Puntos clave

  • Prueba de trabajo (PoW) es un mecanismo de consenso creado para evitar el doble gasto en los sistemas de pago digitales.

  • PoW es una parte importante del proceso de minería, que agrega nuevos bloques de transacciones a la cadena de bloques y crea nuevas unidades de criptomonedas.

  • Bitcoin y muchas otras criptomonedas eligen PoW como método para proteger sus redes y datos de blockchain.

Introducir

En definitiva, Proof of Work (PoW) es un mecanismo creado para evitar el doble gasto en los sistemas de pago digitales. Bitcoin y muchas otras criptomonedas eligen PoW como método para proteger sus redes y datos de blockchain. Estos mecanismos suelen denominarse algoritmos de consenso o mecanismos de consenso porque requieren que varias partes lleguen a un consenso sin tener que confiar entre sí.

La Prueba de trabajo fue el primer algoritmo de consenso que apareció y sigue siendo uno de los más importantes junto con la Prueba de participación (PoS). PoW fue introducido por Satoshi Nakamoto en el libro blanco de Bitcoin de 2008, pero la tecnología en sí se estableció mucho antes.

HashCash de Adam Back fue un ejemplo temprano de un algoritmo de prueba de trabajo en los días previos a las criptomonedas. Al exigir al remitente que realice algún trabajo computacional antes de enviar el correo electrónico, el destinatario puede reducir la recepción de spam. Esta operación computacional no cuesta casi nada para los remitentes legítimos, pero requiere muchos recursos para los remitentes masivos de correo electrónico.

¿Qué es el doble gasto?

El doble gasto o doble gasto se refiere a cuando se gasta la misma cantidad de dinero varias veces. Este término se utiliza casi exclusivamente en el ámbito de las monedas digitales, porque en la práctica sería difícil gastar un solo billete en efectivo dos veces.

Cuando pague en efectivo por una taza de café, le dará dinero al cajero para que lo guarde en la caja registradora. Pero si quieres ir a la cafetería de enfrente y seguir usando este dinero para pagar otra taza de café, es completamente imposible. Sin embargo, en los sistemas de efectivo digital esto es posible.

Al igual que usa copiar y pegar para copiar un archivo en su computadora. Puede enviar fácilmente el mismo archivo por correo electrónico a decenas de personas. Dado que la moneda digital son solo datos, debes asegurarte de evitar el riesgo de fraude de doble gasto, es decir, copiar y gastar la misma moneda en diferentes lugares. Un sistema de pago digital que no impida el fraude del doble gasto tarde o temprano colapsará.

Para comprender mejor el fraude del doble gasto, consulte Explicación del doble gasto.

¿Por qué es necesaria la Prueba de Trabajo?

Si ha leído artículos sobre la tecnología blockchain, sabrá que los usuarios de criptomonedas transmiten transacciones a la red de forma continua. Sin embargo, estas transacciones no se cuentan inmediatamente como válidas. Las transacciones son válidas cuando se confirman y se agregan a la cadena de bloques.

Por ejemplo, la cadena de bloques de Bitcoin funciona como una base de datos pública de transacciones (libro mayor) que todos los usuarios pueden ver. Para que sea más fácil de imaginar: usted y tres amigos tienen un cuaderno para realizar un seguimiento de sus transacciones de bitcoins. Siempre que alguien del grupo quiera transferir valor deberá dejar constancia de:

Alice le paga a Bob 5 BTC; Bob le paga a Carol 2 BTC,...

Sin embargo, cada vez que realice una transacción, deberá registrar el origen de los fondos de la transacción. Entonces, si Bob le paga a Carol 2 BTC, la entrada real sería la siguiente:

Bob le paga a Carol 2 BTC provenientes de la transacción anterior con Alice.

Ahora tenemos una forma de rastrear unidades de BTC. Si Bob intenta realizar otra transacción usando los mismos 2 BTC que acaba de enviarle a Carol, todos lo sabrán de inmediato y el equipo no permitirá que esta transacción se agregue al libro mayor porque esos 2 BTC ya están acreditados en la transacción inicial.

