Autor: Richard Red, colaborador Decred.
Un mecanismo de consenso en Blockchain sirve para asegurar que exista acuerdo entre los participantes respecto al estado actual de la red. El mecanismo de consenso determina quién puede agregar nuevos bloques de transacciones y uno de sus principales objetivos es garantizar que la cadena no se reescriba ni se altere.
Prueba de trabajo consensuada
Las cadenas de bloques con un mecanismo de consenso puro de Prueba de Trabajo (PoW), como Bitcoin, solo pueden tener nuevos bloques agregados por mineros, que invierten en equipos potentes para ser más eficientes al tratar de adivinar la respuesta a problemas matemáticos. Cada vez que un minero adivina una respuesta válida, puede construir un bloque permitido por la red. Si bien los mineros pueden elegir cualquier cadena para minar, la red solo aceptará la cadena que tenga la mayor acumulación de Prueba de trabajo (por ejemplo, la mayoría de los hashes o conjeturas) como la cadena legítima. Esto significa que los mineros están incentivados a minar en la cadena más larga, y cuando ven un nuevo bloque válido, intentan encontrar la respuesta al problema matemático del siguiente bloque, lo que les permite construir sobre el anterior.
La dificultad de reescribir la cadena de bloques es lo que hace posible que la red funcione como un libro de contabilidad para transacciones financieras. Cuando una transacción aparece en un bloque, envía monedas a una billetera, y se han creado varios bloques encima de ese bloque (confirmaciones), resulta poco probable que el bloque (y la transacción) puedan reescribirse o cambiarse.
Si una entidad u organización tiene suficiente poder de hash (poder de procesamiento) para superar la "cadena honesta", puede reescribir (o reorganizar) la cadena de bloques extrayendo un bloque "antiguo" en lugar del más nuevo. Aquí hay una descripción simple de este tipo de ataque, mejor conocido como ataque del 51%: el atacante realiza una transacción en el bloque X a la billetera de un corredor y luego comienza a extraer una cadena paralela de forma privada (estos bloques no se transmiten a la red). ). Una vez superado el número requerido de confirmaciones, el atacante cambia sus monedas por otras y luego retira estos activos. Cuando el corredor completa el proceso de retiro, libera la cadena paralela, y si tiene mayor PoW (bloques) que la cadena original, la red la aceptará como la cadena legítima y el historial representado por la cadena original (incluido el depósito del atacante). ) desaparecerá. De esta forma, el atacante podrá volver a gastar las mismas monedas.
Dado que los mineros son las únicas entidades que tienen el poder de agregar bloques directamente a la cadena en criptomonedas basadas puramente en PoW, esto les otorga un papel importante en la gobernanza de la red. Por lo tanto, para que se adopte cualquier cambio en las reglas de consenso de la red, es necesario contar con el apoyo de la mayor parte del poder de hash existente. Los “Soft Forks” requieren que suficientes mineros reconozcan un nuevo conjunto de reglas para que los usuarios puedan esperar que sus transacciones se procesen adecuadamente y se incluyan en bloques. Los "Hard Forks" dividen la red en dos partes y, según la regla comúnmente aceptada de que "la cadena con el PoW más alto es la cadena correcta a seguir", los mineros elegirán cuál es la cadena legítima.
Prueba de participación de consenso
El consenso de prueba de participación (PoS) es un método alternativo que se utiliza para decidir quién puede agregar nuevos bloques y verificar el estado actual de la cadena de bloques. En lugar de que los mineros compitan para resolver problemas matemáticos, en el caso de PoS, el siguiente constructor de bloques se determina mediante un proceso basado en la cantidad de monedas contenidas en las billeteras (o "apuestas"). Este proceso cree que aquellos usuarios con más en juego tomarán decisiones más responsables para mantener la integridad de la red.
El mecanismo de consenso PoS elimina la necesidad de una minería extremadamente costosa desde el punto de vista energético, pero esta falta de gasto energético crea otro problema, a veces llamado "nada en riesgo". En el caso de una cadena bifurcada, los falsificadores de PoS (“forjar” suele ser un sustituto de “mío”) están incentivados a minar en ambas cadenas, porque cuesta muy poco hacerlo en una cadena adicional y pueden recolectar recompensas en ambas. cadenas. Y esto es un problema para la red, porque supuestamente solo debería existir una única cadena y acordar su estado actual es el propósito del mecanismo de consenso.
