🇪🇸 Consenso en Cardano vs. otras blockchains

:es: Traducción al español de “Consensus on Cardano vs. other blockchains”

Publicado por el Equipo de la Fundación Cardano en el Foro Cardano el 19 de Agosto de 2020


Consenso en Cardano vs. otras blockchains

(Escrito por @ElliotHill de la Fundación Cardano)

Los mecanismos de consenso son esenciales para que todas las partes se pongan de acuerdo sobre una historia única e inmutable de una blockchain, para acuñar nuevos bloques y para mantener el protocolo en su conjunto.

Los dos principales métodos de consenso utilizados hoy en día se basan en los mecanismos de prueba de trabajo (PoW o prueba de participación (PoS), que han influido en muchos otros tipos de métodos de consenso similares.

Aquí, tras la exitosa bifurcación dura de Cardano a una blockchain de PoS, nos adentramos en la historia de los mecanismos de consenso, sus limitaciones y la forma en que Cardano resuelve algunas de las cuestiones de consenso más pertinentes a través de Ouroboros, el algoritmo de PoS más avanzado técnicamente hasta la fecha.

También examinaremos cómo el enfoque de Cardano sobre el consenso hace que los contratos inteligentes y las aplicaciones descentralizadas (DApp) sean más seguros que nunca.

Prueba de trabajo (PoW)

La prueba del trabajo se implementó por primera vez en la blockchain tal y como la conocemos hoy en día a través de Bitcoin en 2008. Sin embargo, sus cimientos se encuentran en la investigación criptográfica mucho más antigua que la propia tecnología blockchain, y comprender el origen de PoW puede ayudarnos a entender la tecnología de libro mayor distribuido como un todo.

Descrita por primera vez por Cynthia Dwork y Moni Naor en 1993 como una técnica computacional para combatir el correo basura, la teoría básica detrás de los primeros sistemas de PoW era requerir a los participantes del ecosistema que computaran un problema matemático moderadamente difícil, pero no imposible, para tomar parte en un recurso o red, desalentando así el uso frívolo.

Hoy en día, una rápida mirada a su carpeta de correo basura puede revelar que PoW encontró su nicho más significativo no en la prevención del spam, sino en facilitar la creación de la tecnología blockchain al prevenir el doble gasto a través de Hashcash, parte del algoritmo de minería eventualmente usado por Bitcoin.

En 1999, los criptógrafos Markus Jakobsson y Ari Juels formalizaron la noción de PoW, definiéndola como la verificación de que los participantes habían realizado una cierta cantidad de trabajo computacional en un intervalo de tiempo especificado, en cuyo caso se les concedió acceso a un recurso representado como una recompensa por el bloque en las blockchains de PoW.

Unos años más tarde, el difunto criptógrafo Hal Finney construyó el primer dinero electrónico digital utilizando una iteración de PoW que tuvo un uso económico limitado. Sin embargo, poco menos de una década después, Finney fue el primer receptor de Bitcoin, la blockchain funcional PoW original construida por el anónimo Satoshi Nakamoto, que sigue siendo la mayor criptomoneda por capitalización de mercado en la actualidad.

La PoW dio lugar a los mineros de criptomonedas, que utilizan un potente hardware de computación para resolver problemas de criptografía y validar bloques a cambio de recompensas por bloques. La minería cripto se ha convertido desde entonces en un gran negocio, impulsando los mercados de criptomonedas y la industria en su conjunto.

No está claro si estos pioneros de la criptografía tenían alguna idea de en qué se convertirían el gigante Bitcoin y el resto de la industria de las blockchain. No obstante, la teoría académica sentó las bases de los mecanismos de consenso y los algoritmos hashing tal y como los conocemos hoy en día, incluso para aquellos protocolos que han evolucionado más allá de PoW.

Además de Bitcoin, el PoW se utiliza como mecanismo de consenso para más del 75% de las blockchain de hoy en día, incluyendo Litecoin, Ethereum, Bitcoin Cash, Monero, Dogecoin, y muchas más. Pero, sólo porque sea el primero, no significa necesariamente que sea el mejor. Exploremos algunas limitaciones de PoW.

Problemas con PoW

A pesar de su utilidad para evitar la duplicación de gastos, hay una serie de cuestiones teóricas y comprobadas con el consenso PoW, entre las que se incluyen:

  • Ineficiencia energética - PoW requiere grandes cantidades de energía para alimentar el hardware de computación necesario para la extracción de bloques, lo que representa una enorme carga ambiental. En una investigación publicada en 2019 se estimó que sólo la red minera de Bitcoin consumía al menos 40 TWh de electricidad al año, posiblemente hasta 62 TWh, cifra comparable con las necesidades energéticas de toda la nación de Suiza.

  • Consolidación de la tasa de hash - En teoría, un puñado relativamente pequeño de mineros o grupos mineros adecuadamente financiados podría llegar a ser responsable de la mayor parte de la tasa de hash en un sistema de PoW. El riesgo de consolidación de las tasas de hash hace que toda la red esté más centralizada, ya que un número relativamente pequeño de mineros es responsable de la extracción de nuevos bloques.

