¿Qué es la prueba de participación o proof-of-stake (PoS)?

Tiempo de lectura: 7 minutos Prueba de participacion o proof of stake pos

La prueba de participación (PoS) es un proceso que permite a alguien demostrar su participación en un sistema criptoeconómico a través de un algoritmo de firma, como parte del acceso a un privilegio. Este medio se utiliza generalmente en el modelo de consenso de sistemas distribuidos que administran una unidad numérica de cuenta: los validadores se seleccionan de acuerdo con el número de unidades en su posesión o de acuerdo con otro parámetro relacionado.

La prueba de participación a menudo se describe como «minería virtual» porque los tokens digitales desempeñan el mismo papel que la energía eléctrica en la prueba de trabajo. Por lo tanto, en muchas criptomonedas, la probabilidad de validar un bloque es proporcional al número de tokens en posesión del validador.

Para alentarlos a asegurar el sistema, los validadores son recompensados con la emisión de nuevos tokens y tarifas de transacción: esto se llama staking. Además, los validadores no se llaman mineros, sino falsificadores.

¿De dónde viene la prueba de participación?

El concepto de prueba de participación utilizado en un sistema distribuido apareció bastante pronto. En 1998, Wei Dai imaginó el dinero b, un modelo en el que cada servidor tenía que depositar una cierta cantidad de dinero b en una cuenta especial para participar en las operaciones de la red. En este modelo, esta cantidad servía como garantía para penalizar al servidor en caso de mala conducta.

A pesar de esta conceptualización temprana, no fue hasta la aparición de Bitcoin (y la prueba de trabajo) que se consideró la implementación de un sistema de prueba de participación. Bitcoin demostró que un sistema descentralizado basado en la seguridad económica era viable.

El término prueba de participación fue introducido por Sunny King y Scott Nadal en agosto de 2012 en el libro blanco de PPCoin. PPCoin, ahora conocido como Peercoin, también fue el primer sistema de criptomonedas en utilizar la prueba de participación de una manera práctica: estableció un modelo híbrido que combina la energía eléctrica y la edad de la moneda (prueba de custodia) para su validación.

Posteriormente, muchas criptomonedas han implementado pruebas de participación. NXT, lanzado en 2013, fue uno de los primeros sistemas en utilizar un modelo de prueba de participación pura. En 2014, Dash innovó con su modelo masternode que requería la posesión de 1000 DASH, lo que permitió aportar características adicionales a la criptomoneda.

En 2015 se lanzó Ethereum: incluso si la plataforma todavía funciona gracias a la minería, está planeado desde su lanzamiento que hará la transición a un modelo de prueba de participación. El algoritmo que ahora se está considerando se llama Casper.

Cómo funciona la prueba de participación y sus variantes

Los modelos de validación de prueba de participación son diversos, y es difícil presentarlos todos en este artículo. Por lo tanto, nos centraremos aquí en el algoritmo de prueba de participación de Nakamoto, una transposición del algoritmo de consenso de Bitcoin para la prueba de participación. Este algoritmo se basa en una cadena de bloques que son añadidos regularmente por los validadores.

El funcionamiento de este algoritmo es reproducir la minería virtualmente. Cada vez que se necesita crear un bloque, se utiliza un protocolo de generación aleatoria para seleccionar un validador en función del número de tokens que ha secuestrado. A continuación, el validador seleccionado agrupa todas las nuevas transacciones y crea el nuevo bloque incluyendo el identificador del bloque anterior (para vincular los dos bloques). Luego, firma este bloqueo utilizando un algoritmo de firma electrónica para demostrar que es el propietario de su cuenta. Finalmente, publica su bloque públicamente para que los demás miembros de la red puedan asegurar su validez.

Tenga en cuenta que si el validador no produce un bloque en un intervalo de tiempo determinado, se selecciona un segundo validador de la misma manera, y así sucesivamente.

Al igual que con Bitcoin, el algoritmo de consenso se basa en el principio de la cadena más larga: la cadena con el mayor número de bloques se considera válida. Así, cuando aparece un conflicto en la red (creación de lo que se denomina bifurcación o rama), la situación se resuelve mediante este principio, que permite a los miembros de la red ponerse de acuerdo sobre el canal «correcto».

👉 Para comprender mejor la noción de bifurcación, puede leer nuestro artículo ¿Qué es un fork?

El problema de «nada en juego» (nothing at stake)

Una aplicación ingenua de prueba de participación para seleccionar la cadena más larga no funciona. Esta implementación crea un problema llamado el problema de «nada en juego».

En el modelo de prueba de trabajo, un minero invierte energía eléctrica para validar un bloque. Si se produce una rama y el bloque se invalida, entonces esta energía invertida se pierde y no se puede reutilizar en la otra rama.

Por otro lado, en el modelo de prueba de participación, los falsificadores no invierten energía para validar un bloque y simplemente lo firman. Por lo tanto, tienen la posibilidad, en el caso de un ramal, de validar bloques en varios ramales a la vez sin gastos de energía adicionales. En otras palabras, no tienen nada que perder. Peor aún, los validadores tienen un incentivo económico para hacer esto en todas las ramas existentes, como se muestra en el diagrama a continuación.

