Proof-of-Work, también conocido como prueba de trabajo (PoW), es el rey indiscutible de los mecanismos de consenso en blockchain, y es crucial entender sus orígenes y su funcionamiento.
PoW es un mecanismo de consenso en blockchain que incentiva la validación de la red al recompensar a los mineros por agregar potencia computacional y dificultad a la red. Se trata de un sistema de lotería en el que los mineros aumentan sus posibilidades de recibir la recompensa cuanto más poder computacional agregan.
Este mecanismo de consenso representa alrededor del 60% de la capitalización total del mercado de criptomonedas.
Historia de Proof-of-Work
El origen de PoW se remonta a 1993, cuando Cynthia Dwork y Moni Naor buscaban una solución para combatir el correo no deseado y los ataques de denegación de servicio (DoS). En 1997, Adam Black integró esta idea en Hashcash, una solución que dificultaba que los spammers enviaran grandes volúmenes de correos electrónicos.
La solución para el spam implicaba aumentar el costo de enviar correos electrónicos individuales, demostrando que se podía utilizar la dificultad computacional para representar el valor de algo en línea. Esta idea inspiró a otros a intentar crear una representación digital del efectivo.
La idea resurgió en la «Teoría de Coleccionables» de Nick Szabo y en el artículo «Shelling Out: The Origins of Money«. En 2004, Hal Finney creó una versión llamada «reusable proof-of-work«, y en 2009, Satoshi Nakamoto implementó el mecanismo de consenso PoW para Bitcoin.
Lo que Hace Diferente a Proof-of-Work
Iteraciones anteriores a Bitcoin fallaron porque requerían entidades centralizadas para prevenir el doble gasto de tokens digitales. Satoshi resolvió este problema utilizando la teoría de juegos para incentivar a voluntarios anónimos llamados mineros a verificar la validez de todas las transacciones de Bitcoin, asegurando que nadie realizara doble gasto.
Esta gamificación incentiva la participación en la red tan efectivamente que países como El Salvador usan Bitcoin como moneda de reserva. Sin embargo, se cree que el crecimiento actual, que consume aproximadamente 99 teravatios-hora de electricidad al año, es insostenible.
Fundamentos de Proof-of-Work (PoW)
El objetivo fundamental de PoW es mantener la integridad y seguridad de todas las transacciones en la red. Aquí hay un desglose:
El Trabajo (los Mineros)
Las blockchains de PoW son respaldadas por una red de computadoras descentralizadas llamadas nodos. Tienen dos tareas: aceptar lotes de transacciones de otros nodos y validar (o proponer) nuevos bloques de transacciones a la red.
Estos nodos también se llaman mineros porque gastan poder de cómputo y recursos a cambio de la criptomoneda subyacente de la red.
El «trabajo» en PoW es la potencia computacional que los nodos deben contribuir para validar un nuevo bloque de transacciones. Esta potencia se representa mediante la función hash criptográfica SHA-256, lo que distingue a este mecanismo de consenso de sus contrapartes.
Un Algoritmo Difícil
Un algoritmo llamado ajuste de dificultad asegura que a la red le tome un tiempo fijo validar nuevos bloques de transacciones. El ajuste de dificultad ocurre aproximadamente cada 2,016 bloques (aproximadamente cada dos semanas) para mantener el tiempo de bloque objetivo de 10 minutos.
Los mineros ganan la recompensa cuando adivinan un hash que cae por debajo del umbral proporcionado por la red. Una vez que un minero encuentra el hash válido del bloque, lo transmite a otros mineros, que pueden validar y agregar rápidamente el nuevo bloque a sus copias de la cadena de bloques.
Este proceso elimina la posibilidad de que los mineros incluyan transacciones maliciosas, como un intento de un usuario de realizar doble gasto de monedas.
La Recompensa
Hay una regla codificada con respecto a la cantidad pagada al minero que completa el PoW. En el momento de escribir esto, los mineros ganan fijamente 6.25 BTC por bloque, más las tarifas de transacción del usuario.
Este potencial de recompensa incentiva a los mineros a competir en el PoW y a permanecer honestos, ya que cualquier intento de engañar al sistema desperdiciaría recursos.
La cantidad de recompensa se reduce a la mitad cada 210,000 bloques (aproximadamente cuatro años). Esta tasa de disminución se conoce como el ciclo de reducción a la mitad. Muchos temen que si el precio del bitcoin no sigue el ritmo, los mineros perderán el incentivo de participar.
