馃嚜馃嚫 El protocolo de la blockchain de Cardano: 驴Por qu茅 Prueba de Participaci贸n?

:es: Traducci贸n al espa帽ol de Cardano blockchain protocol: why Proof-of-Stake? por Rodrigo [RODRI].

Publicado en el blog de Proof-of-Africa Pool en Medium, el 17 de Junio de 2020.


En este art铆culo, explicaremos en qu茅 consisten los protocolos Prueba de Participaci贸n (PoS), y trazaremos una comparativa con el funcionamiento de los ya conocidos protocolos Prueba de Trabajo (PoW).

Los protocolos PoW actualmente alimentan la mayor铆a de los criptoproyectos como Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dash, etc.
Este art铆culo nos ayudar谩 a entender mejor por qu茅 los algoritmos de consenso PoS parecen tener un futuro m谩s brillante que los PoW en el cripto-ecosistema, y por qu茅 Cardano decidi贸 desarrollar su propio protocolo a medida; Ouroboros.

Las bases

Bitcoin utiliza enormes cantidades de energ铆a para asegurar su red. 驴Pero por qu茅 consume toda esta energ铆a y cu谩les podr铆an ser las alternativas?

La extracci贸n de nuevos bitcoins y la seguridad de la red requieren mucha potencia de c谩lculo debido a su algoritmo llamado 鈥淧rueba de Trabajo鈥 (PoW).
El algoritmo PoW de Bitcoin funciona haciendo que todos los nodos de la red resuelvan el mismo rompecabezas criptogr谩fico.
Los nodos que resuelven el rompecabezas se denominan mineros, y el primero en encontrar la soluci贸n obtiene la recompensa; una cierta cantidad de Bitcoin(s) (n煤mero que disminuye cada 4 a帽os despu茅s de una 鈥渞educci贸n a la mitad鈥).

En 2011 un usuario del foro de Bitcointalk llamado QuantumMechanic propuso una t茅cnica que denomin贸 鈥淧rueba de Participaci贸n鈥 (PoS).
La idea consideraba que era un despilfarro permitir que todo el mundo utilice la potencia de los ordenadores para competir entre s铆 con la miner铆a para asegurar la red.
En su lugar, PoS utiliza un proceso de elecci贸n en el que se elige al azar un nodo para validar el siguiente bloque.
El PoS no tiene mineros sino 鈥渧alidadores鈥, y no permite a la gente 鈥渕inar鈥 bloques sino 鈥渁cu帽ar鈥 o 鈥減roducir鈥 bloques.

Los validadores de bloque no se eligen completamente al azar.
Para convertirse en validador, un nodo debe depositar una cierta cantidad de los tokens nativos de la blockchain en la red en cuesti贸n (lo que puede considerarse como un dep贸sito de seguridad).
Si se elige un nodo para validar el siguiente bloque, 茅ste verificar谩 la validez de todas las transacciones dentro del bloque.
Si todo se verifica, el nodo firma el bloque y lo a帽ade a la blockchain; ha producido un nuevo bloque.

Como recompensa, el nodo recibe la totalidad o una fracci贸n de los honorarios asociados a cada transacci贸n, dependiendo del protocolo PoS.

El tama帽o de la participaci贸n determina las posibilidades de que se elija un validador para acu帽ar el siguiente bloque. Cuantos m谩s tokens haya participado en la red, m谩s posibilidades tendr谩 de producir un nuevo bloque.
Esto puede parecer injusto porque tiende a favorecer a las entidades ricas que poseen muchos tokens, pero en realidad es m谩s justo que los protocolos PoW.
De hecho, con el PoW las grandes entidades/granjas mineras pueden beneficiarse de las econom铆as de escala.
El precio que pagan por el equipo de miner铆a y la electricidad no sube linealmente. En su lugar, cuanto m谩s compren, mejores precios pueden obtener.


Fuente: 3IQ Research Group

El consumo de energ铆a

Los protocolos PoW ofrecen m谩s recompensas a los mineros m谩s avanzados y mejor equipados. Cuanto m谩s alta sea su tasa de hash (potencia de computaci贸n), mayor ser谩 su oportunidad de crear el siguiente bloque y recibir la recompensa.

