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Apr 13, 2021

Prueba de participación vs. prueba de participación pura: la evolución del consenso distribuido

By: Algorand

Obtén información sobre el protocolo de consenso de prueba de participación pura (PPoS) de Algorand y cómo mejora el mecanismo de prueba de participación (PoS) al resolver el "trilema de la blockchain".

Algorand es la primera blockchain de prueba de participación pura (PPoS) que ofrece seguridad, descentralización y escalabilidad, todo de manera ecológica y sustentable. Desarrollada por el fundador de Algorand y criptógrafo renombrado Silvio Micali, la prueba de participación pura está creada según el consenso bizantino y ofrece un enfoque más igualitario que su predecesor, la prueba de participación (PoS).

La necesidad de consenso en las redes distribuidas

El consenso distribuido es el atributo más importante de una blockchain ya que garantiza que la red distribuida es descentralizada e inmutable.

El elemento central de la red de una blockchain pública es el nodo, que puede ser cualquier servidor que almacene el software de la cadena junto con el historial de registros que se está actualizando constantemente. Todos los nodos son iguales y actualizan el registro de manera simultánea para reflejar las transacciones recientemente agregadas.

La pregunta es: ¿quién decide qué transacciones pueden agregarse en el siguiente bloque ya que no hay un nodo líder?

Para que un sistema distribuido funcione a la misma vez que se conserva la descentralización, necesitamos un conjunto de reglas predeterminadas que organicen a los nodos que participan en la creación de bloques. Esto es exactamente lo que hace un protocolo de consenso.

En toda blockchain los bloques están relacionados de manera cronológica para que ninguna transacción pueda cambiarse o cancelarse. La expansión de la cadena es unidireccional, lo que significa que agregar nuevos bloques es la única manera de actualizar una blockchain. En redes públicas, cualquier nodo puede ser candidato a participar en la creación de nuevos bloques, y es el trabajo del algoritmo de consenso decidir qué nodos se convierten en los "mineros" o en los validadores.

El mecanismo de consenso es imperativo porque protege al sistema frente a nodos maliciosos que podrían romper intencionalmente las reglas predeterminadas, intentar realizar transacciones falsas u organizar ataques de denegación de servicio distribuidos (DDoS).

En resumen, se necesita un mecanismo de consenso para lograr lo siguiente:

  • Mantener la red descentralizada mientras se le da a todos los participantes la misma oportunidad de generar nuevos bloques.
  • Proteger la red ante comportamientos maliciosos o ataques de hackers.
  • Asegurar que la blockchain sea la única versión verdadera del historial de transacciones.
  • Compensar a los creadores de bloques justamente en base a reglas predeterminadas.

El trilema de la blockchain

La prueba de participación pura (PoS) es ciertamente mucho más avanzada que el enfoque de prueba de trabajo (PoW) de Bitcoin en términos de capacidad de expansión y velocidad de las transacciones.

Sin embargo, aún no resuelve completamente el llamado trilema de la blockchain, según el cual puedes tener éxito en tan solo dos de los tres objetivos principales de la tecnología de registro distribuido.

Los tres elementos clave que trataremos aquí son: seguridad, descentralización y capacidad de expansión, y generalmente, uno de ellos se sacrifica para conseguir los otros dos.

Algorand propone una alternativa que puede satisfacer los tres requisitos. La llamamos prueba de participación pura (PPoS), y puede ser uno de los avances más importantes en la industria de la blockchain.

¿Qué es la prueba de participación pura?

La prueba de participación (PoS) es el segundo mecanismo de consenso más popular después de la prueba de trabajo (PoW) en términos de capitalización de mercado de las redes blockchain que lo implementan. 

PoS surgió como alternativa a PoW, que es el mecanismo de consenso más antiguo y se introdujo por primera vez con Bitcoin. A pesar del éxito inicial de Bitcoin, PoW no pudo satisfacer la demanda de un mayor rendimiento, ya que las blockchains posteriores requerían una mayor escalabilidad (y tasas de transacción más rápidas).

Además, los sistemas PoW acaban requiriendo enormes cantidades de energía para la potencia de cómputo utilizada por los mineros.

El algoritmo PoS se introdujo por primera vez en 2011 en Bitcointalk. Peercoin fue el primero en adoptarlo en combinación con PoW, pero el algoritmo de consenso se fue imponiendo rápidamente en todas sus variantes.

A diferencia de las redes PoW que dependen de los mineros, las blockchains impulsadas por PoS son mantenidas por validadores. El proceso de validación en PoS se llama "forja". Si un nodo quiere participar en el proceso de creación de bloques, simplemente tiene que realizar staking del token nativo. No es necesario gastar en electricidad ni comprar hardware especializado.

Las reglas de las redes PoS varían de un caso a otro, pero el concepto general es el mismo: los nodos que desean convertirse en validadores deben dejar inmovilizados una cantidad mínima de tokens que sirven como garantía. 

A continuación, los validadores tienen que ponerse de acuerdo sobre qué transacciones deben agregarse al siguiente bloque, como en un juego de adivinanzas. Si su bloque es seleccionado por el protocolo, son recompensados con las tasas de transacción y con tokens recién acuñados en relación con el tamaño de su participación.

