¿Cómo se validan las transacciones en ‘blockchain’?

La tecnología ‘blockchain’, o cadena de bloques, permite realizar un registro único de la información de los participantes de una red, haciendo posible la transferencia de datos entre ellos sin intermediarios. Esto aporta seguridad y transparencia a sistemas aplicados en el mundo de las criptomonedas o a procesos como las cadenas de suministro.

Precisamente por la ausencia de intermediarios, el proceso de validación de las transacciones que llevan a cabo los validadores de una red ‘blockchain’ es crucial para asegurar la seguridad y la integridad de la red. A diferencia de la actual Web 2.0, donde una entidad que ofrece servicios transaccionales por internet (por ejemplo, un banco) actúa como autoridad única en la verificación de cada transacción, en la Web 3.0, determinados algoritmos verifican la inclusión correcta en la cadena de bloques, comprobando las firmas digitales de las partes implicadas en cada transacción según acuerdos entre ellas.

Con el fin de abordar los desafíos que han ido surgiendo en la validación y maximizar su eficiencia, en paralelo a la evolución de la tecnología ‘blockchain’, se han ido desarrollando una gran variedad de los llamados mecanismos de consenso. Los mecanismos de consenso son pactos sobre aspectos de la red, como el orden de las transacciones, los validadores y las reglas del protocolo. Según sus particularidades, conllevan ventajas e inconvenientes, pero sus enfoques, aunque diferentes en su implementación, comparten el objetivo común de mantener la confiabilidad y la descentralización en el corazón de la red de la cadena de bloques.

Tipos de mecanismos de consenso en ‘blockchain’

El mecanismo de consenso más conocido es el basado en la Prueba de Trabajo (PoW, por sus siglas en inglés), sobre el que se cimientan bitcoin y la mayoría de las criptomonedas. “Es el primer enfoque que resolvió de manera descentralizada el 'Problema de los Generales Bizantinos', o cómo garantizar que todos los actores en un ecosistema perciban la misma información en todo momento, sin necesidad de terceras partes en quienes confiar como garantes del estado de los datos”, explica Jorge Ordovás, director del Máster en ‘Blockchain’ y Web3 de la Universidad Europea.

Cada transacción que se produce en una red ‘blockchain’ determinada se verifica mediante la resolución de un problema matemático complejo, y el primer miembro de la red en lograrlo se convierte en su validador y es recompensado con cierta cantidad de moneda digital. Este incentivo garantiza que a la cadena se incorporan únicamente bloques válidos. El proceso se basa en un código complejo y extenso generado aleatoriamente mediante criptografía, conocido como ‘hash’, al cual se asocian las transacciones. “Si se intenta alterar una transacción, el ‘hash’ cambiará. Esto es esencial para la inmutabilidad de la red”, explica Guillem Ferrer, consultor en desarrollo de productos y estrategia Web3. Además, cada bloque contiene el ‘hash’ del bloque anterior. Modificar una transacción en un bloque previo conlleva alterar todos los bloques subsiguientes, lo que influye en la seguridad de la red.

Cuanto mayor sea el número de participantes (nodos) o de ordenadores potentes que se unan a la red, más difícil será crear un bloque válido. Este constituye su principal obstáculo, ya que demanda un consumo considerable de energía y recursos para resolver problemas cada vez más complejos. Esto determina la escasa escalabilidad del sistema debido a la lentitud del mecanismo de validación. No obstante, es un mecanismo confiable en entornos con un amplio grupo de nodos. Esto se conoce como el ‘efecto red’, un parámetro clave para la seguridad que evita el ‘ataque del 51%’, donde un actor posee la mayor parte de la capacidad de cómputo y puede influir en el mecanismo en su beneficio.

Otro mecanismo común es la Prueba de Participación (PoS), que requiere que los validadores depositen sus criptomonedas o ‘tokens’ para validar transacciones, generar nuevos bloques (minería) y recibir recompensas en forma de parte de las comisiones de transacción. Esto hace que sea un sistema más ágil y escalable, además de tener un menor impacto energético. “La elección de quién depositó una garantía previa para ser elegible determina la selección de los nuevos bloques. Cuantos más depósitos realice un participante, más posibilidades tendrá de ser elegido, como en un sorteo de lotería”, compara Ordovás.

En octubre de 2022, la ‘blockchain’ Ethereum llevó a cabo una gran actualización por la que pasó de trabajar con el consenso PoW a hacerlo con PoS, reduciendo hasta un 99,95% la energía que requería hasta ese momento para operar.

“Hay un gran debate en torno a cuál de los dos sistemas es más fiable”, apunta Francisco Maroto, responsable de Blockchain y Activos Digitales de BBVA. “Los usuarios más devotos de bitcoin afirman que PoS tiene muchos riesgos, mientras que los defensores de PoS replican que PoW no es sostenible. El debate continuará”.

