Mucha gente se ha preguntado cuál es mejor y por qué. En este artículo, repasaré algunas de las principales ventajas e inconvenientes de cada mecanismo de consenso.
Entremos en materia.
¿Qué es la prueba de trabajo (PoW)?
La prueba de trabajo es un mecanismo de consenso descentralizado introducido por primera vez por Bitcoin (BTC). Utilizaremos la red Bitcoin como ejemplo para entender el mecanismo de consenso de prueba de trabajo.
La red Bitcoin requiere esencialmente que los miembros contribuyan con poder de cómputo, como unidades de procesamiento gráfico, para resolver rompecabezas matemáticos arbitrarios, y evitar que alguien obtenga el control o manipule el sistema.
Cada transacción que se produce se valida antes de añadirse a la cadena de bloques. A continuación, cada bloque es validado por los mineros, que reciben tokens BTC como recompensa por haber realizado el "trabajo" a través de sus unidades de procesamiento. De ahí que se denomine proof-of-work (prueba de trabajo).
El mecanismo de consenso de prueba de trabajo ha superado la prueba del tiempo. Este mecanismo de consenso ha validado con éxito miles de millones de transacciones en la cadena de bloques de Bitcoin durante años y ha mantenido su autenticidad y fiabilidad como el mecanismo de consenso más seguro y descentralizado creado hasta la fecha.
¿Qué es la prueba de participación (PoS)?
Proof-of-stake (PoS) es un mecanismo de consenso utilizado en las redes blockchain creado como alternativa al método PoW para validar las transacciones.
En este mecanismo, los propietarios de criptomonedas pueden validar las transacciones en bloque en función del número de monedas que el validador apueste (en lugar de que los mineros las validen). De ahí que se denomine proof-of-stake ("stake", apuesta).
Los validadores en PoS se eligen al azar. Para convertirse en un validador, es necesario apostar una cantidad específica de tokens de criptomoneda requeridos por esa blockchain específica.
Existen múltiples variaciones de PoS, como la prueba de participación delegada (DPoS), etc. Se han desarrollado e implementado en varias redes de cadenas de bloques, pero todas funcionan de forma similar.
Cuando un bloque de transacciones está listo para ser procesado, el protocolo de la criptomoneda selecciona un validador para revisar el bloque. El validador comprueba entonces si las transacciones del bloque son totalmente correctas, y si superan las comprobaciones, el bloque se añade a la cadena de bloques.
A cambio de ello, el validador recibe una recompensa en forma de fichas de criptomoneda por su contribución.
Sin embargo, si un validador acaba proponiendo un bloque con información inexacta, pierde algunos de sus tokens apostados como penalización. Esto puede ocurrir en PoS, ya que no hay ningún hardware que resuelva los rompecabezas criptográficos (a diferencia del caso de PoW).
¿Qué mecanismo de consenso es mejor y por qué?
Tanto PoW como PoS están diseñados para ayudar a los nodos de una red blockchain a verificar todas las transacciones que se producen.
Una vez que los nodos se ponen de acuerdo sobre la validez de un bloque de transacciones, éstas se añaden a la cadena de bloques. Ambos modelos ofrecen métodos distintos para lograr el mismo resultado final.
Sin embargo, la prueba de trabajo como sistema para validar las transacciones y asegurar la red blockchain es muy superior al modelo de prueba de participación (PoS), pero tiene un coste.
A continuación, he discutido lo que hace que PoW sea un mecanismo de consenso superior cuando se compara con PoS, y los costes asociados a él.
Seguridad y autenticidad de la información
PoW es más superior que PoS desde el punto de vista de la seguridad y la autenticidad de los datos. Esto se debe al hecho de que en PoW, los datos están conectados a un historial probado de decisiones humanas, que no pueden hacer trampa en un sistema que verifica cada transacción.
Este sistema funciona con un 0% de confianza, y el 100% de las transacciones son verificadas y registradas por los participantes de la red en un libro de cuentas público.
La PoW es también un mecanismo de consenso altamente seguro porque, con el paso del tiempo, hace a la red más y más difícil, hasta el punto de hacerla inhackeable, ya que la red es supervisada constantemente por sus participantes. Estos participantes ahora tienen algo en juego (ya que necesitan "trabajar" para resolver las transacciones). Esto hace que la red sea extremadamente costosa de hackear.
Por otro lado, el mecanismo de consenso PoS es más vulnerable a hackeos y ataques.
En teoría, si un participante de la red (o un grupo de participantes) llega a poseer el 51% de las monedas apostadas, este participante (o grupo) de la red podría entonces controlar toda la blockchain y alterarla. Esto se denomina un ataque del 51%.
