¿Qué son los algoritmos de consenso en blockchain?

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## IntroducciónUn algoritmo de consenso es un mecanismo fundamental que permite la coordinación entre usuarios o máquinas en un entorno distribuido. Su función principal es garantizar que todos los agentes del sistema lleguen a un acuerdo sobre una única fuente de verdad, incluso cuando algunos componentes fallan. Este concepto, conocido como tolerancia a fallos, es esencial para el funcionamiento de las redes blockchain.En sistemas centralizados, una entidad única controla y alimenta la red, pudiendo realizar modificaciones según su criterio sin necesidad de complejos sistemas de gobernanza. Sin embargo, en sistemas descentralizados, el escenario cambia radicalmente. Al trabajar con bases de datos distribuidas, surge la cuestión: ¿cómo establecer acuerdos sobre qué datos incorporar?Superar este desafío en un entorno donde los participantes no confían entre sí representó probablemente el avance más crucial que abrió camino para las blockchains. Este artículo explora por qué los algoritmos de consenso son vitales para el funcionamiento de las criptomonedas y los registros distribuidos.## Algoritmos de consenso y criptomonedasEn el ecosistema de criptomonedas, los saldos de los usuarios se registran en una base de datos denominada blockchain. Es fundamental que todos los nodos mantengan una copia idéntica de esta base de datos, ya que la aparición de información contradictoria podría comprometer la integridad de toda la red.La criptografía de clave pública asegura que los usuarios no puedan gastar las monedas ajenas. No obstante, debe existir una única fuente de verdad en la que los participantes se apoyen para determinar si los fondos ya han sido utilizados.Satoshi Nakamoto, creador de Bitcoin, propuso el sistema Proof of Work (PoW) para coordinar a los participantes. Analizaremos su funcionamiento más adelante, pero primero identificaremos características comunes entre diversos algoritmos de consenso existentes.Inicialmente, se solicita a los usuarios que desean añadir bloques (validadores) que proporcionen una garantía o "stake". Este elemento representa un valor que el validador debe comprometer para disuadirlo de actuar maliciosamente. Si intenta engañar al sistema, perderá su garantía, que puede consistir en poder computacional, criptomonedas o su reputación.¿Por qué arriesgarían sus propios recursos? La respuesta es simple: existe una recompensa en juego. Generalmente, esta recompensa se materializa como la criptomoneda nativa del protocolo, basada en comisiones pagadas por los usuarios, en nuevas criptomonedas generadas, o en ambas fuentes.El último requisito fundamental es la transparencia. Es necesario poder identificar cuando alguien intenta engañar al sistema. Idealmente, debería resultar costoso para los validadores producir bloques, pero económico para cualquier usuario verificarlos. Esto garantiza que los validadores estén también supervisados por usuarios comunes.## Tipos de algoritmos de consenso### Proof of Work (PoW)El Proof of Work (PoW) es el algoritmo de consenso blockchain por excelencia. Se implementó inicialmente con Bitcoin, aunque el concepto existía desde mucho antes. En este sistema, los validadores (llamados mineros) aplican funciones hash a los datos que desean añadir hasta producir una solución específica.Un hash es una secuencia aparentemente aleatoria de caracteres generada al ejecutar una función hash. Si los datos de entrada son idénticos, los resultados serán los mismos. Sin embargo, la más mínima alteración genera un hash completamente diferente.Los datos de salida no permiten determinar los datos de entrada, convirtiendo esta función en un método eficaz para demostrar que se conocía un dato durante cierto tiempo. Se puede proporcionar el hash a un tercero y, al revelar los datos, esa persona puede verificar que la salida coincida al ejecutarlos en la función.En PoW, el protocolo define las condiciones que hacen válido un bloque. Por ejemplo, podría establecer que solo un bloque cuyo hash comience con "00" es válido. La única forma de que un minero cree un bloque válido es mediante fuerza bruta, modificando un parámetro en sus datos para producir diferentes resultados hasta encontrar el correcto.En las principales blockchains, el nivel de dificultad es extremadamente alto. Para competir eficazmente, se requieren instalaciones equipadas con ASICs, hardware específicamente diseñado para