Si los mineros quieren aumentar a煤n m谩s sus posibilidades, deben reunirse en lo que se llama 鈥減ools mineros鈥. Haciendo esto, combinan sus tasas de hash y distribuyen la recompensa uniformemente a todos los que est谩n en dicho pool.
Esto ha llevado a una carrera en la que las empresas estructuradas sustituyeron la construcci贸n de los primeros nodos DIY por la creaci贸n de granjas mineras cada vez m谩s grandes, equipadas con dispositivos mineros dedicados (como los ASICs).

Seg煤n Digiconomist, s贸lo los mineros de Bitcoin utilizan unos 60 TWh de electricidad, suficiente para abastecer de energ铆a a todo un pa铆s como Grecia (11 millones de habitantes).


Fuente: Digiconomist (Junio 2020)

As铆 que las diferencias entre PoW y PoS son bastante importantes.
PoS no funciona minando nuevos bloques, as铆 que no hay competencia entre validadores, y no hay carrera por la potencia de computaci贸n. Por lo tanto, utiliza considerablemente menos energ铆a.
Como ejemplo y de acuerdo con Charles Hoskinson, CEO de IOHK, toda la blockchain de Cardano podr铆a ser alimentada con s贸lo 10 kW (energ铆a necesaria para pocas casas) lo que disminuir铆a el consumo de energ铆a un mill贸n de veces en comparaci贸n con la blockchain de Bitcoin.

Descentralizaci贸n

Como hemos visto anteriormente, con los protocolos PoW tenemos algo llamado granjas mineras en las que los mineros se asocian para aumentar sus posibilidades de producir nuevos bloques y as铆 recoger recompensas.
A estas alturas, estos pools controlan grandes porciones de la blockchain de bitcoin. Eso significa que de alguna manera centralizan el proceso minero, y eso es peligroso.
Si las mayores explotaciones mineras se fusionaran, tendr铆an una participaci贸n mayoritaria en la red y podr铆an empezar a aprobar transacciones fraudulentas. La blockchain en cuesti贸n perder铆a instant谩neamente toda su credibilidad y ser铆a abandonada.

Establecer un nodo, y convertirse en un validador, en una blockchain basada en PoS es mucho menos costoso que una basada en PoW.
Los interesados no necesitan una gran inversi贸n en costosos equipos de miner铆a y, por lo tanto, PoS alienta a m谩s personas a establecer un nodo, lo que hace que la red sea m谩s descentralizada y tambi茅n m谩s segura.

En resumen: Los protocolos PoW empujan a los mineros a utilizar cantidades masivas de energ铆a y fomentan el uso de pools mineros, lo que hace que la blockchain est茅 m谩s centralizada en lugar de su objetivo inicial de alcanzar la descentralizaci贸n.

Los protocolos PoS tienden a ser m谩s justos que los PoW, evitando intr铆nsecamente los grandes conglomerados. Adem谩s, cada protocolo PoS (como el de Cardano con su par谩metro de saturaci贸n de stake pools) podr铆a a帽adir reglas complementarias para mitigar el predominio de los validadores que tienen demasiada influencia en la red.
El objetivo principal sigue siendo el mismo, alcanzar la descentralizaci贸n.

Escalabilidad

Los protocolos PoW han demostrado tener una gran debilidad que nos les permite alcanzar una adopci贸n masiva y no ser 煤til como sistema de pago global: La Escalabilidad.

La escalabilidad en s铆 misma consiste en tres cuestiones principales que deben ser resueltas:

  • Transacciones por segundo (TPS).
  • Ancho de banda de la red.
  • Almacenamiento.

Las TPS son las m谩s obvias, y aqu铆 s贸lo nos centraremos en este aspecto.
La premisa b谩sica es simple: para que una criptomoneda se convierta en un sistema de pago global, debe ser capaz de manejar muchas TPS.

Como comparaci贸n, mientras el sistema Visa puede procesar hasta 5000 TPS. Bitcoin s贸lo permite hasta 7 TPS.

Durante la 鈥渂urbuja cripto鈥 de finales de 2017, el enorme aumento de los vol煤menes de transacciones de Bitcoin mostr贸 la debilidad del protocolo. Se necesitaron d铆as para que alguna transacci贸n fuera validada e insertada en la blockchain. El potencial de adopci贸n de Bitcoin est谩 actualmente atascado por su escalabilidad.