PoS tiene un problema adicional cuando se trata de distribución de tokens. Los mineros PoW tienen costos significativos (como equipos y electricidad) y generalmente venden una gran parte de sus monedas extraídas para cubrir los costos operativos. Como resultado, muchas monedas extraídas terminan estando disponibles para su compra en el mercado, en lugar de ser acumuladas por los mineros. Los falsificadores de PoS tienen un coste operativo muy bajo, por lo que no necesitan vender las monedas que reciben como recompensa por mantener la red. Los usuarios más ricos que ingresan al proceso PoS tienden a aumentar su participación en el porcentaje de monedas en circulación, esto sucede porque cobran recompensas en bloque y tarifas de transacción de los usuarios de la red. Todo este proceso se ha comparado con el feudalismo, según el cual la red es propiedad de los poseedores de moneda y está operada por ellos, lo que hace que los usuarios paguen alquiler por su uso. Generalmente hay un número de corte, donde estar por debajo hace imposible participar en el proceso de PoS.
Punto de venta/PoW híbrido
El objetivo de los sistemas híbridos de Prueba de trabajo y Prueba de participación es capturar los beneficios de los respectivos sistemas y utilizarlos para equilibrar las debilidades de cada uno. Decred es una de las pocas criptomonedas que utiliza PoW y PoS de forma reconocible y las une para producir un mecanismo de consenso híbrido o multifactorial.
Las “Masternode Coins” también son, en algunos aspectos, híbridas, ya que tienen un componente PoW reconocido que desempeña un papel similar en el caso de Bitcoin, y una función adicional para nodos especiales. Por lo general, existe el requisito de que estos nodos especiales tengan una cierta cantidad de criptomonedas como garantía, lo que demuestra que se puede confiar en que actuarán en el mejor interés de la red, algo muy similar al razonamiento detrás de la Prueba de participación. Dash es una moneda de masternode y se refiere a este modelo como Prueba de servicio. Este artículo se centrará en los híbridos con un componente de Prueba de participación y no considerará la variedad de monedas que emulan masternodes o Prueba de servicio.
El componente PoW de Decred funciona de manera similar a otros proyectos basados en PoW y utiliza la función Hash Blake-256. El componente PoS de Decred y la forma en que se inserta en la cadena es bastante único y merece una explicación más detallada.
Para participar en el proceso de Prueba de participación de Decred, los titulares deben "bloquear" sus monedas para comprar boletos (o boletos). El precio de un billete individual se fija mediante un mecanismo de mercado, en el que el sistema apunta, según un número definido de billetes (40.960) - si hay más que el número objetivo, el precio sube, si hay menos, disminuye. Cuando alguien compra un boleto, las monedas utilizadas en esa compra se bloquean (haciendo imposible gastarlas) hasta que sus boletos sean llamados para votación pseudoaleatoria, o hasta que caduquen después de aproximadamente 142 días. Esto introduce un costo de oportunidad para PoS, diseñado para garantizar que los votantes estén "en su propia piel" y actúen en el mejor interés de la red.
Los participantes de PoS (también conocidos como votantes o titulares) tienen tres roles distintos que desempeñar: votar en bloque, votar por cambios en las reglas de consenso y votar por la gestión de proyectos utilizando el sistema de propuestas Politeia. El primero de ellos, la “votación en bloque”, es la forma en que los votantes del PoS se involucran más directamente en el mantenimiento del consenso.
Votación en bloques
Cuando un minero PoW encuentra un bloque válido, lo transmite a la red, pero para que ese bloque se considere verdaderamente válido, debe incluir votos de al menos 3 a 5 tickets seleccionados al azar. Los votantes de PoS mantienen sus billeteras abiertas y listas para responder con votos cuando se solicitan sus boletos (o pueden contratar a un proveedor de servicios de votación (VSP) para votar en su lugar). Cuando un boleto PoS es llamado a votar y responde, su propietario recibe una recompensa.
Cuando se solicitan tickets, votan para aceptar o rechazar transacciones regulares del bloque más reciente. Los nodos de la red no reconocerán un nuevo bloque como válido hasta que tenga al menos 3 votos. Si la mayoría de los tickets llamados a votación rechazan las transacciones del bloque anterior, serán devueltos al mempool (memoria del pool de minería). Estas transacciones regulares incluyen la recompensa del minero PoW, pero no la recompensa del votante PoS.