Nota del traductor: El ataque de 51% también es posible en PoW, si el atacante controla el 51% del poder de minado. Sin embargo, lograr el 51% de poder de minado en PoW puede involucrar una gran inversión en equipo especializado, mientras que hacerlo en PoS implica obtener la mayor cantidad de monedas apostadas, que son a su vez la recompensa por participar en las apuestas. De ese modo, el sistema PoS está casi diseñado para darle a un actor la posibilidad de realizar un ataque de 51%.
Propiedad de la red
Dado el diseño de la "minería" para obtener recompensas, el modelo PoW permite una estructura descentralizada.
Bitcoin es un gran ejemplo de ello. La red de Bitcoin está completamente descentralizada. Ninguna persona, entidad o país la controla. Es propiedad y está controlada por miles de nodos que ejecutan la red, en un sistema descentralizado y seguro, respaldado por PoW.
Por otro lado, la PoS permite una estructura más centralizada. Los participantes que pueden apostar más (a menudo los más ricos), en teoría, pueden acumular un mayor control simplemente apostando más.
Esta es una propuesta arriesgada porque si un grupo de participantes llega a tener el 51% del control, pueden alterar la cadena de bloques para beneficiarse.
¿No hemos visto ya los problemas de este tipo de sistema? Sólo hay que abrir los ojos y se verá que llevamos un tiempo viviendo en este sistema y a dónde nos ha llevado.
Alineamiento de incentivos y equidad
El modelo PoW recompensa a los mineros cuando resuelven rompecabezas matemáticos complejos: una recompensa por bloque y una parte de las tasas de transacción en algunos casos. Esto incentiva el comportamiento correcto, ya que los nodos compiten por resolver el rompecabezas para obtener la recompensa.
La red es cada vez más resistente, lo que hace que la resolución de estos rompecabezas requiera una mayor potencia de cálculo. Esto, a su vez, hace que toda la red sea más segura y más difícil de piratear o atacar.
A medida que aumenta el valor de la criptomoneda, aumenta el valor de la recompensa. Todos los mineros de la red tienen la misma oportunidad de ganar la recompensa y, al hacerlo, siguen asegurando la red y haciéndola más robusta.
Toda esta configuración incentiva el comportamiento correcto y desalienta la bifurcación, que es la creación de una blockchain alternativa cuando el protocolo se actualiza.
Nota del traductor: la bifurcación (fork) es un proceso por el cual, a partir de un bloque determinado, continuan dos cadenas de bloques en paralelo. Todos los fondos que cada dirección tenía hasta el bloque en que se bifurcó, existen en ambas cadenas, como un duplicado. La prueba de trabajo desalienta a los mineros de crear bifurcaciones porque hacerlo les costaría el tener que dividir su poder de cómputo entre ambas cadenas, perdiendo productividad.
Por otro lado, en un modelo PoS, el incentivo para obtener la recompensa es simplemente apostar más. Esto lleva al problema de la centralización, ya que los participantes apuestan más, obteniendo potencialmente un mayor control de la cadena de bloques. En una cadena de bloques no supervisada, este incentivo conduce a una mayor amenaza de seguridad con menos descentralización y más susceptibilidad a los ataques de bajo coste.
La prueba del tiempo
El modelo PoW ha resistido la prueba del tiempo. La red Bitcoin es un gran ejemplo de ello.
En los últimos 13 años, la red Bitcoin nunca ha sido hackeada o comprometida de ninguna manera o forma. Es la red más potente del mundo y ha superado la prueba del tiempo desde el punto de vista de la autenticidad, fiabilidad y seguridad de la red.
Por otro lado, los modelos de prueba de participación son relativamente nuevos y siguen en sus primeras etapas, tanto en su adopción como en su implementación. Además, existe un mayor nivel de confusión en torno a la viabilidad de algunos de estos modelos, ya que cada vez aparecen más variantes que no han sido totalmente probadas.
Consumo energético
Históricamente se ha argumentado que los modelos PoW exigen un consumo excesivo de energía, lo que conlleva un aumento de los costes y del impacto medioambiental.
Esto es cierto. De hecho, un modelo PoW consume mucha más energía que un modelo PoS.
Esto se debe a que, a medida que aumenta la dificultad de la red, se necesita cada vez más potencia de cálculo para solventar la complejidad. Este es el coste de gestionar una red altamente segura.
Una red monetaria, que necesita seguridad en su núcleo, sí consume energía. Tomemos como ejemplo las monedas fiduciarias. Las monedas fiduciarias consumen mucha más energía que el modelo PoW, como el que utilizaría la red Bitcoin.
