Prueba de participación

Los protocolos de prueba de participación ( PoS ) son una clase de mecanismos de consenso para cadenas de bloques que funcionan seleccionando validadores en proporción a la cantidad de tenencias de la criptomoneda asociada. Esto se hace para evitar el costo computacional de los esquemas de prueba de trabajo (POW). El primer uso funcional de PoS para criptomonedas fue Peercoin en 2012, aunque su esquema, en la superficie, todavía se parecía a un POW. ^[1]

Para que una transacción de blockchain sea reconocida, debe ser agregada a la blockchain. En la blockchain de prueba de participación, las entidades que la agregan se denominan minters ovalidadores (en lasde prueba de trabajoesta tarea la llevan a cabo losmineros);^[2]en la mayoría de los protocolos, los validadores reciben una recompensa por hacerlo.^[3]Para que la cadena de bloques siga siendo segura, debe tener un mecanismo para evitar que un usuario o grupo malintencionado se apodere de la mayoría de la validación. PoS logra esto al requerir que los validadores tengan cierta cantidad de tokens de la cadena de bloques, lo que requiere que los atacantes potenciales adquieran una gran fracción de los tokens en la cadena de bloques para montar un ataque.^[4]

La prueba de trabajo (PoW), otro mecanismo de consenso de uso común, utiliza una validación de la capacidad computacional para verificar las transacciones, lo que requiere que un atacante potencial adquiera una gran fracción de la potencia computacional de la red de validación. ^[4] Esto incentiva el consumo de enormes cantidades de energía. PoS es más eficiente energéticamente. ^[5]

Las primeras implementaciones de PoS se vieron afectadas por una serie de nuevos ataques que explotaban las vulnerabilidades únicas de los protocolos de PoS. Finalmente, surgieron dos diseños dominantes: los denominados enfoques basados ​​en la tolerancia a fallos bizantinos y los enfoques basados ​​en cadenas . ^[6] Bashir identifica tres tipos más de PoS: ^[7]

• PoS basado en comité (también conocido como PoS nominado, NPoS);
• prueba de participación delegada (DPoS);
• Prueba líquida de participación (LPoS).

Las vulnerabilidades adicionales de los esquemas PoS están directamente relacionadas con su ventaja: una cantidad relativamente baja de cálculos requeridos al construir una cadena de bloques. ^[8]

La baja cantidad de potencia de cómputo involucrada permite una clase de ataques que reemplazan una porción no despreciable de la cadena de bloques principal con una versión secuestrada. Estos ataques se denominan en la literatura con diferentes nombres, largo alcance , historia alternativa , historia alternativa , revisión de la historia , y son inviables en los esquemas PoW debido al gran volumen de cálculos requeridos. ^[9] Las primeras etapas de una cadena de bloques son mucho más maleables para la reescritura, ya que probablemente tengan un grupo mucho más pequeño de partes interesadas involucradas, lo que simplifica la colusión. Si se ofrecen recompensas por bloque y por transacción, el grupo malicioso puede, por ejemplo, rehacer todo el historial y cobrar estas recompensas. ^[10]

También es posible el clásico ataque de "corto alcance" (ataque de soborno) que reescribe sólo una pequeña porción de la cola de la cadena. ^[9]

Dado que los validadores no necesitan gastar una cantidad considerable de poder computacional (y por lo tanto dinero) en el proceso, son propensos al ataque Nothing-at-Stake : la participación en una validación exitosa aumenta las ganancias del validador, por lo que existe un incentivo incorporado para que los validadores acepten todas las bifurcaciones de la cadena que se les envíen, lo que aumenta las posibilidades de ganar la tarifa de validación. Los esquemas PoS permiten la creación de alternativas de blockchain a bajo costo a partir de cualquier punto de la historia ( simulación sin costo ), enviar estas bifurcaciones a validadores ansiosos pone en peligro la estabilidad del sistema. ^[8] Si esta situación persiste, puede permitir el doble gasto , donde un token digital se puede gastar más de una vez. ^[10] Esto se puede mitigar penalizando a los validadores que validan cadenas en conflicto ^[10] (" finalidad económica " ^[11] ) o estructurando las recompensas de modo que no haya incentivos económicos para crear conflictos. ^{[3] Los PoS basados ​​en} tolerancia a fallas bizantinas generalmente se consideran robustos contra esta amenaza (ver más abajo). ^[12]

