Un algoritmo de consenso es un procedimiento utilizado en informática en el que los participantes de un red acordar el estado de la red o el estado de un solo valor de datos y establecer confianza entre pares desconocidos en la red. 

Los algoritmos de consenso están diseñados para que los miembros de una cadena de bloques lleguen a un acuerdo para validar una transacción en la red, cambiar los parámetros de la red, decidir qué nodos son confiables para procesar nuevos bloques y otras funciones importantes.

No deje que la naturaleza técnica de este artículo lo desanime: encontrar "consenso" nos rodea en todas partes, es una noción muy humana, pero solo se aplica a algo que se puede automatizar. 

Para empezar, en los sistemas centralizados, las tareas de consenso las lleva a cabo una autoridad central. 

En sistemas descentralizados como Bitcoin, tenemos una red compuesta por cientos, miles e incluso cientos de miles de mineros o nodos que se unen para realizar una o varias tareas y brindar un ecosistema confiable y eficiente.

Pensando en el consenso descentralizado con este ejemplo, suponga que está en un grupo de cuatro amigos y uno de los miembros, Alex, presenta a una quinta persona, Bob. Cuando Bob se vaya, lo más probable es que el grupo empiece a hablar de Bob (este es el protocolo) para ver si les gustaba (el resultado será el “consenso”). 

José: “Bob parece un tipo genial”.

Kevin: “Sí, chico genial. ¿Cómo lo conociste?

Alex: “Estaba en una de mis clases de finanzas en la universidad; compartíamos consejos sobre el comercio de criptomonedas y terminó siendo un tipo bastante divertido”.

Kevin: "Bien, pero sus memes eran súper raros".

John: "Simplemente no entiendes la cultura de los memes".

José: "Sí, no pasas mucho tiempo desplazándote por TikTok, pensé que eran bastante divertidos".

En este ejemplo, se llegó a un “consenso” sobre si Bob se integra bien en el grupo de amigos. A menudo hay un necesario consenso de opinión incluso en ausencia de compromisos o contratos específicos contraídos. Un participante, Kevin, se muestra reacio a dejar que Bob entre en el grupo, pero José, Alex y John están de acuerdo con Bob.

En este caso, si tuviéramos que codificar el ejemplo anterior en un algoritmo de consenso: Entonces sería 3 "él es genial" y 1 "él es genial, pero no estoy seguro acerca de XYZ" aún da como resultado "él es genial". La mayoría gana, por lo que Bob podrá pasar el rato con los chicos geniales a pesar de la opinión de Kevin. 

Bitcoin, por ejemplo, está diseñado para encontrar un consenso sobre si las nuevas transacciones son válidas ("geniales") o no. 

Aquí revisaremos los tipos más populares —y no tan populares— de algoritmos de consenso de blockchain en redes públicas y privadas.

¿Qué es la prueba de trabajo?

La prueba de trabajo (PoW) es el algoritmo de consenso más popular y antiguo que surgió con la creación de Bitcoin en 2009 por Satoshi Nakamoto. Un sistema PoW consiste en una red global de mineros —llamados nodos de red— que compiten para resolver acertijos matemáticos. El minero que resuelve con éxito el rompecabezas gana el derecho de agregar un nuevo bloque a la cadena de bloques y recibe una recompensa pagada en criptomonedas recién creadas. 

La prueba de trabajo es básicamente la forma en que un minero muestra evidencia de que ha proporcionado poder computacional para lograr el consenso de la red y validar la autenticidad de cada bloque. Además, cada bloque (transacción) se organiza en orden secuencial, eliminando el riesgo de duplicar el gasto.

Hasta ahora, PoW ha sido el mecanismo de consenso más seguro para las cadenas de bloques de criptomonedas. Alterar la red requeriría que un atacante volviera a minar todos los bloques existentes en la cadena. Cuanto más crece la cadena de bloques, más difícil es monopolizar el poder de cómputo de la red, ya que requeriría un enorme consumo de energía y un equipo costoso.