Por lo tanto, los votantes de PoS tienen el poder de retirar las recompensas de los mineros sin afectar sus propias recompensas. Esto limita el poder de los mineros de PoW para vetar cambios en las reglas de consenso de la red, que son votadas por las partes interesadas. De hecho, los votantes de PoS pueden rechazar cualquier tipo de comportamiento indeseable que exhiban los mineros simplemente adoptando la política de votar "no" cuando se detecta un comportamiento malicioso o ineficiente, evitando que los mineros malos escriban transacciones y reciban recompensas.
Esta capa de verificación de PoS aumenta significativamente la seguridad de la red y la resistencia contra ataques mayoritarios (como el Ataque del 51%). El método común para llevar a cabo un ataque de doble gasto es reescribir la cadena de bloques extrayendo una cadena alternativa en secreto, liberándola después de un cierto período de tiempo y aprovechando la anulación de transacciones en la cadena "antigua" (por ejemplo, gastar el doble de su entradas). Debido a que los bloques Decred requieren entradas de tickets seleccionadas al azar para ser considerados válidos, y los mineros PoW no pueden construirlos hasta que hayan recibido la entrada, no es posible que los mineros PoW extraigan en secreto a menos que también controlen una proporción significativa de los tickets existentes (ver estos artículos).
El diseño híbrido de PoW/PoS aumenta significativamente los costos de atacar una red porque hay dos sistemas distintos que el atacante debe evitar. En particular, el componente PoS está configurado de tal manera que los billetes sólo se pueden adquirir lentamente. Se puede comprar una cantidad limitada de boletos en cada bloque/espacio, y comprar la cantidad máxima hace que el precio aumente drásticamente. Además, una vez adquiridos estos billetes, los fondos utilizados para comprarlos quedarán bloqueados durante un tiempo, dejando al atacante expuesto a cualquier devaluación de sus monedas, que se verían directamente afectadas como consecuencia de un ataque.
El requisito de que cada bloque sea votado por titulares seleccionados al azar significa que la cadena de bloques debe compartirse con todos los participantes a medida que se extrae, lo que aumenta la seguridad de la red. El sistema híbrido de Decred está diseñado para otorgar también a sus titulares poder sobre los mineros PoW.
Votar por el cambio de consenso
Decred se propuso desde el principio convertir a los titulares de PoS en una fuerza de toma de decisiones dominante en la gobernanza de blockchain. En las reglas de consenso está escrito un procedimiento de actualización mediante el cual cualquier cambio en las reglas de consenso de la red solo se puede implementar después de pasar por un proceso de votación. Sólo se podrán realizar cambios si son aprobados por al menos el 75% de los votos. Este proceso comienza cuando una cierta proporción de mineros (95%) y votantes (75%) ejecutan software actualizado con los últimos cambios en las reglas. Si la propuesta tiene un apoyo del 75% después de un período de votación de 4 semanas, será aceptada. En caso contrario será rechazado, y si no tiene la mayoría necesaria se iniciará una nueva votación. Si se acepta una propuesta, el cambio de reglas se activará un mes después.
Proyecto de Gestión: Politeia
Las recompensas en bloque decretadas se dividen entre los mineros PoW (60%), los votantes PoS (30%) y un "ahorro" (10%) para financiar el desarrollo de software de código abierto que promueva los objetivos del proyecto. Los poseedores de boletos tienen la soberanía de votar sobre cómo se debe gastar este fondo, qué características se deben agregar y determinar políticas a través de la plataforma Politeia.
Consideraciones finales
Dado que los votantes de PoS reciben el 30% de las recompensas de un bloque, no pueden simplemente quedarse con sus apuestas. La mayoría de las DCR recién extraídas van a los mineros PoW a cambio del papel que desempeñan en la seguridad de la red, evitando el problema de "nada en riesgo" que tienen los sistemas PoS puros. Por lo general, los mineros tendrían que vender una parte importante de las recompensas que reciben para cubrir sus costos operativos, asegurando que una buena cantidad de DCR esté disponible en el mercado.
La cadena de bloques Decred presenta una arquitectura única y es uno de los ejemplos más notables de un sistema híbrido PoW/PoS. De la misma manera que los proyectos de consenso PoS son un grupo general con variaciones significativas, los proyectos futuros que implementen enfoques híbridos PoW/PoS también serán únicos y no necesariamente seguirán el marco Decred.