Los ataques de soborno, en los que los atacantes inducen financieramente a algunos validadores a aprobar su bifurcación de la cadena de bloques, se ven potenciados en PoS, ya que reescribir una gran parte de la historia podría permitir la colusión de partes interesadas que alguna vez fueron ricas y que ya no tienen cantidades significativas en juego para reclamar una mayoría necesaria en algún momento en el tiempo y hacer crecer la cadena de bloques alternativa a partir de allí, una operación que se hace posible gracias al bajo costo computacional de agregar bloques en el esquema PoS. ^[10]

Se trata esencialmente de una modificación del esquema PoW, donde la competencia no se basa en aplicar fuerza bruta para resolver el mismo rompecabezas en el menor tiempo posible, sino en variar la dificultad del rompecabezas dependiendo de la apuesta del participante; el rompecabezas se resuelve si en un tic del reloj (|| es concatenación):

${\displaystyle Hash(ProposedNewBlock||HoraDeReloj)<objetivo*ValorDeParticipación}$

La menor cantidad de cálculos necesarios para resolver el problema para las partes interesadas de alto valor ayuda a evitar el exceso de hardware. ^[13]

También conocido como "basado en comités", este esquema implica la elección de un comité de validadores utilizando una función aleatoria verificable con probabilidades de ser elegido más altas cuanto mayor sea la participación. Luego, los validadores se turnan aleatoriamente para producir bloques. NPoS es utilizado por Ouroboros Praos y BABE . ^[14]

El esquema de la "época" de BFT PoS (adición de un bloque a la cadena) es el siguiente: ^[15]

1. Un "proponente" con un "bloque propuesto" se selecciona aleatoriamente agregándolo al grupo temporal utilizado para seleccionar solo un bloque consensuado;
2. Los demás participantes, validadores, obtienen el pool, validan y votan por uno;
3. El consenso BFT se utiliza para finalizar el bloque más votado.

El sistema funciona siempre que no más de un tercio de los validadores sean deshonestos. Los sistemas BFT se utilizan en Tendermint y Casper FFG. ^[15]

Los sistemas delegados de prueba de participación utilizan un proceso de dos etapas: primero, ^[16] las partes interesadas eligen un comité de validación, ^[17] también conocidos como testigos , votando proporcionalmente a sus participaciones, luego los testigos se turnan en un sistema de todos contra todos para proponer nuevos bloques que luego son votados por los testigos, generalmente de manera similar a BFT. Dado que hay menos validadores en el DPoS que en muchos otros esquemas PoS, el consenso se puede establecer más rápido. El esquema se utiliza en muchas cadenas, incluidas EOS, Lisk y Tron. ^[16]

En el PoS líquido, cualquiera con una participación puede declararse validador, pero para los pequeños poseedores tiene sentido delegar sus derechos de voto a jugadores más grandes a cambio de algunos beneficios (como pagos periódicos). Se establece un mercado donde los validadores compiten en tarifas, reputación y otros factores. Los poseedores de tokens son libres de cambiar su apoyo a otro validador en cualquier momento. LPoS se utiliza en Tezos . ^[18]

La definición exacta de "participación" varía de una implementación a otra. Por ejemplo, algunas criptomonedas utilizan el concepto de "antigüedad de la moneda", el producto de la cantidad de tokens por la cantidad de tiempo que un solo usuario los ha tenido, en lugar de simplemente la cantidad de tokens, para definir la participación de un validador. ^{[4] [13]}