Una vez que un minero resuelve un rompecabezas, encuentra un nuncio apostólico (abreviatura de número usado una vez) que produce un hash con un valor inferior o igual al establecido por la dificultad de la red. 

El nonce es una parte central de los sistemas PoW, ya que permitirá al minero crear un encabezado de bloque con hash con la función hash SHA-256, lo que significa poner un número de referencia para un bloque en una cadena. El encabezado del bloque también contiene una marca de tiempo y el hash del bloque anterior.

Los contras de PoW

Los mineros deben proporcionar una potencia computacional considerable para resolver los acertijos. Pero dado que los cálculos son complejos, la cantidad de energía que consume un único S9 Antminer suele oscilar entre 1400 y 1500 vatios por hora para una tasa de hash de 14.5 TH/s. El S19, una versión más potente, consume 3250 vatios por hora a un hashrate de 110 TH/s. 

Con algunas matemáticas, podemos calcular la cantidad de energía que consumen los centros de datos o las empresas mineras con cientos o miles de plataformas mineras en una sola ubicación diariamente. El alto consumo de energía y el daño ambiental es la principal crítica extraída de la prueba de trabajo. 

Para poner esto en perspectiva, antes de que Ethereum cambiara a Prueba de Participación, los mineros de Ethereum en todo el mundo consumían alrededor de 10 TWh/año, lo mismo que la República Checa.

El ruido fuerte también daña los niveles de audición humana, por encima de 80 dBa. Esta es la razón por la cual las plataformas mineras generalmente se mantienen en sótanos o instalaciones mineras para evitar perturbar las actividades cotidianas.

¿Qué es la prueba de participación?

La prueba de participación (PoS) es el segundo algoritmo de consenso más popular. En lugar de mineros, las cadenas de bloques de PoS tienen validadores de red que usan sus monedas/fichas como evidencia de su compromiso con la red en lugar de poder de cómputo. 

Hacer staking significa "bloquear" activos criptográficos durante un período en una plataforma de cadena de bloques que, a cambio, recompensa a los usuarios con más criptomonedas. 

PoW vs. PoS: Principales diferencias

En PoS, los usuarios pueden apostar una parte de sus activos con el único propósito de generar ingresos pasivos. La otra opción es convertirse en un validador. A diferencia de los sistemas PoW, los validadores no compiten para crear nuevos bloques, ya que un algoritmo los elige aleatoriamente. Cuantas más monedas/tokens apueste un usuario, mayores serán sus posibilidades de convertirse en un validador y crear nuevos bloques en la cadena de bloques. 

En los sistemas PoW, el tiempo de generación de nuevos bloques está determinado por la dificultad de minado; cuantos más participantes se unan a la red, mayor será el poder hash, es decir, el poder computacional requerido para extraer nuevos bloques. Por el contrario, las cadenas de bloques de PoS tienen un tiempo fijo de generación de bloques dividido en ranuras (el tiempo que se tarda en crear un bloque) y épocas, que son unidades de tiempo que consisten en ranuras. 

Para explicar esto mejor, una ranura en Ethereum consta de 12 segundos, que es la cantidad de tiempo que le toma a la red crear un bloque, y 32 ranuras crean una época. Por lo tanto, una época es de 6.4 minutos. Cada ranura en una cadena de bloques PoS tiene un número predeterminado de validadores que votan sobre la validez del bloque que se propone. Si el bloque es válido, se agrega a la cadena y el proponente del bloque y los certificados reciben recompensas en ETH.

Las cadenas de bloques de PoS castigan a los actores maliciosos por atacar la red con ataques de estilo del 51 %, lo que se denomina slashing, donde los validadores honestos expulsan al validador malicioso de la red y agotan su saldo. Esto disuade a los actores malintencionados de atacar la red, ya que la cantidad requerida de fondos apostados es considerablemente alta. En el caso de Ethereum, 32 ETH.