aumentar las probabilidades de producir un bloque válido.En la minería, la inversión corresponde al costo de estas máquinas y la energía eléctrica necesaria para su funcionamiento. Los ASICs están diseñados exclusivamente para minería, sin utilidad fuera de este ámbito. La única forma de recuperar la inversión inicial es minando y ganando recompensas al añadir con éxito nuevos bloques a la blockchain.La verificación de un bloque por parte de la red es sencilla: una sola ejecución de la función permite comprobar los resultados. Si los datos generan un hash válido, el bloque será aceptado y el minero recibirá su recompensa. En caso contrario, la red lo invalidará, resultando en una pérdida de tiempo y electricidad.### Proof of Stake (PoS)El Proof of Stake (PoS) fue propuesto en los primeros días de Bitcoin como alternativa al Proof of Work. En PoS no existen mineros, hardware especializado ni consumo masivo de energía. Lo único necesario es un ordenador convencional.Y un elemento adicional fundamental: la inversión en monedas del sistema. En PoS, en lugar de utilizar recursos externos (hardware y electricidad), se emplean recursos internos (criptomonedas). Las reglas varían según el protocolo, pero generalmente se requiere un valor mínimo para participar en el staking.Los fondos deben bloquearse en una wallet (no pueden moverse durante el periodo de staking). Habitualmente, los validadores acuerdan qué transacciones pasarán al siguiente bloque. En cierto modo, se apuesta por qué bloque será seleccionado, dejando que el protocolo decida el resto.Si el bloque propuesto resulta seleccionado, el validador recibe una parte de las comisiones de transacción, proporcional a su stake. Cuanto mayor sea la cantidad bloqueada, mayores serán las probabilidades de ganar. Sin embargo, intentar engañar al sistema ofreciendo transacciones inválidas resultaría en la pérdida parcial o total del stake. Así, se establece un mecanismo similar al PoW: actuar honestamente resulta más rentable que hacerlo fraudulentamente.Generalmente, las criptomonedas recién creadas no forman parte de las recompensas del validador. La moneda nativa de la blockchain debe, por tanto, emitirse de forma diferente. Esto puede realizarse mediante una distribución inicial (por ejemplo, un ICO o IEO) o utilizando PoW en las etapas iniciales del protocolo antes de la transición a PoS.Hasta la fecha, el Proof of Stake puro se implementa principalmente en criptomonedas de menor capitalización. Por tanto, no está completamente demostrado si puede constituir una alternativa viable al PoW a gran escala. Aunque teóricamente parece válido, la implementación práctica presenta diferentes desafíos.Cuando el PoS se implementa en redes con gran volumen de información, el sistema se convierte en un perfecto campo de experimentación para incentivos financieros y teoría de juegos. Quienes poseen el conocimiento para "hackear" un sistema PoS solo lo intentarán si existe posibilidad de aprovecharlo, por lo que la única forma de evaluar su vulnerabilidad es probándolo directamente en la red.Pronto veremos pruebas a gran escala de PoS con la implementación de Casper como parte de las actualizaciones de la red Ethereum (también conocida como Ethereum 2.0).## Otros algoritmos de consensoProof of Work y Proof of Stake son los algoritmos de consenso más comunes, pero existen muchas otras variantes, cada una con sus ventajas e inconvenientes:- Proof of Delayed Work- Leased Proof of Stake- Proof of Authority- Proof of Burn- Delegated Proof of Stake- Consenso híbrido PoW/PoS## ConclusiónLos mecanismos para alcanzar consenso son vitales para el funcionamiento de sistemas distribuidos. Muchos consideran que la mayor innovación de Bitcoin radica en el uso de Proof of Work para permitir que los usuarios acuerden un conjunto compartido de hechos.Actualmente, los algoritmos de consenso sustentan no solo sistemas de moneda digital, sino también blockchains que permiten a los desarrolladores ejecutar código en redes distribuidas. Constituyen un pilar fundamental de la tecnología blockchain y resultan esenciales para la viabilidad a largo plazo de las diversas redes existentes.Entre todos los algoritmos de consenso, el Proof of Work continúa siendo el más utilizado. De hecho, aún no se ha propuesto una alternativa más fiable y segura. Sin embargo, existe una intensa investigación y desarrollo en curso para sustituir el PoW, siendo altamente probable que surjan nuevas soluciones de consenso en los próximos años.