Sin embargo, este método sólo puede funcionar bien en un grupo pequeño. Con un grupo pequeño donde todos se conocen bien, es más fácil ponerse de acuerdo sobre quién debe agregar las transacciones a los libros. ¿Y si queremos un grupo de 10.000 participantes? Usar una libreta será difícil de aplicar, porque nadie quiere confiar sólo en un extraño para manejar la libreta.

Aquí es cuando entra en juego la Prueba de Trabajo. Garantiza que los usuarios no gasten dinero que no tienen derecho a gastar. Utilizando una combinación de teoría de juegos y criptografía, el algoritmo PoW permite a cualquiera actualizar la cadena de bloques de acuerdo con las reglas del sistema.

¿Cómo funciona PoW?

Imagine que el libro mayor del ejemplo anterior es una cadena de bloques. Pero en lugar de agregar transacciones una por una, las agrupamos en bloques. Anunciamos transacciones a la red y luego los generadores de bloques las incluyen en un bloque candidato. Las transacciones solo se considerarán válidas cuando el bloque candidato se convierta en un bloque confirmado, lo que significa que se ha agregado a la base de datos de blockchain.

El proceso de validar transacciones y agregar nuevos bloques se llama minería. Es caro y difícil, pero también aporta muchos beneficios. Las recompensas en bloque se generan a partir de las tarifas de transacción de los usuarios y de nuevos bitcoins creados por el protocolo.

El mecanismo de prueba de trabajo requiere que los mineros (usuarios que crean bloques) inviertan recursos como electricidad y computadoras poderosas para analizar los datos de sus bloques candidatos hasta que se encuentre una solución al rompecabezas.

Hacer hash de los datos de un bloque significa pasarlos a través de una función hash para crear una cadena hash del bloque. La cadena hash del bloque actúa como una "huella digital": es una identidad para los datos de entrada y es única para cada bloque.

En otras palabras, los mineros deben verificar y recopilar transacciones pendientes, organizarlas en un bloque candidato e introducir los datos del bloque en una función hash para crear una cadena hash válida. Si encuentran un hash válido para su bloque candidato, lo transmiten a la red, agregan el bloque a la cadena de bloques y recolectan recompensas mineras.

Cuando un minero transmite su bloque candidato y su cadena hash a la red, otros participantes de la red repiten el proceso de hash para verificar que la salida sea realmente válida.

Aunque se necesitan innumerables intentos de hash para encontrar una cadena hash válida, es difícil para cualquiera confirmar que la cadena hash generada es correcta. Simplemente envían la misma entrada (datos de bloque) a través de la función hash y verifican si la salida es la misma.

En Prueba de trabajo, debes proporcionar datos cuyo hash coincida con ciertas condiciones. Pero nadie sabe cómo lograr esas condiciones. La única forma es pasar sus datos a través de una función hash y verificar si los datos coinciden con las condiciones. De lo contrario, tendrás que cambiar un poco tus datos para obtener un hash diferente. Cambiar incluso un carácter en sus datos dará como resultado un resultado completamente diferente, por lo que no hay forma de predecir cuál podría ser el resultado.

Por lo tanto, si quieres crear un bloque, te espera un juego de adivinanzas. Por lo general, toma información sobre todas las transacciones que desea agregar y algunos otros datos importantes, luego los combina todos. Pero como su conjunto de datos no cambiará, debe agregar información que pueda cambiar. De lo contrario, siempre obtendrá el mismo hash de salida. Estos datos variables son lo que llamamos un nonce. Es un número que cambiarás con cada intento, por lo que obtendrás un hash diferente cada vez.

En resumen, la minería es el proceso de recopilar datos de blockchain y aplicarlos junto con un nonce hasta encontrar una cadena hash específica. Si encuentra una cadena hash que cumple con las condiciones establecidas por el protocolo, tendrá derecho a transmitir el nuevo bloque a la red. En este momento, otros participantes de la red actualizan su blockchain para agregar nuevos bloques.

Para las principales criptomonedas actuales, las condiciones son extremadamente difíciles de cumplir. Cuanto mayor sea la tasa de hash en la red, más difícil será encontrar un código hash válido. Esto se hace para garantizar que los bloques no se encuentren demasiado rápido.

Como se podría imaginar, intentar adivinar una gran cantidad de hashes puede resultar costoso para los recursos de su computadora. Estás desperdiciando ciclos de computación y electricidad. Pero el protocolo te recompensará con criptomonedas si encuentras una cadena hash válida.