Algunos proyectos desarrollaron protocolos (como Ouroboros de Cardano) que resuelven esto adoptando PoS en lugar de PoW.
Como hemos visto, el protocolo PoS de Cardano no se trata de que todos compitan produciendo nuevos bloques. En su lugar, la red elige algunos nodos para acu帽ar los siguientes bloques; esos nodos se llaman 鈥渓铆deres de slot鈥.
Para que todo esto funcione, Cardano divide el tiempo en epochs (ciclos) y 茅stos en slots (intervalos).
La red entonces elige un l铆der de slots para cada slot, y este es el 煤nico que puede producir el bloque para ese slot en particular.
Los l铆deres de slots capturan las nuevas transacciones, las verifican y luego las colocan dentro de un nuevo bloque.
Esta t茅cnica hace que Cardano sea altamente escalable porque el protocolo podr铆a aumentar el n煤mero de slots por epoch, y encima podr铆a ejecutar m煤ltiples epochs en paralelo si fuera necesario.

El director del Laboratorio de Blockchain de la Universidad de Edimburgo, Aggelos Kiayias, dice que el protocolo de escalabilidad de Cardano, Ouroboros Hydra, permitir铆a un n煤mero casi infinito de TPS, lo que romper铆a la principal barrera actual para la adopci贸n masiva de las criptomonedas.

Ataque del 51%

Otro problema que puede ocurrir en un sistema basado en blockchain es el del 51%, es decir, cuando uno compra, posee o tiene el control de la mayor铆a de los tokens y la participaci贸n en la red. Entonces puede manipularlo eficazmente permitiendo y aprobando transacciones falsas.
Esto se llama el ataque del 51%, y tambi茅n se discute como un punto d茅bil de los algoritmos PoW.

Si un solo minero o grupo de mineros puede obtener el 51% del poder de hash, pueden controlar y manipular efectivamente la blockchain.

Por otra parte, en PoS lograr este ataque es muy improbable, pero depende del valor global de una criptomoneda.
Si Bitcoin cambiara al sistema PoS en Junio de 2020, entonces adquirir el 51% de todas las monedas costar铆a m谩s de 85.000 millones de d贸lares. Por lo tanto, el ataque del 51% es menos probable que ocurra con PoS.
Mientras tanto, alcanzar el 51% de ADA 鈥渟贸lo鈥 costar铆a poco m谩s de 3.000 millones de d贸lares鈥 Eso deja a los j贸venes proyectos PoS particularmente d茅biles en sus primeras fases de desarrollo.

驴C贸mo aborda Cardano esos temas?

En resumen: el consenso basado en PoS aborda algunas cuestiones respecto a PoW, pero tambi茅n conlleva algunos riesgos adicionales que deben ser evaluados, comprendidos y mitigados.

Desde el principio, los equipos de Cardano trabajaron en esa direcci贸n para respaldar las principales cuestiones identificadas cuando se ejecutaba un protocolo PoS y para superarlas.
Para ello, Cardano utiliz贸 un enfoque diferente al de otros proyectos cripto porque se basa en papers revisados por pares. En otras palabras, un enfoque acad茅mico.

As铆 que en lugar de escribir un white paper e implementarlo directamente en c贸digo, el equipo de Cardano se asegur贸 de que los expertos de todo el mundo lean sus papers, los mejoren y est茅n de acuerdo con el resultado. Eso asegura la calidad y la robustez del protocolo, pero tambi茅n conlleva mucho tiempo, lo cual est谩 relacionado con la etiqueta de 鈥渟iempre retrasado鈥 que se le adosa al proyecto Cardano.

Durante las diferentes fases de prueba, los equipos de desarrollo llevaron a cabo sus investigaciones y demostraron ser capaces de abordar la mayor铆a de las cuestiones planteadas anteriormente.
Para el lanzamiento de Shelley (verano de 2020), la mayor铆a de los par谩metros han sido probados y determinados con el fin de aportar la mayor seguridad posible a la red.
Adem谩s, todos esos par谩metros son ajustables en el tiempo y dar谩n al protocolo toda la autonom铆a necesaria para su evoluci贸n y adaptaci贸n a las necesidades futuras: descentralizaci贸n, seguridad, integridad y escalabilidad.


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