciones no válidas a la blockchain, como un balance falso o una transacción de doble gasto, socavaría completamente la integridad de esa base de datos.

Sin una base de datos integral, nadie confiaría en el sistema y nadie lo usaría.

También hay otro problema clave que resuelven los mecanismos de consenso: la seguridad de la red. 

Satoshi Nakamoto, el creador de Bitcoin, fue el primero en reconocer que los mecanismos de consenso también podían funcionar como un sistema eficiente para disuadir a los actores maliciosos de intentar apoderarse de la red a través de un ataque mayoritario, una táctica que consisten en obtener el control de más del 50% de una red. Esta fue una innovación revolucionaria que ayudó a consolidar el protocolo de Bitcoin como la primera criptomoneda descentralizada viable a nivel global.

Si bien las diferentes blockchains usan muchos tipos de mecanismos de consenso distintos, la mayoría de ellos funcionan fundamentalmente exigiendo a los nodos validadores que inviertan de alguna forma o se esfuercen de alguna manera antes de que se les otorgue el derecho a proponer y validar nuevos bloques de datos.

La idea detrás de esto es sencilla. Los validadores que han invertido su propio tiempo y dinero para participar en la red son teóricamente menos propensos a intentar corromperla porque tienen algo que perder si lo hacen.

En resumen, los mecanismos de consenso son simplemente sistemas que animan a los validadores a cumplir con las reglas a través de la coerción (amenaza de castigo) o los incentivos (ganar recompensas por buen comportamiento).

Como hemos mencionado, las diversas blockchains usan muchos métodos diferentes para lograr consenso en el sector de criptomonedas actual.

Sin embargo, los dos más populares se conocen como los mecanismos de consenso Proof-of-Work (PoW) y Proof-of-Stake (PoS).

Proof-of-Work es el mecanismo de consenso que usa Bitcoin y una amplia gama de otras criptomonedas. 

Desarrollado por primera vez en 1993 por las informáticas Cynthia Dwork y Moni Naor como un medio para prevenir el spam en los emails, Nakamoto tomó el concepto y lo adaptó para que se pudiera usar en un sistema monetario descentralizado.

PoW funciona exigiendo a los validadores, llamados “mineros”, que compren, alquilen o subcontraten equipos informáticos y usen ese poder para ganar una competición basada en criptografía a cambio de recompensas. Este proceso es más comúnmente conocido como “minería de criptomonedas”.

Puedes consultar más información sobre la minería en este enlace.

Al exigir a los validadores que inviertan en equipos informáticos y cubran los costes de su funcionamiento, la idea detrás de PoW es que los posibles agentes maliciosos se desanimen al tener que pasar por todo ese esfuerzo. De manera similar, la estructura de incentivos de las recompensas de bloque, las recompensas obtenidas al ganar la competición de minería, implica que participar de forma honesta puede conllevar recibir una buena recompensa.

En términos de seguridad, conforme más mineros se unen a la red y la sofisticación del equipo aumenta, el coste de atacar la blockchain de Bitcoin aumenta exponencialmente. Esto se debe a que un atacante tendría que obtener una cantidad extremadamente grande de poder computacional para obtener una mayoría del 51% sobre el resto de la red. Incluso entonces, no habría garantía de que ganase la competición de minería cada diez minutos para establecer con éxito una cadena de nuevos bloques no válida.

Proof-of-Stake es un tipo relativamente nuevo de mecanismo de consenso creado por Sunny King y Scott Nadal en 2012. Al igual que con Proof-of-Work, PoS cumple los mismos objetivos clave de un mecanismo de consenso, pero de una manera que lo vuelve único.

Para convertirse en un validador de una blockchain basada en PoS, los participantes deben comprar y bloquear una cantidad determinada de la criptomoneda nativa del proyecto correspondiente en un contrato inteligente. Esto se conoce como “staking”.

Los contratos inteligentes de staking actúan esencialmente como una cuenta de depósito en garantía y bloquea tokens por una duración fija o variable en función de las condiciones concretas de cada protocolo de blockchain.

El protocolo elige al azar a los validadores para que propongan nuevos bloques dentro de intervalos de tiempo establecidos, a menudo llamados “épocas”. Los stakers pueden tener más posibilidades de que los elijan para proponer nuevos bloques si aumentan la cantidad de tokens o monedas que dedican al staking.

Este sistema funciona de manera similar a un sistema de lotería, donde cuanto más boletos tengas, mayores serán las probabilidades de ganar el bote. No obstante, de nuevo no hay garantía de que ganarás todas las veces, al igual que en una lotería. Alguien con un solo boleto sigue pudiendo ganar a alguien que tenga miles. Lo mismo sucede en el staking de criptomonedas.

Peercoin fue la primera criptomoneda en presentar este mecanismo, aunque Ethereum es quizás el ejemplo más conocido de una blockchain basada en PoS después de que completara su transición de PoW en 2022.

Además de bloquear tokens, algunos mecanismos de consenso PoS, como el que usa Ethereum, impone penalizaciones a los comportamientos deshonestos a través de un proceso llamado “slashing.” 

Si el protocolo sospecha que hay una actividad maliciosa, los fondos bloqueados de una persona se pueden confiscar parcial o totalmente sin previo aviso. De esta forma, se disuaden mediante coacción los comportamientos inadecuados y se asegura que todos los participantes de la red sigan las reglas.

Más allá de PoW y PoS, han surgido docenas de diferentes mecanismos de consenso que representan versiones novedosas o híbridas de los mecanismos mencionados anteriormente. Cada uno intenta de resolver el problema de los generales bizantinos de maneras distintas. Entre ellas se incluyen:

• Proof-of-Activity (PoA)
• Proof-of-History (PoH)
• Proof-of-Importance (PoI)
• Proof-of-Capacity (PoC)
• Proof-of-Burn (PoB)
• Proof-of-Authority (PoA)
• Proof-of-stake delegada (DPoS)
• Proof-of-Elapsed Time (PoET)

Si bien no hay un claro ganador en cuanto a qué mecanismo de consenso es mejor, muchas personas consideran que los sistemas PoS y PoW son los más efectivos.

Las principales ventajas de PoW (minería) sobre PoS (staking) son que ofrecen una seguridad significativamente mayor contra ataques de mayoría del 51%. Sin embargo, los mineros consumen enormes cantidades de energía para lograr que la seguridad sea así de alta; algo por lo que muchos ecologistas, reguladores y empresas de todo el mundo han expresado una gran preocupación en los últimos años. La energía que usa PoW es un tema complejo y algo sobre lo que hablamos en mayor profundidad en nuestro artículo Desmontando los mitos sobre las criptomonedas: Bitcoin está destruyendo el medioambiente.

PoS, por otro lado, es significativamente más eficiente en términos energéticos. No se requieren máquinas que consuman mucha electricidad para hacer staking y se pueden validar múltiples bloques en conjunto usando soluciones de escalado como el sharding. 

Dicho esto, ninguno es perfecto y ambos tienen sus propios problemas de centralización. En ambos casos, quienes tengan más dinero pueden tener una ventaja injusta sobre el resto de los participantes de la red.

En los sistemas de PoW, grandes empresas mineras dominan el sector y hacen que a los pequeños mineros aficionados les sea financieramente inviable participar. 

En los sistemas de PoS, quienes acumulan grandes cantidades de tokens tienen muchas más probabilidades de proponer nuevos bloques y ganar recompensas en comparación con el resto de los participantes de la red.

Sin embargo, se puede argumentar que esta es una consecuencia natural de la mayoría de los mecanismos de consenso, si no de todos.

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