Prueba de participación pura: la creación de Silvio Micali

A pesar del éxito de las blockchains de prueba de participación a la hora de abordar los problemas de capacidad de expansión, todavía pueden ser monopolizadas por stakers con grandes cantidades de tokens, lo que afecta negativamente a la descentralización. 

Para resolver los problemas más urgentes de las redes PoS, Algorand creó la llamada prueba de participación pura (PPoS), obra del profesor del MIT, Silvio Micali.

Para evitar la situación de "los ricos se hacen más ricos" que se observa en la mayoría de las redes PoS, el protocolo PPoS propone un concepto más igualitario. El primer caso de uso del mecanismo de consenso PPoS es Algorand, que fue fundado por Micali en 2017.

El protocolo PPoS también se basa en el consenso bizantino, y la influencia de cada tenedor de tokens depende de su participación en el sistema. La clave está en que el protocolo selecciona a los usuarios de forma aleatoria, independientemente de su participación.

El hecho de que todos los usuarios en línea tengan la oportunidad de ser elegidos por el sistema tiene varios beneficios en la red distribuida. En primer lugar, aumenta la calidad descentralizada de la blockchain y garantiza la seguridad del sistema.

Este concepto de selección aleatoria fue creado e implementado por el propio Micali. El fundador de Algorand es un destacado criptógrafo y fue galardonado con el premio Turing en 2012 por su contribución a la criptografía. Para los que no estén familiarizados con esto, el premio Turing representa la más alta distinción en ciencias de la computación y a veces se le conoce como el "Premio Nobel de la Computación".

El objetivo de Micali era resolver el trilema de la blockchain y construir un sistema de blockchain que pudiera ampliarse para satisfacer las demandas del mundo actual.

Como dijo el propio Micali, las transacciones financieras son lentas y caras. "Cada año se malgastan 5 billones de dólares en comisiones por transacciones de todo tipo", puede que esto beneficie a las empresas, pero no al usuario final.

Prueba de participación vs. prueba de participación pura: una comparación

Entonces, ¿en qué se diferencia la prueba de participación pura de las otras versiones de prueba de participación? Tiene que ver con la calidad de la descentralización. Tomemos dos de las variaciones de PoS más conocidas: la prueba de participación delegada (DPoS) y la prueba de participación garantizada (BPoS).

Prueba de participación delegada (DPoS)

En la prueba de participación delegada (DPoS) existe una cantidad fija de nodos elegidos denominados delegados. Son responsables de la creación de bloques, y son seleccionados en un orden rotatorio. Los delegados son votados por los poseedores de tokens, cuyo poder de voto depende directamente de la cantidad de tokens que posean.

Lo que obtenemos es un sistema que funciona bien en términos de rendimiento de las transacciones, pero que sacrifica la descentralización y, por lo tanto, no resuelve el trilema de la blockchain. 

Por el contrario, el protocolo PPoS no tiene un grupo de solo algunos seleccionados, y el sistema elige a los validadores de forma aleatoria, independientemente de su participación. El hecho de que no haya un grupo especial de validadores dificulta que los atacantes puedan comprometer el sistema.

Prueba de participación garantizada (BPoS)

Las blockchains basadas en prueba de participación garantizada (BPoS) no cuentan con delegados, sino que los usuarios deben inmovilizar una cierta cantidad de sus tokens para realizar staking e influir en el proceso de generación de bloques. Bloquean su participación durante un tiempo determinado para tener la oportunidad de convertirse en validadores. Su poder de voto es proporcional a la participación que tengan, lo que también beneficia a los participantes ricos.

A diferencia del mecanismo BPoS, el protocolo PPoS no requiere que los usuarios bloqueen una cantidad de tokens para poder participar en la creación de bloques. Por lo tanto, participar en el protocolo de consenso no afecta a la capacidad del usuario para gastar o transferir su participación. Por su parte, los sistemas PPoS están más descentralizados, ya que los validadores son elegidos al azar por el sistema.

Algorand: una blockchain de prueba de participación pura

Algorand es la primera blockchain de prueba de participación pura del mundo. En Algorand, cualquier persona puede construir aplicaciones descentralizadas (DApps) y emitir NFT sabiendo que tratan con tecnología fiable.

La cadena Algorand puede manejar cualquier demanda de alto rendimiento de transacciones sin temor a congestiones. Los bloques se finalizan en cuestión de segundos, lo que le permite competir con las redes financieras y de pago globales en términos de velocidad de transacción. 

La red impulsada por PPoS es la primera blockchain que ofrece la finalización inmediata de las transacciones, lo que la ha posicionado como la blockchain de referencia para las finanzas fluidas (visita nuestra página de casos de uso para ver ejemplos del ecosistema Algorand). 

Algorand se basa en el sorteo criptográfico para elegir a los usuarios que propondrán los siguientes bloques en una ronda determinada. Cuando los usuarios proponen un bloque, se selecciona un comité de votantes para decidir sobre la propuesta de bloque. Si la inmensa mayoría de los votos son de participantes honestos, el bloque se valida. Todo esto ocurre en tres fases clave: propuesta de bloque, voto suave y voto de certificación.

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