Ventajas del punto de venta:

• Menos energía intensiva en comparación con PoW
• Más adecuado para trabajar con soluciones de capa 2 que PoW
• Capaz de lograr un mayor rendimiento ya que se establece un consenso antes de que se pasen los bloques.
• Menos costoso que las cadenas de bloques PoW, ya que no requiere hardware de élite para crear nuevos bloques.

Contras de TPV

• Los sistemas de PoS todavía están sujetos a la centralización si los validadores con una gran cantidad de tokens apostados pueden influir en la red. 
• Menos probado en términos de seguridad en comparación con las cadenas de bloques PoW.

¿Qué es la prueba de la historia?

Proof of History (PoH) es un algoritmo de consenso presentado por la cadena de bloques de Solana y consiste en colocar una marca de tiempo a todos los eventos en la red para demostrar que tuvieron lugar en un momento determinado. PoH se puede describir como un reloj criptográfico que confirma transacciones en orden secuencial. 

Solana combina su enfoque PoH con PoS. Por lo tanto, los participantes de la red deben apostar SOL para convertirse en validadores y procesar nuevos bloques, y el mecanismo PoH verifica la validez de esas transacciones en tiempo real. En otras palabras, PoH mantiene la seguridad, mientras que PoS trae una red de validadores que pueden verificar las marcas de tiempo y confirmar las transacciones.

Sin embargo, Solana sacrifica la descentralización para proporcionar un rendimiento de transacciones ultrarrápido. La cadena de bloques se basa en una arquitectura semicentralizada en la que se elige un solo nodo como líder que está a cargo de implementar una única fuente de tiempo, es decir, el reloj PoH, y todos los demás nodos deben seguir las secuencias de tiempo en consecuencia. Los líderes se eligen periódicamente a través de elecciones PoS.

Si bien Solana es una de las cadenas de bloques más rápidas de la industria, sufre tiempos de inactividad con regularidad. Desde su lanzamiento en 2020, la red ha sufrido aproximadamente diez tiempos de inactividad, cinco de los cuales ocurrieron en 2022. La razón principal de estos cortes es un "nodo mal configurado".

¿Qué es la prueba de participación delegada?

Prueba delegada de estaca (DPoS) es una variación del concepto PoS en el que la comunidad juega un papel central.

En las cadenas de bloques DPoS, los miembros de la comunidad apuestan sus criptomonedas para votar por los próximos testigos o delegados para la producción de bloques. Para hacer esto, los usuarios deben agrupar sus tokens en el grupo de participación de blockchain y luego vincular los fondos a un delegado específico. 

DPoS fue desarrollado por el ex CTO de EOS, Dan Larimer, quien implementó el algoritmo en BitShares en 2015. Larimer y otros defensores de DPoS han dicho que DPoS amplía el alcance democrático, ya que es la comunidad la que elige al próximo validador. Hoy, blockchains como TRON y Cardano usan DPoS. 

Sin embargo, la crítica a DPoS es que su metodología favorece a los usuarios adinerados. Aquellos con una gran cantidad de tokens pueden tener una mayor influencia en la red. Vitalik Buterin fue uno de los primeros detractores de DPoS, alegando en un del blog que este algoritmo de consenso incentiva a los testigos a formar cárteles y sobornar a los votantes para que los apoyen.

¿Qué es la Prueba de autoridad?

La prueba de autoridad (PoA) es un algoritmo de consenso en el que solo los miembros autorizados pueden interactuar con la cadena de bloques, realizar transacciones, realizar o sugerir cambios en los parámetros de la red, revisar el historial de transacciones, etc. 

El término fue acuñado por Gavin Wood, un desarrollador de blockchain que cofundó Ethereum, Lunaresy Red Kusama.

En una cadena de bloques PoA, todo se trata de reputación: los participantes de la red están apostando sus identidades en lugar de monedas. Proporcionan un mayor nivel de escalabilidad y rendimiento, ya que solo se basa en un número limitado de validadores. Podemos pensar que este es un modelo fuertemente centralizado, pero las cadenas de bloques de PoA suelen ser privadas y se adaptan mejor a las empresas y organizaciones que utilizan la tecnología de cadenas de bloques para mejorar los negocios y los sistemas operativos. 