Sin embargo, a medida que los mineros se desconectan de la red, la dificultad disminuye en consecuencia. Este equilibrio hace que el costo de minar bitcoin también disminuya.
Economía de la Minería de Bitcoin
La minería de Bitcoin no solo es una actividad técnica, sino también una empresa económica. Aquí hay algunos aspectos adicionales relacionados con la economía de la minería de Bitcoin:
Recompensas del Bloque y Tarifas de Transacción
La recompensa principal para los mineros de Bitcoin es la recompensa del bloque, que actualmente es de 6.25 bitcoins por bloque (la mitad de la cantidad original de 50 bitcoins cuando comenzó Bitcoin en 2009).
Además de la recompensa del bloque, los mineros también pueden recibir tarifas de transacción de las transacciones incluidas en el bloque. Las tarifas de transacción son pagadas por los usuarios para que sus transacciones se procesen más rápidamente, las cuales pueden variar según la congestión de la red y la urgencia del usuario.
Halving
Cada cierto período (aproximadamente cada cuatro años), la recompensa del bloque se reduce a la mitad en un evento conocido como «halving».
Esto está programado en el código de Bitcoin y tiene el efecto de limitar la oferta de nuevas monedas y, en teoría, puede tener un impacto en el valor de Bitcoin debido a la escasez percibida.
Costos Operativos
Los mineros enfrentan costos operativos significativos, que incluyen la inversión en hardware de minería, costos de electricidad y gastos generales.
El costo de la electricidad es especialmente relevante, ya que la minería de Bitcoin es intensiva en energía. Los mineros buscan ubicaciones con electricidad barata para maximizar sus márgenes de beneficio.
Competencia
La minería de Bitcoin es una empresa altamente competitiva. Dado que solo un minero puede agregar el próximo bloque a la cadena de bloques y recibir la recompensa, hay una fuerte competencia entre los mineros.
Aquellos con más poder de cómputo (mayor tasa de hash) tienen más probabilidades de ser los primeros en resolver el rompecabezas criptográfico y agregar el bloque.
Estrategias de Minado
Los mineros deben tomar decisiones estratégicas, como cuánto poder de cómputo dedicar a la minería, si unirse a un grupo de minería (mining pool) para compartir recompensas, y cómo gestionar los ingresos y los costos para garantizar la rentabilidad.
Cambios en la Tecnología
La tecnología de minería de Bitcoin ha evolucionado significativamente desde los primeros días, desde la minería con CPU hasta la minería con GPU y luego a la minería con circuitos integrados de aplicación específica (ASIC).
Los avances tecnológicos pueden hacer que el hardware existente sea obsoleto, lo que lleva a una constante carrera de armamentos en la minería.
En general, la economía de la minería de Bitcoin es compleja y está sujeta a una serie de factores, desde la oferta y la demanda de Bitcoin hasta los costos operativos y la competencia en la red.
Los mineros deben equilibrar cuidadosamente estos factores para mantener sus operaciones rentables a lo largo del tiempo.
Diferencias entre Proof-of-Work y Proof-of-Stake
La principal diferencia entre Proof-of-Work y Proof-of-Stake es el requisito de dificultad. En Proof-of-Stake, los nodos validadores compiten por bloques bloqueando o delegando más del token de la red. Esto requiere menos energía pero puede hacer que la barrera de entrada sea más costosa.
El modelo de consenso Proof-of-Work se utiliza más para redes de criptomonedas centradas en pagos y casos de uso monetarios.
Otras blockchains, como Ethereum, Cardano y Solana, se centran en impulsar aplicaciones descentralizadas y utilizan el modelo Proof-of-Stake (PoS), aunque Ethereum comenzó con Proof-of-Work y están migrando el proceso..
Ejemplos de Proof-of-Work
Más del 60% de la capitalización del mercado de criptomonedas utiliza algoritmos de Proof-of-Work. Sin embargo, las redes más valiosas que implementan este modelo de consenso son:
Bitcoin
La red es el sistema PoW más seguro y descentralizado del mundo. El éxito de Bitcoin se atribuye principalmente a la ingeniería ingeniosa de PoW de Satoshi, que, además de la seguridad, proporciona una economía sostenible para los participantes de la red.
