Traducción al español 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 artículo, explicaremos en qué consisten los protocolos Prueba de Participación (PoS), y trazaremos una comparativa con el funcionamiento de los ya conocidos protocolos Prueba de Trabajo (PoW).
Los protocolos PoW actualmente alimentan la mayoría de los criptoproyectos como Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dash, etc.
Este artículo nos ayudará a entender mejor por qué los algoritmos de consenso PoS parecen tener un futuro más brillante que los PoW en el cripto-ecosistema, y por qué Cardano decidió desarrollar su propio protocolo a medida; Ouroboros.
Las bases
Bitcoin utiliza enormes cantidades de energía para asegurar su red. ¿Pero por qué consume toda esta energía y cuáles podrían ser las alternativas?
La extracción de nuevos bitcoins y la seguridad de la red requieren mucha potencia de cálculo debido a su algoritmo llamado “Prueba de Trabajo” (PoW).
El algoritmo PoW de Bitcoin funciona haciendo que todos los nodos de la red resuelvan el mismo rompecabezas criptográfico.
Los nodos que resuelven el rompecabezas se denominan mineros, y el primero en encontrar la solución obtiene la recompensa; una cierta cantidad de Bitcoin(s) (número que disminuye cada 4 años después de una “reducción a la mitad”).
En 2011 un usuario del foro de Bitcointalk llamado QuantumMechanic propuso una técnica que denominó “Prueba de Participación” (PoS).
La idea consideraba que era un despilfarro permitir que todo el mundo utilice la potencia de los ordenadores para competir entre sí con la minería para asegurar la red.
En su lugar, PoS utiliza un proceso de elección en el que se elige al azar un nodo para validar el siguiente bloque.
El PoS no tiene mineros sino “validadores”, y no permite a la gente “minar” bloques sino “acuñar” o “producir” 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 cuestión (lo que puede considerarse como un depósito de seguridad).
Si se elige un nodo para validar el siguiente bloque, éste verificará la validez de todas las transacciones dentro del bloque.
Si todo se verifica, el nodo firma el bloque y lo añade a la blockchain; ha producido un nuevo bloque.
Como recompensa, el nodo recibe la totalidad o una fracción de los honorarios asociados a cada transacción, dependiendo del protocolo PoS.
El tamaño de la participación determina las posibilidades de que se elija un validador para acuñar el siguiente bloque. Cuantos más tokens haya participado en la red, más posibilidades tendrá 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 más justo que los protocolos PoW.
De hecho, con el PoW las grandes entidades/granjas mineras pueden beneficiarse de las economías de escala.
El precio que pagan por el equipo de minería y la electricidad no sube linealmente. En su lugar, cuanto más compren, mejores precios pueden obtener.
Fuente: 3IQ Research Group
El consumo de energía
Los protocolos PoW ofrecen más recompensas a los mineros más avanzados y mejor equipados. Cuanto más alta sea su tasa de hash (potencia de computación), mayor será su oportunidad de crear el siguiente bloque y recibir la recompensa.
Si los mineros quieren aumentar aún más sus posibilidades, deben reunirse en lo que se llama “pools mineros”. Haciendo esto, combinan sus tasas de hash y distribuyen la recompensa uniformemente a todos los que están en dicho pool.
Esto ha llevado a una carrera en la que las empresas estructuradas sustituyeron la construcción de los primeros nodos DIY por la creación de granjas mineras cada vez más grandes, equipadas con dispositivos mineros dedicados (como los ASICs).
Según Digiconomist, sólo los mineros de Bitcoin utilizan unos 60 TWh de electricidad, suficiente para abastecer de energía a todo un país como Grecia (11 millones de habitantes).
Fuente: Digiconomist (Junio 2020)
Así que las diferencias entre PoW y PoS son bastante importantes.
PoS no funciona minando nuevos bloques, así que no hay competencia entre validadores, y no hay carrera por la potencia de computación. Por lo tanto, utiliza considerablemente menos energía.
Como ejemplo y de acuerdo con Charles Hoskinson, CEO de IOHK, toda la blockchain de Cardano podría ser alimentada con sólo 10 kW (energía necesaria para pocas casas) lo que disminuiría el consumo de energía un millón de veces en comparación con la blockchain de Bitcoin.