Prueba de participación (PoS)

Como examinaremos en detalle a continuación, Cardano es una blockchain PoS. Los protocolos PoS se organizan en rondas, y la mayoría de las blockchains PoS simplemente pasan por los productores de bloques cuando se trata de acuñar un nuevo bloque en una selección de tipo round robin. En cambio, algunas blockchain PoS, como examinaremos más adelante, eligen al azar líderes para cada ronda o franja, que en Cardano se llaman líderes de franja. El componente algorítmico más crítico es un procedimiento de elección de líderes de franja, que determina un subconjunto de participantes con autoridad para añadir un nuevo bloque a la blockchain durante cada ronda.

Los líderes de franja se eligen de acuerdo con su “participación” en el protocolo, o la porción de tokens de protocolo que controlan en relación con el resto de los participantes de la participación. Los que tienen más en juego tienen más probabilidades de ser elegidos como líderes de franja y acuñar un nuevo bloque; de ahí el término prueba de participación.

Crucialmente, PoS utiliza una fracción de la potencia de hash -y por lo tanto, una fracción de la electricidad- que los algoritmos PoW consumen. El bajo consumo de hash y energía se debe a que los líderes de franja se eligen de acuerdo con su participación en el protocolo, en contraposición a la cantidad de poder físico de hash que ejercen.

Otras blockchain de PoS

Cardano es una de las últimas y más avanzadas blockchain PoS. Aún así, algunas otras blockchains han sido pioneras en su uso en el pasado, algunas están usando actualmente PoS, y otras blockchains están planeando implementarlo en el futuro:

  • Peercoin - Establecida en 2012, Peercoin fue la primera blockchain en implementar el PoS. Basado en el código base de Bitcoin, Peercoin se describió en un documento técnico que establecía la primera acuñación formal utilizando el PoS basado en la ‘edad’ de las monedas en una red.

  • Tezos - Como Cardano, Tezos tiene un bloque que produce una ronda llamado “ciclo”. Tezos está construido sobre una capa de consenso totalmente diferente a la de Cardano, a pesar de las similitudes de la capa superficial. Por ejemplo, Tezos tiene un modelo de cuenta basado en Ethereum en lugar de un UTXO extendido como el de Cardano, que permite el uso de Hydra y un soporte superior de múltiples activos. Tezos tiene tanto productores de bloques, a los que llamaban “panaderos” como participantes que acuerdan nuevos bloques, llamados “endosantes”. A los participantes en el algoritmo de consenso PoS de Tezos se les asignan derechos de panadería o derechos de aprobación al principio de cada ciclo utilizando una semilla aleatoria calculada a partir de la información almacenada en la blockchain.

  • Ethereum 2.0 - A pesar de que actualmente existe como una blockchain PoW, Ethereum eventualmente se moverá a PoS a través del despliegue de Ethereum 2.0. Ethereum 2.0 se basará en validadores -un papel también conocido como “mineros virtuales”- y depósitos de éter para alcanzar el consenso.

Problemas con la Prueba de Participación

Hay algunas cuestiones teóricas asociadas con PoS, muchas de las cuales fueron problemáticas en las primeras iteraciones de las blockchains PoS. Exploremos algunas de ellas aquí, y examinaremos a continuación cómo Cardano las evita:

  • El problema de “nada en participación” - Los ataques contra las blockchain PoS pueden ser facilitados por los validadores, que continúan simultáneamente múltiples blockchain explotando el hecho de que se necesita poco esfuerzo computacional para construir una blockchain de PoS. Como la seguridad de la red no tiene un costo intrínseco como en los algoritmos PoW, esto puede dar lugar a que los validadores se basen en todas las bifurcaciones pasadas de una blockchain PoS para recaudar las tasas de transacción de cualquier cadena que acabe convirtiéndose en la más utilizada. Esto puede perturbar el consenso y dejar vulnerable a la red más amplia.

  • Ataques Goldfinger - Nombrado en honor al villano de Bond que intentó destruir las reservas del Tesoro de los EE.UU., los ataques Goldfinger buscan socavar y desestabilizar el protocolo de consenso en sí mismo para el beneficio financiero del atacante. Estos ataques pueden adoptar diversas formas, como un ataque de compra, un ataque de soborno, ataques de alquiler o ataque a edificios, cada uno con un modus operandi diferente para el mismo fin.

Consenso en Cardano

Siguiendo la bifurcación dura de Byron a Shelley, Cardano opera ahora en Ouroboros Praos, un protocolo PoS que es el primero que se ha demostrado que es seguro contra los atacantes adaptables y escalable en un sentido verdaderamente práctico.

En la iconografía egipcia y helenística antigua, Ouroboros es una serpiente autocomestible que representa la renovación cíclica, particularmente apta para la forma en que las funciones aleatorias verificables se generan durante una época y se utilizan para elegir líderes de franja en la siguiente.

Ouroboros Praos proporciona seguridad contra la corrupción totalmente adaptativa en el entorno semisincrónico, lo que significa que los adversarios pueden corromper a cualquier interesado en cualquier momento sin que la blockchain subyacente se vea afectada, siempre que la distribución de los interesados mantenga una mayoría honesta de los mismos, lo que es posible gracias a los stake pools y a la delegación.