Esto se debe a que la banca convencional respaldada por monedas fiduciarias se basa en el papel moneda, que requiere recursos para su producción, y da lugar a una gran cantidad de residuos. Cuando se tienen en cuenta los costes de energía de los bancos, los espacios de oficinas de gran altura, las cámaras acorazadas, los camiones de seguridad y otros gastos generales, el sistema bancario tradicional se muestra mucho más derrochador de energía que Bitcoin.
Un modelo PoW, como la red Bitcoin, no requiere ningún recurso físico para producir, aparte de la potencia de cálculo necesaria para mantener la cadena de bloques. Así que, aunque la red Bitcoin consume energía, sigue siendo más respetuosa con el medio ambiente que la banca tradicional y el sistema de moneda fiduciaria que utilizamos hoy en día. Es una solución mucho mejor y una mejora del caso de uso del consumo de energía y una actualización del sistema actual.
En otras palabras, trasladar nuestro sistema monetario a la red Bitcoin no sólo será más eficiente y seguro, sino que también será un paso esencial en la lucha contra el calentamiento global.
PoW es un sistema superior (como ya hemos comentado) y está incentivando la innovación y la creatividad en el espacio de consumo de energía también.
El consumo de energía de PoW se ha optimizado en gran medida durante los últimos años y utiliza energía renovable, y energía que de otro modo se habría desperdiciado.
Tomemos como ejemplo la red Bitcoin. Según los datos globales de minería de Bitcoin del tercer trimestre, la mayor parte de la minería realizada en Bitcoin es a través de energía renovable.
De hecho, el uso de energía en la minería de Bitcoin es sólo el 0,122% en comparación con la energía total del mundo. Según el informe, en el tercer trimestre de 2021, la eficiencia de la minería aumentó un 23%, y la combinación de electricidad sostenible aumentó un 3%.
De hecho, la minería de Bitcoin ha aumentado 43 veces su eficiencia en los últimos siete años. En otras palabras, su minería es un 4237% más eficiente ahora que hace siete años.
Este informe concluye que el Consejo de Minería de Bitcoin ha estimado una mejora de 3x y 2x en la eficiencia de la minería en los próximos cuatro y en los siguientes cuatro años más.
Así que no sólo es el uso más eficiente de la energía hoy en día (para la aplicación de un sistema monetario), sino que se garantiza que será dramáticamente más eficiente en el lapso de los próximos ocho años.
Las recompensas por minar Bitcoin son elevadas, lo que incentiva a los mineros a buscar fuentes de energía alternativas, dando lugar a innovaciones en las energías renovables. Dado que la mayor parte del coste de la minería de Bitcoin se destina a la electricidad, los mineros se ven impulsados a encontrar la fuente más barata y limpia posible para maximizar los beneficios.
De hecho, podría decirse que la minería de Bitcoin es una de las industrias a gran escala más ecológicas del mundo. La mayoría de los equipos de minería más grandes está ubicada en regiones donde la electricidad renovable es abundante. Las fuentes de energía renovable son cada vez más populares, ya que son más limpias y baratas que las formas tradicionales de energía.
Muchos expertos creen que el futuro de las energías renovables es brillante y que acabarán superando a las formas de energía convencionales. La minería de Bitcoin lidera esta tendencia.
El consumo de energía de Bitcoin es un pequeño precio a pagar, teniendo en cuenta el valor económico y social que proporciona. Bitcoin vale cada pizca de energía que se necesita para mantenerla en funcionamiento.
Conclusión
Cuando se analizan todos los beneficios y los costes de un modelo PoW, uno se da cuenta de que los beneficios del modelo PoW superan con creces los costes.
PoW es un sistema superior debido al hecho de que es justo, seguro, y garantiza incentivos que están alineados con el objetivo de la red blockchain, para asegurar cada transacción.
El consumo de energía de PoW ha sido fuertemente optimizado a lo largo de los últimos años y utiliza energía renovable o energía que de otro modo se habría desperdiciado.
Bitcoin está respaldada por el mecanismo de consenso PoW y ha resistido la prueba del tiempo durante los últimos 13 años. Esto por sí solo es una prueba de lo efectivo y poderoso que es el modelo de consenso PoW.
Una red basada en la equidad, la seguridad, la descentralización y el mecanismo de consenso PoW está diseñada para prosperar.
Este artículo es una traducción al español del original en inglés: https://bitcoinmagazine.com/technical/proof-of-work-superior-for-bitcoin