Litecoin
Lanzado en 2011 como un fork de Bitcoin, copiando aspectos de la red original, como su modelo de consenso PoW. Litecoin a menudo se llama la plata para el oro de Bitcoin y sigue entre los principales activos de criptomonedas por valor de mercado.
Dogecoin
Inspirada en memes, Dogecoin se lanzó en 2013, implementando la tecnología PoW con raíces rastreables hasta Litecoin. Dogecoin y Litecoin permiten transacciones más rápidas pero generalmente son menos seguras que Bitcoin.
Monero
Es una criptomoneda centrada en la privacidad que implementa un algoritmo de Proof-of-Work. Sus características únicas, como firmas de anillo y direcciones furtivas, dificultan el rastreo de transacciones en la cadena de bloques.
Bitcoin Cash
Creada en 2017 como resultado de un hard fork de la cadena de bloques de Bitcoin, utiliza un algoritmo de consenso Proof-of-Work similar al de Bitcoin. Bitcoin Cash busca mejorar la escalabilidad y la velocidad de las transacciones aumentando el límite del tamaño del bloque.
Cómo Funciona Proof-of-Work
La minería de Bitcoin a través de Proof-of-Work funciona de manera similar a comprar boletos de lotería con un sorteo de premios cada 10 minutos.
Cualquiera puede participar comprando una máquina de minería de Bitcoin y conectándola a la red. Aunque todos tienen las mismas posibilidades de ser seleccionados, comprar más boletos aumenta la probabilidad estadística de ganar la lotería.
En este ejemplo, los boletos de lotería representan la tasa de hash desplegada, mientras que el premio es la recompensa en BTC pagada por crear con éxito un bloque de Bitcoin. La tasa de hash es la cantidad de hashes por segundo que el equipo de minería puede realizar para encontrar la función hash criptográfica mencionada anteriormente. Cuanto más eficiente sea un dispositivo de minería, mayores serán las posibilidades de que un minero gane las recompensas del bloque.
Mientras tanto, los usuarios pueden unirse a grupos de minería, similares a grupos de oficina o sindicatos.
Unirse al grupo aumenta voluntariamente sus posibilidades de ganar la lotería por el aumento en la capacidad de cómputo, pero cada victoria en un grupo de minería público se divide entre los miembros en proporción a su tasa de hash.
Muchos critican a los grupos por ser una fuerza centralizadora en la red, pero los participantes individuales proporcionan un contrapeso a esa centralización. Pueden abandonar el grupo fácilmente, una característica útil si el grupo intenta ser deshonesto.
Al igual que la lotería, las reglas de participación y las recompensas potenciales están codificadas en el software de Bitcoin. Cualquiera puede verificar estas reglas y aceptar jugar según ellas si elige configurar una operación de minería de Bitcoin.
Desafíos de Proof-of-Work
Aunque Proof-of-Work ha demostrado ser un mecanismo de consenso sólido y seguro, enfrenta varios desafíos, algunos de los cuales son:
Consumo de Energía
El proceso de minería de PoW requiere una cantidad significativa de energía, lo que ha llevado a críticas en términos de sostenibilidad ambiental. A medida que la red de Bitcoin crece, también lo hace su consumo de energía.
Centralización
La minería de PoW ha llevado a la formación de grandes piscinas mineras (mining pools) donde los mineros combinan su poder de cómputo. Esto ha llevado a preocupaciones sobre la centralización, ya que algunas de estas piscinas pueden tener un control significativo sobre la red.
Competencia y Carrera de Armas
La naturaleza competitiva de PoW ha llevado a una carrera de armas, donde los mineros buscan constantemente mejorar su poder de cómputo para ganar recompensas. Esto puede resultar en la obsolescencia rápida del hardware y un ciclo constante de actualizaciones.
Seguridad Posterior
A medida que aumenta el poder de cómputo en la red, también lo hace la dificultad de los ataques. Sin embargo, existe la posibilidad teórica de que una entidad con una gran cantidad de poder de cómputo podría realizar un ataque del 51%, lo que amenazaría la seguridad de la red.
Conclusión
Proof-of-Work ha demostrado ser un mecanismo de consenso sólido y seguro que ha impulsado el éxito de criptomonedas como Bitcoin. Sin embargo, también enfrenta desafíos, especialmente en términos de consumo de energía y centralización.
A medida que evoluciona la tecnología blockchain, es probable que veamos la implementación de diferentes mecanismos de consenso que aborden estos problemas y ofrezcan soluciones más sostenibles y descentralizadas.