¿Qué es la prueba del tiempo transcurrido?

La prueba de tiempo transcurrido (PoET) es otro algoritmo de consenso que funciona mejor con cadenas de bloques privadas.

El algoritmo PoET fue presentado por primera vez por los desarrolladores de software de Intel e implementado para Hyperledger Sawtooth, dirigido a blockchains e instituciones privadas.

Es posible que el algoritmo no sea tan popular como otras cadenas de bloques, ya que no se definió adecuadamente. Pero la idea era presentar un motor de estilo Nakamoto listo para usar que permitiera a las cadenas de bloques privadas elegir al siguiente productor de bloques. ¿Y en qué se diferencian? Bueno, el algoritmo genera un "tiempo de espera aleatorio" para cada nodo de la red, y durante ese tiempo el nodo debe "sueño.” El nodo con el período de espera más corto se despierta primero y gana el derecho a producir un bloque en la cadena. 

Entonces, la principal diferencia es que los mineros en PoET no funcionan las 24 horas del día, los 7 días de la semana y consumen menos energía. Además, en una red PoW, los mineros compiten para codificar el encabezado del siguiente bloque, mientras que en PoET es más un sistema de selección aleatoria.

Preguntas frecuentes sobre algoritmos de consenso: 

¿Será Ethereum más rápido ahora que ha hecho la transición a PoS?

Una idea errónea común es que Ethereum escalará automáticamente ahora que es una cadena de bloques basada en PoS. Sin embargo, esta transición se hizo para mejorar Ethereum al:

• Reducir el consumo de energía
• Reducir las barreras de entrada al eliminar los requisitos de hardware
• Permitir sanciones económicas por mal comportamiento de los nodos
• Presentamos un nuevo modelo para las emisiones de tokens 
• Y una mejor infraestructura para trabajar con soluciones Ethereum Layer-2.

¿Qué son las cadenas de bloques sin permiso y con permiso?: 

Una cadena de bloques sin permiso se refiere a una cadena de bloques pública en la que cualquier persona puede realizar transacciones, revisar el historial de transacciones, apostar monedas, convertirse en validador, etc. Por otro lado, en las cadenas de bloques autorizadas (privadas), solo los miembros con permiso pueden acceder a la red para hacer transacciones, interactuar con los nodos de la red, rastrear la actividad en la cadena, etc.

¿Es PoW el algoritmo de consenso más seguro? PoW tiene una buena cantidad de desventajas, pero hasta ahora ha sido la forma más probada y confiable de mantener el consenso y la seguridad de una red en una cadena de bloques.

Pensamientos finales: explicación del algoritmo de consenso

Blockchain es una tecnología capaz de resolver muchos desafíos y puntos débiles dentro de diferentes industrias, no solo la banca y las finanzas. Sin embargo, tiene sus propios reveses. Por lo tanto, los desarrolladores han creado múltiples tipos y versiones de algoritmos de consenso para abordar problemas comunes, como la centralización, la falta de escalabilidad y el bajo rendimiento. 

Pero hablar sobre el futuro de los algoritmos de la cadena de bloques es difícil debido a un desafío: el trilema de la cadena de bloques. Descrito por primera vez por Vitalik Buterin, establece la incapacidad de las redes blockchain para proporcionar dos de tres beneficios: descentralización, seguridad y escalabilidad. Hay varias plataformas de blockchain, como Fantom y Solana, que han implementado sus propias versiones híbridas de algoritmos de consenso en un intento de resolver el trilema de blockchain, pero ninguno ha tenido éxito hasta ahora. 

Se han realizado otros enfoques técnicos para mejorar las propiedades de la cadena de bloques, y uno de los más populares es la capa 2, que son cadenas conectadas a una capa 1, por ejemplo, Arbitrum con Ethereum, y fragmentación, que divide toda la cadena de bloques en muchas redes más pequeñas. Buterín considera fragmentación como el mejor enfoque para proporcionar las tres propiedades de una cadena de bloques perfecta.