Basics
Proof of Work (PoW) es un algoritmo de consenso utilizado comúnmente por redes blockchain para asegurar transacciones y prevenir el doble gasto. Satoshi Nakamoto introdujo PoW en el white paper de Bitcoin de 2008. Sin embargo, tecnologías similares existían antes. Uno de los primeros ejemplos de algoritmos PoW es HashCash, de Adam Back, diseñado para reducir el spam exigiendo a los remitentes realizar cierto cómputo antes de enviar un correo. El coste computacional sería despreciable para usuarios legítimos, pero podría acumularse rápidamente para quienes envían correos masivos de spam.
Preventing Double-Spends on Digital Money
El dinero digital tiene un desafío único: la posibilidad del doble gasto. El doble gasto ocurre cuando los mismos fondos se gastan más de una vez. Este término es exclusivo del contexto del dinero digital. A diferencia del efectivo físico, en el que no se puede gastar el mismo billete dos veces, el efectivo digital puede duplicarse con facilidad. Para evitar que el valor de la moneda se derrumbe por el doble gasto, es necesario impedir que la gente copie y gaste las mismas unidades en lugares distintos.
The Necessity of Proof of Work
Proof of Work es un componente esencial de la tecnología blockchain. Cuando un usuario difunde una transacción a la red, no se vuelve inmediatamente válida. En su lugar, debe ser primero añadida a la blockchain. La blockchain actúa como una gran base de datos a la que todos los usuarios pueden acceder, permitiéndoles verificar si los fondos ya han sido gastados.
Para entender este concepto, imagina que tú y tus tres amigos tienen un bloc de notas. Siempre que se realiza una transferencia de unidades, esta se registra en el bloc. Sin embargo, cada transacción también hace referencia a la transacción de la que procedían los fondos. Por ejemplo, si Bob paga a Carol dos unidades, la entrada diría "Bob paga a Carol dos unidades desde esta transacción anterior con Alice". Este sistema crea un libro contable rastreable de todas las unidades e impide el doble gasto de los mismos fondos.
Este enfoque funciona bien para grupos pequeños, pero no escala bien. Cuando tienes un grupo de 10.000 participantes, es difícil encontrar a alguien lo bastante confiable como para gestionar el bloc de notas. Ahí es donde entra PoW. Utilizando una combinación de teoría de juegos y criptografía, PoW garantiza que los usuarios no están gastando fondos a los que no tienen derecho. Permite que cualquiera actualice la blockchain según las reglas del sistema, eliminando la necesidad de un tercero de confianza.
How does PoW work?
Las transacciones no se añaden una por una, sino que se agrupan en bloques. Tras anunciar las transacciones a la red, un usuario que crea un bloque las incluirá en un bloque candidato. Las transacciones solo son válidas una vez que el bloque candidato se confirma, es decir, se ha añadido a la blockchain.
Para añadir un bloque a la blockchain, los mineros deben usar sus recursos, específicamente potencia de cómputo, según lo exige Proof of Work. La tarea de los mineros consiste en calcular el hash de los datos del bloque hasta encontrar la solución a un acertijo.
En Proof of Work, los mineros deben aportar datos cuyo hash cumpla ciertas condiciones, lo que se hace mediante un juego de adivinanza. Toman la información de todas las transacciones que quieren añadir, junto con otros datos importantes, y la hashean junto con una pieza variable llamada nonce. Deben calcular hashes hasta encontrar uno que satisfaga las condiciones establecidas por el protocolo; en ese momento obtienen el derecho a difundir el nuevo bloque a la red.
Si encuentran un hash válido, serán recompensados con criptomoneda. Sin embargo, hacer trampa no es una opción, ya que cualquier bloque que incluya una transacción inválida será automáticamente rechazado por la red. El sistema lo garantiza mediante criptografía de clave pública, que permite a los usuarios verificar si alguien tiene el derecho de mover los fondos que intenta gastar.
Proof of Work es un proceso costoso, pero hace que hacer trampa sea caro y actuar honestamente rentable. Por tanto, se espera que los mineros racionales se comporten de forma que garanticen ingresos. Las condiciones para las principales criptomonedas actuales son increíblemente exigentes de satisfacer, lo que hace el proceso aún más difícil. No obstante, es posible verificar que un bloque es válido sin gastar mucho poder computacional.
Proof of Work vs. Proof of Stake
En los últimos años ha crecido la tendencia de blockchains que pasan de Proof of Work a Proof of Stake (PoS) o lo adoptan desde el inicio. Veamos las ventajas de PoS sobre PoW para entender por qué cada vez más proyectos lo eligen.
En PoS, los mineros se sustituyen por validadores, que se seleccionan de forma aleatoria y, si son elegidos, deben proponer un bloque. Si el bloque es válido, los validadores serán recompensados con las comisiones de transacción. Sin embargo, no cualquiera puede convertirse en validador, ya que el protocolo elige participantes según varios factores. Para ser elegible, los validadores deben bloquear (stake) una cantidad predeterminada de la moneda nativa de la blockchain. Este stake actúa como depósito de seguridad y, si se demuestra que un validador ha actuado deshonestamente, su stake se tomará como penalización.
Una de las ventajas más significativas de PoS es su menor huella de carbono. Dado que en PoS no hacen falta granjas de minería de alta potencia, la electricidad consumida es solo una fracción de la que usa PoW.
Aunque PoS se está implementando con gran entusiasmo, aún no ha demostrado su valía a gran escala. La minería es el único algoritmo de consenso que ha protegido transacciones por valor de billones de dólares en poco más de una década, a pesar de ser percibido como derrochador. Para saber si PoS puede rivalizar con la seguridad de PoW, el staking debe someterse a pruebas exhaustivas que aseguren su fiabilidad a largo plazo.
Conclusion
El problema del doble gasto fue resuelto de forma efectiva por Proof of Work, una solución fiable y segura que eliminó la necesidad de entidades centralizadas para evitar que los mismos fondos se gastaran dos veces. Mediante criptografía, funciones hash y teoría de juegos, los miembros de un ecosistema descentralizado pueden alcanzar consenso sobre el estado de un libro contable financiero.