La primera implementación funcional de una criptomoneda de prueba de participación fue Peercoin , introducida en 2012. ^[3] Le siguieron otras criptomonedas, como Blackcoin, Nxt , Cardano y Algorand . ^[3] Sin embargo, a partir de 2017 ^[actualizar], las criptomonedas PoS todavía no se usaban tan ampliamente como las criptomonedas de prueba de trabajo. ^{[19] [20] [21]}

En septiembre de 2022, Ethereum , la segunda criptomoneda más grande del mundo en 2022, pasó de un sistema de mecanismo de consenso de prueba de trabajo a prueba de participación, ^[22] después de varias propuestas ^{[23] [24]} y algunos retrasos. ^{[24] [25]}

Los críticos han argumentado que el modelo de prueba de participación es menos seguro en comparación con el modelo de prueba de trabajo. ^[26]

Los críticos han argumentado que la prueba de participación probablemente conducirá a que las cadenas de bloques de criptomonedas estén más centralizadas en comparación con la prueba de trabajo, ya que el sistema favorece a los usuarios que tienen una gran cantidad de criptomonedas, lo que a su vez podría llevar a que los usuarios que tienen una gran cantidad de criptomonedas tengan una gran influencia en la gestión y dirección de una cadena de bloques de criptomonedas. ^{[27] [28]}

Los reguladores estadounidenses han discutido sobre el estatus legal del modelo de prueba de participación, y la Comisión de Bolsa y Valores de Estados Unidos ha afirmado que las recompensas por participación son el equivalente a los intereses, por lo que monedas como Ether y Ada son valores financieros . ^[29] Sin embargo, en 2024, la SEC eludió la cuestión al reconocer los fondos del mercado Ethereum con la condición de que no participaran en la participación de sus monedas. El nivel de participación de Ether en la participación, el 27% del suministro total, fue bajo en comparación con Cardano (66%) y Solana (63%). Sin embargo, no participar en la participación de sus tokens significaba que los fondos perdían alrededor del 3% de los rendimientos potenciales al año. ^{[30] [31]}

En 2021, un estudio de la Universidad de Londres descubrió que, en general, el consumo de energía del Bitcoin basado en prueba de trabajo era aproximadamente mil veces mayor que el del sistema de prueba de participación de mayor consumo estudiado, incluso en las condiciones más favorables, y que la mayoría de los sistemas de prueba de participación causan un menor consumo de energía en la mayoría de las configuraciones. ^[32]

En enero de 2022, el vicepresidente de la Autoridad Europea de Valores y Mercados, Erik Thedéen, pidió a la UE que prohibiera el modelo de prueba de trabajo en favor del modelo de prueba de participación debido a su menor consumo de energía. ^[33]

El 15 de septiembre de 2022, Ethereum cambió su mecanismo de consenso de prueba de trabajo a prueba de participación en un proceso de actualización conocido como "la fusión". Esto redujo el consumo de energía de Ethereum en un 99 %. ^[34]

• Deirmentzoglou, Evangelos; Papakyriakopoulos, Georgios; Patsakis, Constantinos (2019). "Una encuesta sobre ataques de largo alcance para protocolos de prueba de participación". IEEE Access . 7 : 28712–28725. Bibcode :2019IEEEA...728712D. doi : 10.1109/ACCESS.2019.2901858 . eISSN  2169-3536. S2CID  84185792.
• Xiao, Y.; Zhang, N.; Lou, W.; Hou, YT (2020). "Una encuesta sobre protocolos de consenso distribuidos para redes de cadenas de bloques". IEEE Communications Surveys and Tutorials . 22 (2): 1432–1465. arXiv : 1904.04098 . doi :10.1109/COMST.2020.2969706. ISSN  1553-877X. S2CID  102352657.
• Bashir, Imran (2022). "Protocolos de la era blockchain". Blockchain Consensus . Apress. págs. 331–376. doi :10.1007/978-1-4842-8179-6_8. ISBN 978-1-4842-8178-9.