Traducción al español de “The Ouroboros path to decentralization”
Publicado por Prof Aggelos Kiayias en el blog de IOHK el 22 de Junio de 2020
El protocolo que impulsa Cardano y su filosofía de diseño
Diseñar y desplegar un libro contable distribuido es una tarea técnicamente difícil. Lo que se espera de un libro contable es la promesa de una visión coherente a todos los participantes, así como una garantía de respuesta al flujo continuo de eventos que resultan de sus acciones. Estas dos propiedades, a veces denominadas persistencia y vivacidad, son el sello distintivo de los sistemas de libro contable distribuido.
Lograr la persistencia y la vivacidad en un sistema centralizado es una tarea bien estudiada y bastante sencilla; lamentablemente, el libro contable que surge es precariamente frágil porque el servidor que soporta el libro contable se convierte en un único punto de fallo. Como resultado, hackear el servidor puede llevar a la violación instantánea de ambas propiedades. Incluso si el servidor no es hackeado, los intereses de los operadores del servidor pueden no estar alineados con la garantía continua de estas propiedades. Por esta razón, la descentralización ha sido avanzada como un remedio esencial.
De manera informal, la descentralización se refiere a una arquitectura de sistema que requiere que muchas entidades actúen individualmente de tal manera que las propiedades del libro contable surjan de la convergencia de sus acciones. A cambio de este aumento de la complejidad, un sistema bien diseñado puede seguir funcionando aunque algunas partes se desvíen del funcionamiento adecuado. Además, en el caso de desviaciones más importantes, aunque sea inevitable alguna perturbación, el sistema debería ser capaz de volver al funcionamiento normal y contener los daños.
¿Cómo se diseña un sistema descentralizado robusto? El mundo es un lugar complicado y la descentralización no es una característica que pueda codificarse o demostrarse mediante pruebas: las configuraciones potenciales que pueden surgir son infinitas. Para contrarrestarlo, hay que desarrollar modelos que abarquen sistemáticamente todas las diferentes amenazas que el sistema puede encontrar y demostrar rigurosamente que se mantienen las dos propiedades básicas de persistencia y vida.
Los argumentos más sólidos para la fiabilidad de un sistema descentralizado combinan garantías formales contra una amplia cartera de modelos de fallos y ataques de diferentes clases. La primera clase importante es la de los poderosos modelos bizantinos. En este contexto, debe garantizarse que, aunque un subconjunto de participantes se desvíe arbitrariamente de las normas, se mantengan las dos propiedades fundamentales. La segunda clase importante es la de los modelos de racionalidad. Aquí se supone que los participantes son maximizadores de la utilidad racional y el objetivo es mostrar que las propiedades del libro contable surgen de sus esfuerzos por perseguir su propio interés.
Ouroboros es un protocolo de libro contable descentralizado que se analiza en el contexto del comportamiento bizantino y racional. Lo que hace que el protocolo sea único es la combinación de los siguientes elementos de diseño.
- Utiliza la participación como recurso fundamental para identificar la influencia de los participantes en el sistema. No se desperdicia ningún recurso físico en el proceso de mantenimiento del libro contable, que ha demostrado ser robusto a pesar de los ataques de “simulación sin coste” y “nada en juego” que anteriormente se consideraban barreras fundamentales para los libros contable basados en participación. Esto hace que Ouroboros sea claramente más atractivo que los protocolos de prueba de trabajo, que requieren un gasto energético prodigioso para mantener el consenso.
- Se ha demostrado que es resistente incluso si subconjuntos arbitrariamente grandes de participantes, en términos de intereses, se abstienen de mantener los libros contables. Esta garantía de disponibilidad dinámica asegura la vitalidad incluso bajo niveles de compromiso arbitrarios e impredecibles. Al mismo tiempo, de los participantes que están activos, apenas más de la mitad necesitan seguir el protocolo - el resto puede desviarse arbitrariamente; de hecho, se pueden tolerar incluso picos temporales por encima del umbral del 50%. Así pues, Ouroboros es claramente más resistente y adaptable que los protocolos clásicos de tolerancia a las fallas bizantinas (así como todas sus adaptaciones modernas), que tienen que predecir con relativa certeza el nivel de participación previsto y pueden dejar de funcionar cuando la predicción es falsa.