Se impide que los participantes ejerzan demasiado control sobre la red de Cardano mediante un punto de saturación de los pools, o “K”, en cuyo caso el pool obtendría rendimientos decrecientes por participar en el consenso. Esto se hace para evitar que un solo pool o un puñado de pools sean elegidos de manera desproporcionada como líderes de franja, y para mantener la blockchain verdaderamente descentralizada.

El diseño de stake pools y la delegación en Cardano garantiza que el protocolo tenga una capacidad de descentralización mucho mayor, alentando la creación de miles de stake pools y un número teóricamente ilimitado de delegados. Por lo tanto, se ha dicho que el algoritmo PoS de Cardano “empequeñece” las cadenas de competidores similares según auditores de códigos independientes.

¿Cómo supera Cardano las limitaciones PoS?

Cardano ha sido construido utilizando la última investigación criptográfica, constantemente mejorada a través del rigor académico, e informado por casi 80 documentos de criptografía revisados por pares publicados por IOHK.

Como resultado, muchas de las limitaciones asociadas con el consenso PoS se han aliviado o evitado por completo, haciendo de Ouroboros Praos la iteración más segura de PoS hasta la fecha.

El problema de “Nada en participación” se resuelve a través del análisis de Cardano de las cuerdas bifurcadas. Incluso si un adversario forzara por la fuerza bruta todas las estrategias posibles para bifurcar la blockchain Cardano en un futuro próximo, no hay estrategias que sean financieramente viables.

De la misma manera, la regla de selección de la cadena instruye a los participantes a ignorar las bifurcaciones muy profundas que se desvían del bloque que recibieron la última vez que estuvieron en línea.

Más allá de Shelley- contratos inteligentes, rendimiento óptimo y cadenas laterales

Shelley introdujo el PoS en vivo a Cardano, pero hay muchos más beneficios del consenso PoS para la utilidad de la blockchain más amplia de Cardano. Estos incluyen contratos inteligentes, un rendimiento óptimo de las transacciones y cadenas laterales. Exploremos algunos de los principios básicos de estas características.

Contratos inteligentes

La forma en que Cardano llega a un consenso es importante para su contrato inteligente y sus capacidades de DApp. Más descentralización en una blockchain significa que más nodos se ponen de acuerdo en una sola versión de la verdad.

Como resultado, los contratos inteligentes escritos en una red suficientemente descentralizada son particularmente robustos y confiables. Cuando se combinan con una red de oráculos descentralizada, estos contratos inteligentes podrían servir adecuadamente para los casos de uso empresarial, o incluso para resolver complejos acuerdos legales.

Rendimiento casi óptimo

Lograr un alto rendimiento de las transacciones es uno de los mayores desafíos para las blockchain, pero es esencial para que las blockchain se conviertan en los sistemas operativos financieros del futuro.

Los investigadores de IOHK han propuesto un modelo formal de ejecución para PoS basado en Ouroboros, que mantiene la seguridad al tiempo que permite un rendimiento óptimo de las transacciones, lo que permitiría a la blockchain Cardano escalar y manejar un gran número de transacciones al tiempo que se mantiene segura.

Cadenas laterales PoS e interoperabilidad

Las cadenas laterales han sido exploradas durante mucho tiempo por su potencial para permitir la escalabilidad e interoperabilidad de las blockchain, pero hay muchas consideraciones de seguridad y problemas que resolver antes de que puedan ser implementadas de manera efectiva.

En Mayo de 2019, los investigadores de IOHK fueron los primeros en describir una construcción para cadenas laterales PoS que podría ser desplegada en el protocolo PoS Ouroboros Praos de Cardano.

Se propuso una solución que apoyaría las transferencias de valor seguras entre cadenas, que a su vez mantendría la seguridad de cada cadena subyacente, verificaría que existe una mayoría de intereses honestos para ambas cadenas participantes y mantendría la integridad de una cadena de transacciones en caso de que la otra fracase.

Los ataques de Goldfinger y otros intentos de socavar el consenso se frustran en las cadenas laterales, ya que sólo conllevan una pequeña cantidad de intereses a la vez.

En la práctica, la aplicación de las cadenas laterales PoS podrían permitir, por primera vez, la plena interoperabilidad entre las blockchains, acelerando la escalabilidad en toda la industria de las blockchain, pero también permitiendo la comunicación con los sistemas bancarios y financieros heredados a través de libros de contabilidad autorizados.

Aprende más sobre el consenso en Cardano

Habiendo explorado una historia de mecanismos de consenso hasta la fecha, y donde el consenso PoS de Cardano encaja dentro del panorama más amplio, podemos empezar a entender cuán avanzado es el mecanismo PoS de Cardano; y más crucialmente, cómo sustenta todo el ecosistema de Cardano.

Puede leer más sobre el mecanismo de consenso de Cardano visitando nuestra documentación de desarrollo, dirigiéndose a nuestros foros, o leyendo la extensa biblioteca de investigación de IOHK.

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