Mantener el acuerdo entre los participantes sobre el estado actual de una blockchain es el papel clave de su mecanismo de consenso. Este mecanismo determina quiénes están autorizados para añadir nuevos bloques de transacciones. El objetivo principal del consenso es evitar la reescritura de la cadena.
El mecanismo de consenso principal usado en blockchains como Bitcoin es el Proof of Work puro. Este mecanismo permite a los mineros añadir nuevos bloques a la cadena adivinando la solución a un problema matemático mediante hardware especializado. Cuando un minero hace una conjetura válida, puede construir un bloque que la red acepta. Aunque los mineros pueden minar en cualquier cadena, la cadena legítima la determina la red por la mayor cantidad acumulada de Proof of Work, lo que se traduce en la cadena más larga con más hashes o intentos.
Se incentiva a los mineros a minar en la cadena más larga debido a la inclinación de la red a aceptarla como la cadena legítima. Cuando los mineros identifican un nuevo bloque válido, intentan encontrar una solución para el bloque siguiente que les permita construir sobre el anterior.
La dificultad para reescribir la blockchain es la base de su uso como libro mayor de transacciones financieras. Una vez que una transacción que envía monedas a una cartera aparece en un bloque y se construyen varios bloques encima (confirmaciones), la probabilidad de que ese bloque (y la transacción) sea reescrito es baja.
En criptomonedas de Proof of Work puro, si una entidad posee suficiente poder de hashing para superar a la cadena honesta, puede reescribir u organizar la blockchain minando sobre un bloque antiguo en lugar del más reciente. Este tipo de ataque también se conoce como un ataque del 51%.
El atacante gasta monedas en el bloque X enviándolas a un exchange y empieza en privado a minar una cadena paralela. Los bloques no se transmiten a la red. Tras el número requerido de confirmaciones, el atacante intercambia las monedas por otra cosa y las retira del exchange. Una vez completado el retiro, el atacante publica la cadena paralela. Si la cadena paralela tiene más Proof of Work que la original, la red la aceptará como la cadena legítima, y la versión de la historia representada por la cadena original, incluida la depósito del atacante, desaparecerá. Entonces el atacante estará libre para gastar las monedas de nuevo.
Los mineros juegan un papel crucial en la gobernanza de las criptomonedas PoW puras, ya que son los únicos que pueden añadir bloques directamente. Para que cualquier cambio en las reglas de consenso de la red se implemente, debe contar con el apoyo de la mayoría del poder de hash. Los soft forks requieren que suficientes mineros reconozcan un nuevo conjunto de reglas, permitiendo a los usuarios realizar transacciones y esperar que sean procesadas e incluidas en bloques. Por otro lado, los hard forks dividirían la red en dos componentes, y los mineros decidirían cuál de ellas se acepta como legítima, basándose en la regla ampliamente aceptada de que "la cadena con más Proof of Work es la cadena correcta a seguir".
El consenso Proof of Stake es una alternativa al Proof of Work para decidir quién puede añadir nuevos bloques y validar el estado actual de la blockchain. En lugar de que los mineros compitan por resolver un problema, el siguiente productor de bloque se determina por la cantidad de monedas retenidas en carteras (o “en staking”). Este sistema basado en la confianza asume que quienes tienen mayor participación tomarán decisiones responsables para toda la red.
PoS elimina la necesidad de minería intensiva en energía. Sin embargo, la falta de un gasto energético significativo crea otro problema, conocido como «nada en juego». En caso de una bifurcación de la cadena, los forjadores PoS están incentivados a validar bloques en ambas cadenas porque les cuesta muy poco trabajar en una cadena adicional y pueden cobrar recompensas en ambas. Esto es un problema para la red porque debe existir una sola cadena, y el propósito del consenso es acordar el estado de esa única cadena.
Proof of Stake tiene un problema adicional relativo a la distribución de tokens. Los mineros PoW afrontan costes significativos como hardware y electricidad y deben vender una parte importante de las monedas que minan para cubrir esos costes. Como resultado, muchas monedas minadas están disponibles en el mercado en lugar de ser acaparadas por los mineros. Sin embargo, los forjadores PoS tienen costes operativos muy bajos, por lo que no tienen la misma presión para vender las monedas que reciben por mantener la red. Los grandes poseedores que participan en PoS tienden a aumentar su participación en las monedas en circulación al cobrar recompensas de bloque y comisiones de transacción. Esto se ha comparado con el feudalismo, donde la red está efectivamente controlada por los poseedores de monedas y los usuarios les pagan una suerte de renta por utilizarla. Por lo general, existe un umbral por debajo del cual no es posible participar directamente en Proof of Stake.
Decred es una criptomoneda singular que utiliza tanto PoW como PoS para crear un mecanismo de consenso híbrido. El objetivo de los sistemas híbridos es equilibrar las debilidades mutuas y aprovechar los beneficios de cada enfoque. Aunque las “monedas masternode” también son híbridas, este artículo se centra en las monedas híbridas basadas en PoS y no en aquellas que emulan masternodes o Proof of Service.