Recapitulemos lo que sabemos hasta ahora:

  • La minería es difícil y costosa pero brinda seguridad a la red.

  • Los mineros que produzcan un bloque válido serán recompensados ​​con criptomonedas y tarifas de transacción recientemente lanzadas.

  • Generar una cadena hash válida lleva tiempo, pero otros usuarios pueden comprobar fácilmente su validez repitiendo el proceso de hash.

Sencillo es eso. ¿Pero qué pasa si haces trampa? ¿Qué le impide inyectar un montón de transacciones fraudulentas en el bloque y crear un hash válido?

Ahí es donde entra en juego la criptografía de clave pública. No entraremos en demasiados detalles en este artículo, pero veamos ¿Qué es la criptografía de clave pública? para una visión más completa. En definitiva, existen algunos trucos criptográficos que permiten a cualquier usuario verificar si alguien tiene autoridad para mover el dinero que intenta gastar.

Cuando creas una transacción, firmas con tu firma. Cualquier persona en línea puede comparar su firma con su clave pública y verificar si coinciden. También verificarán que usted realmente pueda gastar el dinero y que sus insumos totales sean mayores que sus productos totales (es decir, que no esté gastando más de lo que tiene).

Cualquier bloque que contenga transacciones no válidas será rechazado automáticamente por la red. Te saldrá muy caro si quieres hacer trampa. Desperdiciarás tus propios recursos sin ninguna recompensa.

Eso es lo bueno de la Prueba de Trabajo: te cuesta dinero si haces trampa intencionalmente, pero es rentable cuando eres honesto. Por lo tanto, cualquier minero en su sano juicio buscará un retorno de su inversión y se comportará de una manera que tenga más probabilidades de generar ingresos.

Compare dos mecanismos de consenso: prueba de trabajo (PoW) y prueba de participación (PoS)

Existen muchos algoritmos de consenso además de PoW, pero uno de los más populares es la Prueba de participación (PoS). Este concepto existe desde 2011 y se ha implementado en Ethereum y varios otros protocolos.

En el sistema Prueba de participación, los mineros son reemplazados por validadores. No hay minería involucrada ni carrera para adivinar los hashes. En cambio, los usuarios son seleccionados al azar; si son seleccionados, deben proponer (o "forjar") un bloqueo. Si el bloque es válido, recibirán una recompensa compuesta por las tarifas de las transacciones del bloque.

Sin embargo, no se puede seleccionar cualquier usuario: el protocolo lo selecciona en función de varios factores. Para ser elegible para participar, los participantes deben asegurar una participación, que es una cantidad predeterminada del capital de la cadena de bloques. Apostar es como una fianza: así como los acusados ​​aportan grandes sumas de dinero para asegurarse de no saltarse el juicio, los validadores bloquean las apuestas para garantizar que no haya fraude. Si actúan de manera deshonesta, se les quitará su participación (o parte de ella).

La Prueba de participación tiene varias ventajas en comparación con la Prueba de trabajo. La ventaja más notable es la menor huella de carbono: dado que no hay necesidad de granjas mineras de alta potencia en PoS, el consumo de electricidad es una fracción del consumido en PoW.

Sin embargo, PoS no tiene el mismo historial que PoW. Aunque pueda considerarse un desperdicio, la minería es el único algoritmo de consenso que ha funcionado eficazmente durante más de una década. Desde su lanzamiento, el PoW de Bitcoin ha asegurado transacciones por valor de billones de dólares. Para decir con certeza si PoS puede competir con su seguridad, es necesario probar adecuadamente las apuestas durante largos períodos de tiempo.

resumen

Prueba de trabajo es la solución original al problema del doble gasto y ha demostrado ser confiable y segura. Bitcoin ha demostrado que no necesitamos entidades centralizadas para evitar que el mismo dinero se gaste dos veces. Mediante el uso inteligente de la criptografía, las funciones hash y la teoría de juegos, los participantes en un entorno descentralizado pueden ponerse de acuerdo sobre el estado de una base de datos financiera.

Leer más:

  • ¿Qué es la minería de criptomonedas y cómo funciona?

  • ¿Qué es la criptografía de clave pública?

  • ¿Qué es el algoritmo de consenso Blockchain?

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