El problema de nada en juego en la prueba de participacion

Por lo tanto, el algoritmo es inaplicable, ya que es posible que la red nunca llegue a un consenso. Sin embargo, hay una manera de remediar este problema de «nada que perder»: hacer uso de un sistema de penalización. Esto requiere que el validador bloquee un depósito de seguridad (en la criptomoneda de la red), un depósito que se utiliza para pagar una penalización en caso de participación en varias sucursales, o participación en una sucursal mala. Es en este espíritu que se desarrolló el algoritmo Slasher, por ejemplo.

Variantes de prueba de participación

El criterio para seleccionar un validador no es necesariamente el número de tokens que tiene (prueba de posesión), y se pueden utilizar otras variables que se derivan de él. Los modelos De PoS obtenidos son, por lo tanto, muy diversos. Estos incluyen:

  1. Proof-of-hold (PoH): la probabilidad de ser seleccionado depende de la «edad de la moneda», una métrica que es el resultado de multiplicar el valor de un UTXO y el tiempo durante el cual no se ha movido. Este modelo se combina con la prueba de trabajo en Peercoin.
  2. Prueba de velocidad (PoV), que es la inversa de PoH y se basa en transacciones realizadas con fondos. Es utilizado en particular por Reddcoin. La limitación de esta técnica es que anima a los validadores potenciales a realizar muchas transacciones innecesarias y, al hacerlo, a crear atascos en la red.
  3. Prueba de importancia (PoI): Implementada en el protocolo NEM, esta prueba combina la posesión de tokens XEM con un sistema de reputación.
  4. Prueba de servicio (PoSe). Este es el modelo utilizado para incentivar los masternodes de Dash para garantizar las transacciones de InstantSend, administrar la mezcla de dash a través de PrivateSend y evitar ataques del 51% de los mineros.
  5. Prueba de participación delegada (DPoS): la probabilidad de validación depende no solo del número de tokens que posee el falsificador, sino también del número de tokens delegados a ellos por voto. Varias plataformas de contratos independientes utilizan este modelo porque permite a los validadores exigir un cierto rendimiento. Tenga en cuenta que este tipo de prueba de participación también permite el uso de algoritmos de consenso tradicionales (menos robustos pero más eficientes que el algoritmo de Nakamoto): Neo utiliza una variante de PBFT llamada dBFT para llegar a un consenso en la red.

Otros usos de la prueba de participación

La prueba de participación no solo se utiliza para garantizar la participación de consenso en la red. También puede intervenir en el contexto de la gobernanza interna de una criptomoneda, donde un sistema de votación ponderado a la posesión de tokens permite tomar decisiones sobre el futuro de esta criptomoneda. Dash, Tezos y EOS tienen un modelo de gobierno de este tipo integrado en su protocolo. Del mismo modo, se puede considerar que todos los DAO que usan un token en particular como una acción usan alguna forma de prueba de participación.

¿Cuáles son las ventajas e inconvenientes de la prueba de participación?

La prueba de participación difiere de otros métodos utilizados en sistemas distribuidos, como la prueba de trabajo, donde la selección de validadores se realiza en relación con el consumo de energía, y la prueba de autoridad, donde la lista de validadores se define de antemano.

👉 Descubre los diferentes modelos de consenso con nuestra presentación: ¿Qué es el consenso y cuáles son los principales?

Por lo tanto, los algoritmos de consenso basados en pruebas de participación tienen ventajas en comparación con sus competidores, pero también desventajas.

Ventajas del consenso mediante prueba de participación

  • Reducción del consumo de energía en comparación con la prueba de trabajo. Esto permite una seguridad del sistema por un bajo costo, lo que permite en particular que la criptomoneda subyacente tenga una política monetaria con poca inflación, si es que lo hace. Este bajo consumo de energía también reduce el impacto ecológico del sistema.
  • Resistencia a los ataques por parte del 51%. Si la distribución inicial de tokens es correcta, es difícil para un solo jugador reunir más de la mitad de los tokens para reutilizar una reorganización de la cadena. Además, si se produjera un ataque de este tipo, reduciría el valor del sistema y, en consecuencia, el precio del token acumulado por el atacante. Por lo tanto, el atacante claramente no está incentivado para llevar a cabo este tipo de operación.

Inconvenientes del consenso de prueba de participación

  • La complejidad de los algoritmos que se derivan de ella, en particular inducida por la resolución del problema de «nada en juego». Esta complejidad hace que los modelos sean más difíciles de analizar que los modelos de prueba de trabajo.
  • Subjetividad blockchain: Dado que la prueba se basa en datos internos, un nuevo nodo que se sincroniza con la red puede ser engañado por un atacante siguiendo una cadena artificial más larga, en lugar de la que la red considera válida.
  • Una resistencia menos buena a la censura a largo plazo que la prueba de trabajo: la prueba de la participación es interna, es imposible liberarse de la censura de un consorcio de actores sin bifurcación dura de la cadena. Este defecto se ve acentuado por la concentración de tokens en plataformas de intercambio y otros criptobancos.

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Sobre la autora: Fátima Ruiz

Fátima Ruiz
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