Autor: Colaborador declarado, Richard Red
El mecanismo de consenso de blockchain se utiliza para garantizar un acuerdo entre los participantes sobre el estado actual de blockchain. El mecanismo de consenso determina qué nodos pueden agregar nuevos bloques de transacciones y uno de sus principales objetivos es garantizar que la cadena de bloques no se reescriba.
Consenso de prueba de trabajo (POW)
Las cadenas de bloques con consenso de prueba de trabajo (como Bitcoin) solo pueden ser creadas por mineros, quienes implementan hardware y descubren cómo resolver eficientemente un problema matemático específico. Cada vez que un minero completa una suposición válida, la red blockchain puede aceptar el bloque que construyó. Si bien los mineros pueden elegir cualquiera de las cadenas para realizar cálculos, la red solo acepta como legítima la cadena con la mayor cantidad de pruebas de trabajo (es decir, la mayor cantidad de hashes o cálculos). Esto significa que los mineros están incentivados a minar en la cadena más larga, y cuando descubren un nuevo bloque que es válido, intentarán encontrar una solución sobre cómo construir sobre el nuevo bloque.
La dificultad de reescribir la cadena de bloques radica en su papel como libro de contabilidad para registrar las transacciones financieras. Cuando una transacción que envía fondos a una billetera aparece en un bloque y se han creado otros bloques (confirmados) encima de ese bloque, no será posible reescribir el bloque (transacción).
Si una entidad controla suficiente poder de hash para atacar la "cadena real", puede reescribir (o reconstruir) la cadena de bloques reconstruyendo bloques "antiguos" para reemplazar los bloques más recientes. A continuación se ofrece una breve descripción de este tipo de ataque, también conocido como ataque del 51%:
El atacante primero deposita fondos en el intercambio, la transacción se registra en el bloque X y luego comienza a construir otra cadena paralela por su cuenta (sin transmitir el bloque a la red). Cuando se alcanza el número requerido de confirmaciones para la transacción de depósito, el atacante convertirá los tokens a otras monedas y los retirará del intercambio. Cuando se completa la transacción de retiro, el atacante libera una cadena paralela construida independientemente, y si esta cadena de bloques tiene más PoW (bloques) que la cadena original, la red la aceptará como una cadena legítima, mientras que la cadena de bloques original ((que contiene el transacción de recarga) se convertirá en una versión histórica y desaparecerá. El atacante podrá entonces volver a utilizar los tokens.
Dado que los mineros son las únicas entidades que pueden agregar bloques directamente a la cadena de bloques en criptomonedas tipo PoW, esto les otorga un papel importante en la gobernanza. Si es necesario modificar las reglas de consenso en la red blockchain, deben estar respaldadas por la mayoría de los ejemplos de cálculo hash. Una "bifurcación suave" requiere que suficientes mineros vuelvan a identificar las nuevas reglas de consenso para que los usuarios puedan realizar transacciones y esperar que sus transacciones se procesen correctamente y que los datos de las transacciones se empaqueten en bloques. Una "bifurcación dura" dividirá la red blockchain original en dos partes, y la mayoría de los mineros aceptarán que "la cadena PoW es la cadena correcta" y los mineros tendrán derecho a decidir qué cadena se considera legítima.
Consenso de prueba de participación (POS)
El consenso de prueba de participación es otro método para decidir qué mineros pueden agregar nuevos bloques y verificar el estado actual de la cadena de bloques. Resolver el problema mediante prueba de participación, en lugar de competencia entre mineros, determina el siguiente productor de bloques a través de algún mecanismo basado en la cantidad de tokens (o "participación") en la billetera. El proceso de consenso se basa en el principio de que aquellos con más intereses tomarán decisiones responsables y razonables para toda la red.
El consenso de prueba de participación elimina la necesidad de actividades mineras que consumen mucha energía, pero la falta de un gasto energético significativo crea otro problema, a veces llamado "irrelevancia". Tomemos como ejemplo las bifurcaciones, a menudo se utilizan POS falsos (en lugar de "forjar"). "minería") se extraerá en ambas cadenas por separado, porque el costo de crear otra cadena es muy pequeño, por lo que pueden obtener ganancias en ambas cadenas al mismo tiempo. Este es un problema para las redes blockchain, porque el propósito del mecanismo de consenso es reconocer solo que existe una cadena legítima y solo reconocer el estado de la cadena legítima.