El componente PoW de Decred usa la función de hash Blake-256, similar a otros proyectos basados en PoW. Sin embargo, su componente PoS es único. Para participar en PoS, los poseedores deben bloquear temporalmente sus DCR para comprar «tickets» y adquirirlos mediante un mecanismo similar al del mercado en el que el sistema apunta a un número fijo de tickets activos (40,960). Cuando alguien compra un ticket, los DCR utilizados quedan bloqueados hasta que su ticket sea llamado de forma seudorrandómica para votar o hasta que expire. Esto introduce un coste de oportunidad para PoS, garantizando que los votantes PoS tengan “skin in the game” y actúen en el mejor interés de la red.
Los participantes PoS, también llamados stakeholders, tienen tres roles distintos: votación de bloques, voto sobre cambios en las reglas de consenso y votación sobre la gestión del proyecto a nivel de propuestas mediante el Sistema de Propuestas Politeia. El primero de estos, la votación de bloques, es la forma en que los votantes PoS participan más directamente en el mantenimiento del consenso.
El diseño híbrido PoW/PoS de Decred otorga a los stakeholders poder sobre los mineros PoW, permitiéndoles vetar cambios en las reglas de consenso de la red. La capa de verificación PoS implica la selección aleatoria de tickets para votar sobre la validez de nuevos bloques. Para que un bloque sea válido, debe recibir votos de al menos 3 de los 5 tickets seleccionados. Los votantes PoS mantienen sus carteras abiertas y listas para responder a las llamadas de votación y reciben una recompensa por hacerlo.
Cuando un ticket es llamado a votar, su propietario puede aceptar o rechazar las transacciones regulares del bloque anterior. Si no se reciben al menos 3 votos, la red no reconocerá el nuevo bloque como válido. Los votantes PoS pueden rechazar comportamientos maliciosos o ineficientes votando "no", lo que puede impedir que mineros PoW problemáticos reciban recompensas. Este poder es independiente de sus propias recompensas, las cuales no pueden ser retiradas por los mineros PoW.
Esta capa PoS refuerza la resistencia de la red frente a ataques de mayoría. Los ataques de doble gasto requieren minar una cadena alternativa en secreto, lo cual no es posible en Decred porque se requiere la participación de tickets seleccionados aleatoriamente para que los nuevos bloques sean considerados válidos. Además, el sistema híbrido aumenta los costos de atacar la red al exigir que el atacante eluda tanto los sistemas PoW como PoS. La adquisición lenta de tickets también dificulta que un atacante acumule suficiente poder para llevar a cabo un ataque.
El requisito de que cada bloque sea votado por stakeholders seleccionados aleatoriamente mejora la seguridad de la red. Además, la blockchain se comparte con todos los participantes mientras se mina. En conjunto, el diseño híbrido PoW/PoS de Decred ha sido cuidadosamente elaborado para otorgar a los stakeholders un control significativo sobre la red, al tiempo que proporciona seguridad contra ataques.
Para dar a los stakeholders PoS un mayor control sobre la gobernanza de la blockchain, Decred incorporó un proceso de ratificación de actualizaciones en las reglas de consenso. Los cambios en las reglas de consenso de la red solo se implementan después de pasar por un proceso de votación y ser aprobados por al menos el 75% de los tickets votantes. Para iniciar este proceso, cierta proporción de mineros (95%) y votantes (75%) deben ejecutar software actualizado con cambios latentes en las reglas. Una propuesta se somete a un período de votación de 4 semanas, y si obtiene un apoyo del 75% se acepta; de lo contrario, se rechaza. Si una propuesta no alcanza ni la supermayoría ni la mayoría simple, se lleva a cabo una nueva votación. Tras la aprobación de una propuesta, el cambio de regla entra en vigor un mes después.
La distribución de las recompensas de bloque de Decred está diseñada de modo que el 60% va a mineros PoW, el 30% a votantes PoS y el 10% a un Tesoro que financia el desarrollo de software de código abierto que impulsa los objetivos del proyecto. Los poseedores de tickets ejercen su soberanía votando cómo debe utilizarse el fondo del Tesoro, qué funcionalidades deben incluirse y estableciendo políticas a través de la plataforma Politeia.
La blockchain de Decred emplea un sistema híbrido PoW/PoS, lo que la distingue de otros proyectos del grupo PoS. Los votantes PoS reciben solo el 30% de la recompensa de bloque, por lo que no pueden mantener su participación relativa del DCR en circulación solo mediante staking. La mayoría del DCR recién creado se asigna a mineros PoW que ayudan a asegurar la red y a abordar el problema de "nada en juego" que enfrentan los sistemas PoS puros. Para cubrir sus gastos operativos, los mineros suelen necesitar vender una proporción considerable de las recompensas que reciben, lo que mantiene una oferta equitativa de DCR en el mercado.
Si bien la arquitectura de la blockchain de Decred es única, futuros proyectos que utilicen enfoques híbridos PoW/PoS no necesariamente seguirán el marco de Decred. Es una clasificación general con variaciones significativas en su interior, al igual que ocurre entre proyectos que usan consenso PoS.