“Hay una proliferación de modelos de consenso, pero solo unos pocos perseverarán a largo plazo”.

Por otro lado, Ferrer subraya el debate que existe en torno a la centralización y la seguridad: “Algunos argumentan que la aparente centralización de los grupos de minería en PoW facilita un posible 'ataque del 51%'. Sin embargo, los PoS también pueden ser más centralizados, ya que los poseedores iniciales tienen un mayor control debido a que el precio era menor, lo que dificulta la competencia de los recién llegados”.

“Para lograr la inmutabilidad y la incuestionabilidad de ‘blockchain’, es imprescindible un método incorruptible”, afirma por su parte Philippe Meyer, responsable de Soluciones Digitales y Blockchain en BBVA en Suiza. “Bitcoin empleaba la electricidad como medio para asegurar sus transacciones. Debido a la evidente preocupación por el medio ambiente, surgieron métodos alternativos. Esto ha provocado una proliferación de modelos de consenso, pero solo unos pocos perseverarán a largo plazo. Como institución financiera que aporta confianza a nuestros clientes y contrapartes, supervisamos meticulosamente todos aquellos mecanismos que hacen más eficiente la generación de confianza”.

Mecanismos de consenso alternativos

Efectivamente, con el paso del tiempo han surgido otros mecanismos de uso mucho más minoritario, que buscan una mayor equidad y eficiencia en la validación o son más aptos para ciertas finalidades.

• Prueba Delegada de Participación (DPoS): Surge del PoS y consiste en seleccionar a usuarios en función de su reputación. Estos actúan como delegados en la generación de nuevos bloques en la red, rotándose en el proceso. Es un sistema más democrático, aunque puede acarrear fallos de seguridad cuando no se elige a validadores confiables. Ejemplos de PoS y DPoS son Ethereum, Cardano o Avalanche.
• Prueba de Actividad (PoA): Se trata de una combinación de PoW y PoS y consta de dos fases: primero emplea el proceso de PoW para generar un nuevo bloque y luego utiliza PoS para su validación final. Ambos procesos se compensan en un sistema que incrementa la confianza al sumar la seguridad de ambos.
• Prueba de la Historia (PoH): Alternativa al PoS que verifica la cronología de eventos en la red mediante la validación de la información contenida en los bloques.
• Prueba de Importancia (PoI): También una alternativa al PoS, este mecanismo de consenso recompensa con mayores probabilidades de elección a los actores con una mayor cantidad depositada, independientemente de su actividad en la red. La criptomoneda NEM lo implementó para "priorizar a aquellos actores que realizan actividad efectiva en comparación con aquellos cuyo único interés es obtener rendimiento del proceso de consenso", detalla Ordovás.
• Prueba de Autoridad (PoA): Utilizado por redes gubernamentales y financieras, que priorizan la seguridad y la confianza, se caracteriza por requerir la aprobación de un tercero para los nodos que participan, generalmente la entidad reguladora. Pese a la centralización en la selección de los validadores, este mecanismo es más eficiente, ya que el grupo conocido de participantes facilita la implementación de procesos de validación más rápidos.
• Prueba de Capacidad/Espacio (PoC/PoSpace): Mecanismo de consenso para redes de almacenamiento, que garantiza la legitimidad de los nodos que proporcionan almacenamiento a los usuarios.
• Prueba de Acción Alquilada (LpoS): Los validadores pueden ceder los derechos de participación derivados de sus depósitos a otros, aumentando así su probabilidad de ser elegidos en el proceso de PoS y obteniendo parte de la recompensa.
• Tolerancia a Fallos Bizantinos Práctica (PBFT): Este mecanismo busca garantizar la resiliencia del proceso ante nodos maliciosos o con comportamiento incorrecto. Dado que el sistema asume la presencia de fallos, su funcionamiento se basa en la validación de mensajes asociados a nodos específicos, quienes los aceptan hasta la inclusión del nuevo bloque tras varias rondas. Si bien esto reduce la escalabilidad al requerir la comunicación entre todos los nodos, asegura una recompensa común y reduce el consumo energético al no necesitar resolver problemas matemáticos complejos en ausencia de problemas.
• Prueba de Tiempo Transcurrido (PoET): Mecanismo de consenso creado y utilizado por Intel, en el que un generador de números aleatorios determina el tiempo de espera hasta que se incluya un bloque, y el participante con el tiempo más corto puede generar dicho bloque. Este proceso ofrece las mismas oportunidades a todos los participantes, aunque les exige contar con tecnología Intel.

“Por el momento, estos protocolos son minoritarios y tendrán que demostrar sus ventajas con respecto a PoW o PoS si quieren generalizarse”, afirma Francisco Maroto.