- El proceso de unión y participación en la ejecución del protocolo es sin confianza en el sentido de que no requiere la disponibilidad de ningún recurso especial compartido, como un puesto de control reciente o un reloj común. Participar en el protocolo sólo requiere el bloque público de génesis de la cadena, y el acceso a la red. Esto hace que Ouroboros esté libre de los supuestos de confianza comunes en otros protocolos de consenso cuya seguridad se derrumba cuando los recursos compartidos de confianza se subvierten o no están disponibles.
- Ouroboros incorpora un mecanismo de reparto de recompensas para incentivar a los participantes a organizarse en nodos operativos, conocidos como stake pools, que pueden ofrecer una buena calidad de servicio independientemente de la forma en que se distribuya el interés entre la población de usuarios. De esta manera, todos los interesados contribuyen al funcionamiento del sistema - garantizando la solidez y la representación democrática - mientras que el costo de mantenimiento del libro contable se distribuye eficientemente entre la población de usuarios. Al mismo tiempo, el mecanismo viene con contramedidas que desincentivan la centralización. Esto hace que Ouroboros sea fundamentalmente más inclusivo y descentralizado en comparación con otros protocolos que o bien terminan con sólo un puñado de actores responsables del mantenimiento del libro contable o bien no ofrecen ningún incentivo a los interesados para participar y ofrecer un servicio de buena calidad.
Se supone que estos elementos de diseño de Ouroboros no son apelaciones evidentes al sentido común del usuario del protocolo. En cambio, se entregaron con una documentación meticulosa en documentos que han sido sometidos a una revisión por pares y aparecieron en conferencias y publicaciones de primer nivel en el área de la ciberseguridad y la criptografía. De hecho, es justo decir que ningún otro esfuerzo de investigación de consenso está representado tan exhaustivamente en estos círculos. Cada documento es explícito sobre el tipo específico de modelo que se utiliza para analizar el protocolo y los resultados derivados se exponen en términos concretos. Los documentos son de libre acceso, sin patentes, e incluyen todos los detalles técnicos para permitir que cualquiera, con los conocimientos técnicos pertinentes, se convenza de la veracidad de las afirmaciones hechas sobre el rendimiento, la seguridad y la funcionalidad.
La creación de una infraestructura inclusiva, justa y resistente para las aplicaciones financieras y sociales a escala mundial es el gran desafío de la tecnología de la información en la actualidad. Ouroboros contribuye, no sólo como un protocolo con características únicas, sino también presentando una metodología de diseño que pone de relieve los primeros principios, una modelización cuidadosa y un análisis riguroso. Su arquitectura modular y adaptable también se presta a la mejora, adaptación y enriquecimiento continuos con elementos adicionales (como la paralelización para mejorar la escalabilidad o las pruebas de conocimiento cero para mejorar la privacidad, por citar dos ejemplos), que es una característica adecuada para satisfacer las necesidades y complejidades en constante evolución del mundo real.
Lecturas adicionales
Para profundizar en el protocolo de Ouroboros, desde su inicio hasta las recientes novedades, siga estos enlaces:
- Ouroboros (Clásico): el primer protocolo blockchain de prueba de participación seguro demostrable.
- Ouroboros Praos: elimina la necesidad de una estructura redonda rígida y mejora la resistencia contra los atacantes “adaptables”.
- Ouroboros Genesis: cómo evitar la necesidad de un reciente punto de control y probar que el protocolo es seguro bajo disponibilidad dinámica para unirse y participar sin confianza.
- Ouroboros Chronos: elimina la necesidad de un reloj común.
- Esquemas de reparto de recompensas para los stake pools.
- Gestión de cuentas y maximización de la participación en los stake pools.
- Optimización del rendimiento de las transacciones con protocolos de prueba de participación.
- Liquidación rápida mediante combinadores de libros contables.
- Ouroboros Crypsinous: un protocolo de prueba de participación que preserva la privacidad.
- Kachina: un modelo de seguridad unificado para contratos inteligentes privados.
- Hydra: una arquitectura de escalabilidad fuera de cadena para un alto rendimiento de las transacciones con baja latencia y un mínimo de almacenamiento por nodo.