Los protocolos de prueba de participación ( PoS ) son una clase de mecanismos de consenso para blockchains que funcionan seleccionando validadores en proporción a su cantidad de tenencias en 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 el esquema, en la superficie, todavía se parecía a un POW. [1]
Para que se reconozca una transacción de blockchain, se debe agregar a la cadena de bloques. En la cadena de bloques de prueba de participación, las entidades adjuntas se denominan acuñadores ovalidadores (en lasde prueba de trabajoesta tarea la realizan 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 exigir que los validadores tengan una cierta cantidad de tokens de blockchain, lo que requiere que los atacantes potenciales adquieran una gran fracción de los tokens en la blockchain para montar un ataque.[4]
La prueba de trabajo (PoW), otro mecanismo de consenso comúnmente utilizado, utiliza una validación de la destreza computacional para verificar las transacciones, lo que requiere que un atacante potencial adquiera una gran fracción del poder 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 estuvieron plagadas de una serie de nuevos ataques que explotaron las vulnerabilidades únicas de los protocolos PoS. Con el tiempo, surgieron dos diseños dominantes: los llamados enfoques basados en cadena y basados en tolerancia a fallos bizantinos . [6] Bashir identifica tres tipos más de PoS: [7]
Las vulnerabilidades adicionales de los esquemas PoS están directamente relacionadas con su ventaja: se requiere una cantidad relativamente baja de cálculos al construir una cadena de bloques. [8]
La baja cantidad de potencia informática involucrada permite una clase de ataques que reemplazan una porción no despreciable de la cadena de bloques principal con una versión secuestrada. Estos ataques reciben diferentes nombres en la literatura: 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 potencia informática (y por lo tanto dinero) en el proceso, son propensos al ataque de Nada en Juego : la participación en una validación exitosa aumenta las ganancias del validador, por lo que hay una -en un incentivo para que los validadores acepten todas las bifurcaciones de cadena que se les presenten, aumentando así las posibilidades de ganar la tarifa de validación. Los esquemas PoS permiten la creación de alternativas de blockchain de bajo costo a partir de cualquier momento 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 Byzantine Fault Tolerance generalmente se consideran robustos contra esta amenaza. [12]
El ataque de soborno, en el que los atacantes inducen financieramente a algunos validadores a aprobar su bifurcación de blockchain, se ve reforzado en PoS, ya que reescribir una gran parte de la historia podría permitir la connivencia de partes interesadas que alguna vez fueron ricas y que ya no tienen cantidades significativas en juego para reclamar un beneficio necesario. mayoría en algún momento atrás en el tiempo, y hacer crecer la cadena de bloques alternativa a partir de ahí, una operación posible gracias al bajo costo informático de agregar bloques en el esquema PoS. [10]
Esto es esencialmente 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 tictac del reloj (|| es concatenación):
La menor cantidad de cálculos necesarios para resolver el rompecabezas para las partes interesadas de alto valor ayuda a evitar el exceso de hardware. [13]
También conocido como "basado en comité", este esquema implica la elección de un comité de validadores utilizando una función aleatoria verificable con mayores probabilidades de ser elegido con mayor participación. Luego, los validadores se turnan aleatoriamente para producir bloques. NPoS es utilizado por Ouroboros Praos y BABE . [14]
El resumen de la "época" de BFT PoS (agregar un bloque a la cadena) es el siguiente: [15]
El plan funciona siempre que no más de un tercio de los validadores sean deshonestos. Los esquemas 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 conocido como testigos , votando proporcionalmente a sus apuestas, luego los testigos se turnan en forma circular para proponer nuevos bloques que luego son votados por los testigos, generalmente al estilo BFT. Dado que hay menos validadores en DPoS que en muchos otros esquemas PoS, el consenso se puede establecer más rápido. El esquema se utiliza en muchas cadenas, incluidas EOS, Lisk, Tron. [dieciséis]
En el PoS líquido, cualquiera que tenga una participación puede declararse validador, pero para los pequeños propietarios 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 por tarifas, reputación y otros factores. Los poseedores de tokens son libres de cambiar su soporte 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 "edad de las monedas", el producto de la cantidad de tokens por la cantidad de tiempo que un solo usuario los ha mantenido, 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 [update], 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 una prueba de trabajo a un sistema de mecanismo de consenso de 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 hará 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 Gran influencia en la gestión y dirección de una cadena de bloques criptográfica. [27] [28]
En 2021, un estudio de la Universidad de Londres encontró 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 que se estudió incluso bajo el 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. [29] Los investigadores también observaron que el consumo de energía para la prueba de participación con sistemas autorizados que utilizaban menos validadores (que la prueba de trabajo). o (que otra prueba de apuestas)? [ se necesita aclaración ] eran [ ¿quiénes? ] más eficiente que los sistemas sin permisos que no utilizan validadores en absoluto. [30] Tampoco pudieron encontrar el consumo de energía de un sistema de prueba de participación a gran escala, ya que dicho sistema no existía en el momento del informe.
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. [31]
El 15 de septiembre de 2022, Ethereum hizo la transición de su mecanismo de consenso de prueba de trabajo a prueba de participación en un proceso de actualización conocido como "la fusión". Esto ha reducido el uso de energía de Ethereum en un 99%. [32]