La prueba de participación tiene otros problemas con la distribución de tokens. Los mineros PoW tienen costos elevados (hardware, electricidad) y normalmente necesitan vender una gran parte de los tokens que extraen para cubrir estos costos. Por lo tanto, muchas monedas extraídas se pueden comprar en el mercado y los mineros no las acumulan. El costo de falsificar la prueba de participación es muy bajo y no necesitan vender los tokens que obtienen para mantener las operaciones de la red. Los grandes accionistas que participan en la prueba de participación tienden a aumentar su proporción de tokens en circulación porque recaudan grandes cantidades de recompensas y tarifas de transacción de los usuarios de la red. Esto se ha comparado con el feudalismo, donde la red es propiedad de grandes poseedores de tokens y está controlada por ellos, y los usuarios deben pagarles tarifas por su uso. En POS, generalmente se establecen algunas restricciones para que los usuarios comunes no puedan participar directamente en el consenso de prueba de participación.
PoW/PoS híbrido
El objetivo de un sistema híbrido de prueba de trabajo y prueba de participación es combinar las fortalezas de ambos y equilibrar las debilidades de cada uno. Decred es una de las pocas criptomonedas que utiliza una combinación de mecanismos de consenso PoW y PoS, y los integra para producir un mecanismo de consenso híbrido y multifactor.
En cierto sentido, las "monedas Masternode" también son mecanismos híbridos en el sentido de que tienen un componente de prueba de trabajo reconocible que desempeña una función similar a Bitcoin, con la función adicional de un nodo especial. Estos nodos especiales también suelen tener una cierta cantidad de tokens como garantía para demostrar que se puede confiar en ellos y que son lo mejor para la red, similar a un mecanismo de prueba de participación. Dash es el token de masternode original y llama a este modelo Prueba de servicio. Este artículo se centra en componentes con prueba de participación híbrida, por lo que no analizará la gama de tokens teniendo en cuenta los tokens de masternode o la prueba de servicio.
El componente PoW de Decred es similar a otros proyectos basados en PoW y utiliza la función hash Blake-256. El componente PoS de Decred y cómo construye una cadena de bloques es bastante único y merece una explicación más detallada.
Para participar en la prueba de participación de Decred, los titulares deben bloquear su DCR y comprar "boletos". El precio de los billetes individuales se fija mediante un mecanismo similar al de mercado, en el que el sistema pretende obtener un determinado número de billetes (40.960): si se supera el número objetivo, el precio aumenta; si no se alcanza el número, el precio disminuye. Cuando un usuario compra un boleto, el DCR que usa está bloqueado (es decir, no puede gastarlo) y el período de bloqueo dura hasta que su boleto sea votado mediante una llamada de función pseudoaleatoria, o hasta que caduque en aproximadamente 142 días. Esto crea un costo de oportunidad para el mecanismo PoS, una forma de garantizar que los votantes de PoS tengan una oportunidad justa en el juego y actúen en el mejor interés de la red.
Los participantes de PoS (también conocidos como votantes o partes interesadas) pueden desempeñar tres roles diferentes: negarse a votar, votar sobre cambios en las reglas de consenso y votar sobre la gobernanza a nivel de proyecto utilizando el sistema de calificación Politeia. El primer rol, "negarse a votar", es la forma más directa para que los votantes del PoS participen en el mantenimiento del consenso.
Votar en el bloque
Cuando los mineros de PoW encuentran un bloque válido, lo transmiten en la red y, para que el bloque se considere válido, debe tener al menos 3 de los 5 votos seleccionados al azar. Los votantes de PoS deben mantener sus billeteras abiertas y deben confirmar su asistencia (o tener un proveedor de servicios de votación que los represente) cuando se convoca a sus votos. Cuando un determinado ticket POS sea llamado para votar y responder, su propietario recibirá la recompensa.
Cuando se llaman los tickets, votan sobre las transacciones regulares del bloque anterior, eligiendo aceptarlas o rechazarlas. Los nodos de la red no considerarán válido un nuevo bloque hasta que reciba al menos 3 votos. Si la mayoría de los boletos se niegan a votar por la transacción en el bloque anterior, serán devueltos al mempool. Estas transacciones regulares incluyen recompensas para los mineros de PoW, pero no para los votantes de PoS.