Descentralización
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 así 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, tendrían una participación mayoritaria en la red y podrían empezar a aprobar transacciones fraudulentas. La blockchain en cuestión perdería instantáneamente toda su credibilidad y sería 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 inversión en costosos equipos de minería y, por lo tanto, PoS alienta a más personas a establecer un nodo, lo que hace que la red sea más descentralizada y también más segura.
En resumen: Los protocolos PoW empujan a los mineros a utilizar cantidades masivas de energía y fomentan el uso de pools mineros, lo que hace que la blockchain esté más centralizada en lugar de su objetivo inicial de alcanzar la descentralización.
Los protocolos PoS tienden a ser más justos que los PoW, evitando intrínsecamente los grandes conglomerados. Además, cada protocolo PoS (como el de Cardano con su parámetro de saturación de stake pools) podría añadir 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 descentralización.
Escalabilidad
Los protocolos PoW han demostrado tener una gran debilidad que nos les permite alcanzar una adopción masiva y no ser útil como sistema de pago global: La Escalabilidad.
La escalabilidad en sí 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 más obvias, y aquí sólo nos centraremos en este aspecto.
La premisa básica es simple: para que una criptomoneda se convierta en un sistema de pago global, debe ser capaz de manejar muchas TPS.
Como comparación, mientras el sistema Visa puede procesar hasta 5000 TPS. Bitcoin sólo permite hasta 7 TPS.
Durante la “burbuja cripto” de finales de 2017, el enorme aumento de los volúmenes de transacciones de Bitcoin mostró la debilidad del protocolo. Se necesitaron días para que alguna transacción fuera validada e insertada en la blockchain. El potencial de adopción de Bitcoin está 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 acuñar los siguientes bloques; esos nodos se llaman “líderes de slot”.
Para que todo esto funcione, Cardano divide el tiempo en epochs (ciclos) y éstos en slots (intervalos).
La red entonces elige un líder de slots para cada slot, y este es el único que puede producir el bloque para ese slot en particular.
Los líderes de slots capturan las nuevas transacciones, las verifican y luego las colocan dentro de un nuevo bloque.
Esta técnica hace que Cardano sea altamente escalable porque el protocolo podría aumentar el número de slots por epoch, y encima podría ejecutar múltiples 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, permitiría un número casi infinito de TPS, lo que rompería la principal barrera actual para la adopción 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 mayoría de los tokens y la participación en la red. Entonces puede manipularlo eficazmente permitiendo y aprobando transacciones falsas.
Esto se llama el ataque del 51%, y también se discute como un punto débil 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 costaría más de 85.000 millones de dólares. Por lo tanto, el ataque del 51% es menos probable que ocurra con PoS.
Mientras tanto, alcanzar el 51% de ADA “sólo” costaría poco más de 3.000 millones de dólares… Eso deja a los jóvenes proyectos PoS particularmente débiles en sus primeras fases de desarrollo.
¿Cómo aborda Cardano esos temas?
En resumen: el consenso basado en PoS aborda algunas cuestiones respecto a PoW, pero también conlleva algunos riesgos adicionales que deben ser evaluados, comprendidos y mitigados.
Desde el principio, los equipos de Cardano trabajaron en esa dirección para respaldar las principales cuestiones identificadas cuando se ejecutaba un protocolo PoS y para superarlas.
Para ello, Cardano utilizó un enfoque diferente al de otros proyectos cripto porque se basa en papers revisados por pares. En otras palabras, un enfoque académico.
Así que en lugar de escribir un white paper e implementarlo directamente en código, el equipo de Cardano se aseguró de que los expertos de todo el mundo lean sus papers, los mejoren y estén de acuerdo con el resultado. Eso asegura la calidad y la robustez del protocolo, pero también conlleva mucho tiempo, lo cual está relacionado con la etiqueta de “siempre retrasado” 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 mayoría de las cuestiones planteadas anteriormente.
Para el lanzamiento de Shelley (verano de 2020), la mayoría de los parámetros han sido probados y determinados con el fin de aportar la mayor seguridad posible a la red.
Además, todos esos parámetros son ajustables en el tiempo y darán al protocolo toda la autonomía necesaria para su evolución y adaptación a las necesidades futuras: descentralización, seguridad, integridad y escalabilidad.
Proof of Africa [PROOF] es un stake pool que estimula la adopción en África.
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