Por lo tanto, los votantes de PoS tienen derecho a privar a los mineros de sus recompensas sin afectar sus propias ganancias. Esto limita el poder de los mineros PoW y les impide alterar las reglas de consenso de la red, que deben ser votadas por las partes interesadas. De hecho, cuando se detecta un comportamiento malicioso o ineficiente, los votantes de PoS pueden "vetar" estos comportamientos maliciosos de los mineros mediante el uso de votos. De esta manera, se evita que los mineros maliciosos de PoW alteren las transacciones y obtengan recompensas ilegales.
Esta capa de verificación de PoS puede mejorar significativamente la seguridad de la red y proteger contra la mayoría de los ataques. El método común utilizado en la mayoría de los ataques de doble gasto es sobrescribir la cadena de bloques reemplazando la cadena existente con minería privada y sigilosa, luego publicarla algún tiempo después e invalidar las transacciones en la cadena "antigua" (es decir, pueden realizar un pago doble). ). Dado que los bloques Decred requieren una entrada de tickets seleccionados al azar para ser considerados válidos, y los mineros PoW no pueden construir bloques hasta que se reciba esta entrada, es imposible para los mineros PoW minar en secreto a menos que también controlen la mayoría de los tickets (consulte el artículo a continuación). .
El diseño de un mecanismo híbrido PoW/PoS puede aumentar significativamente el coste de los ataques a la red porque los atacantes deben eludir dos sistemas independientes al mismo tiempo. Especialmente si el componente PoS está configurado para adquirir boletos lentamente. Solo se puede comprar una cantidad limitada de boletos por bloque, y la compra de una gran cantidad de boletos provocará un fuerte aumento en el precio. Además, una vez que es necesario comprar los boletos, los fondos utilizados para comprarlos se bloquean, bloqueando los fondos del atacante para el ataque y exponiéndolos al riesgo de devaluación.
Hacer que las partes interesadas seleccionadas al azar voten en cada bloque significa que la cadena de bloques debe compartirse con los nodos donde todos los participantes extraen, mejorando así la seguridad de la red. El mecanismo híbrido de Decred está diseñado para brindar a las partes interesadas poder más allá de los mineros PoW.
Votación de modificación por consenso
Decred decidió desde el principio convertir a las partes interesadas en PoS en la fuerza de toma de decisiones dominante en la gobernanza de blockchain. Modificar o redactar reglas de consenso requiere un proceso de actualización de aprobación, mediante el cual las reglas de consenso de la red solo se pueden modificar después de una votación. Y sólo se podrán realizar cambios si al menos el 75% de los votos está de acuerdo. El proceso comienza si un cierto porcentaje de mineros (95%) y votantes (75%) ejecutan software actualizado y realizan posibles cambios en las reglas. Si la propuesta de enmienda recibe más del 75% de apoyo después del período de votación de cuatro semanas, se acepta; en caso contrario, se rechaza y, si el número de votos es insuficiente, la votación comienza de nuevo. Si se acepta la propuesta, las modificaciones al mecanismo de consenso se activarán al cabo de un mes.
Gestión de Proyectos: Politeia
Las recompensas en bloque de Decred se dividen en recompensas para mineros PoW (60%), recompensas para votantes PoS (30%) y Tesorería (10%), que se utiliza para financiar a los contribuyentes de software de código abierto que desarrollan el proyecto. Los titulares de entradas tienen derecho a votar sobre cómo se debe utilizar esta parte de los fondos, qué funciones se deben agregar y tomar decisiones a través de la plataforma Politeia.
Pensamientos resumidos
Dado que los votantes de PoS reciben el 30% de las recompensas en bloque, no pueden mantener su participación relativa en la circulación de DCR simplemente manteniendo las participaciones existentes. La mayor parte del nuevo DCR se obtiene extrayendo de mineros PoW, mitigando así su problema de "irrelevancia" en el sistema PoS y también desempeñando su papel en la protección de la red. Los mineros deben vender la mayoría de las recompensas que reciben para mantener sus costos operativos, por lo que este enfoque garantiza un suministro razonable de DCR en el mercado.
La cadena de bloques Decred presenta un modelo arquitectónico único y es uno de los ejemplos más conocidos de sistemas híbridos PoW/PoS. Al igual que con los cambios significativos en el mecanismo de consenso PoS en el grupo, los proyectos futuros implementados a través del mecanismo híbrido PoW/PoS también son únicos y no necesariamente seguirán el marco Decred existente.
