La moda de la cadena de blocs es converteix lentament en una oportunitat per revisar els sistemes heretats i fer-los més productius. No obstant això, hi ha molt més que la gent necessita saber sobre la cadena de blocs per apreciar l’enginy que hi ha al nucli. Un dels aspectes bàsics de la tecnologia és l’algorisme de prova de treball de blockchain.
La tecnologia Blockchain encara està en els seus inicis, per dir-ho d’alguna manera, però ja hi ha un enorme potencial pel que fa al que pot ajudar a aconseguir. En particular, la tecnologia passa del marc bàsic sobre el qual funcionen les criptomonedes a una tecnologia que està revolucionant les indústries.
Què és un algorisme de consens?
Bàsicament, la tecnologia permet als usuaris interactuar entre iguals i sense una autoritat central. Cal destacar que les transaccions es completen quan hi ha consens a tota la xarxa. En particular, l’algorisme de consens és el que diferencia les diferents xarxes de blockchain. Per exemple, la xarxa Bitcoin difereix de la xarxa Ethereum en funció de l’algorisme de consens.
Tècnicament, un algorisme de consens és el procés de presa de decisions dins d’un grup. Cal destacar que els membres del grup presenten un sistema que racionalitza el procés mitjançant el qual poden trobar punts en comú sobre un tema determinat. Perquè es produeixi un consens, almenys la majoria dels participants d’un grup haurien d’estar d’acord i la decisió que ens ocupa haurà de poder beneficiar-se d’aquesta majoria..
Curiosament, els algoritmes de consens de blockchain funcionen amb una lògica similar. A més, els algoritmes de consens de blockchain tenen objectius específics que busquen augmentar l’ús de les xarxes de blockchain. En primer lloc, l’algorisme es compromet a recollir el màxim acord entre els nodes participants de manera que hi hagi un acord generalitzat.
En segon lloc, se suposa que l’acord generalitzat a la xarxa facilita la col·laboració entre els participants. En particular, l’algoritme garanteix que qualsevol acord que acordin els participants serveixi per als interessos de tots els membres. En tercer lloc, l’acord fomenta la cooperació de manera que cada individu treballi cap a l’interès col·lectiu de la xarxa.
A més, l’algoritme s’esforça per assegurar-se que tots els participants tinguin els mateixos drets com hauria de ser una relació entre iguals. En definitiva, el foment d’un entorn on tothom tingui els mateixos drets facilita la participació i l’activitat individual dels participants.
Tipus d’algoritmes de consens
Com s’ha explicat anteriorment, hi ha diferents tipus d’algoritmes de consens i sobre la base dels quals existeixen diferents xarxes de blockchain. Cal destacar que cada algoritme té les seves pròpies característiques úniques que el distingeixen i que aconsegueixen consens a la xarxa mitjançant diferents mecanismes. Actualment, hi ha força algorismes de consens de blockchain. No obstant això, els dos principals són la prova de treball (PoW) i la prova de joc (PoS).
Què és l’algorisme de prova de treball de Blockchain?
Aquest és el mecanisme de consens més antic i el més popular actualment. Cal destacar que el primer esment dels algoritmes és anterior a la invenció de la xarxa Bitcoin. Curiosament, la investigació sobre l’algorisme es remunta a principis dels anys 90, on Moni Naor i Cynthia Dwork van publicar un article el 1993. En l’article, els autors van explorar el potencial de l’algorisme per prevenir el frau.
El 1999, un altre investigador en criptografia, Markus Jakobsson, va encunyar el terme “Prova de treball” i es va mantenir fins que Satoshi Nakamoto va sorprendre el món amb la invenció del bitcoin. En particular, la xarxa blockchain de Bitcoin és simplement una implementació de la investigació els primers passos de la qual es remunten al 1993.
L’algorisme PoW continua sent el més popular perquè és un dels pocs que no es pot comprometre. En termes tècnics, és un d’aquests algorismes que poden assolir la tolerància a fallades bizantines. En particular, la Tolerància a fallades bizantines (BFT) és simplement la capacitat d’un sistema per suportar fallades associades al problema dels generals bizantins..
És a dir, que la xarxa pot evitar amb èxit situacions en què alguns nodes poden intentar actuar en contra del consens. En el context de la tecnologia blockchain, és obvi que les xarxes blockchain no tenen una autoritat central per moderar les transaccions. En canvi, el llibre major es distribueix entre tots els participants, per tant la tecnologia blockchain també coneguda com a tecnologia de llibre major distribuïda (DLT).
Tenint en compte la valuosa informació emmagatzemada als llibres majors, hi ha una alta probabilitat que alguns actors dolents vulguin causar falles per obtenir beneficis egoistes. Com a tals, aquests mals actors presenten el problema dels generals bizantins. D’aquesta manera, és necessari que la xarxa blockchain tingui la tolerància a fallades bizantines per evitar aquests problemes.
Com funciona PoW?
És evident que l’algorisme PoW és molt segur, ja que pot suportar el BFT. Curiosament, és la manera com funciona el que el fa encara més segur, per tant, és força popular. Sense la característica BFT, un membre d’una xarxa pot falsificar transaccions i, per tant, comprometre la fiabilitat del bloc generat per la transacció.
Un algorisme PoW funciona de manera que els nodes d’una xarxa han de resoldre un problema matemàtic per poder crear el següent bloc. Qui sigui el primer a obtenir la solució al problema matemàtic obté el permís consensuat per triar el bloc que s’hauria d’afegir al costat de la plataforma.
Com a resultat, aquest node reeixit obté moneda com a recompensa. En una xarxa de bitcoins, es premia un testimoni de bitcoins. Per tant, hi ha l’incentiu per continuar resolent els problemes matemàtics de manera que es pugui obtenir el permís per triar el següent bloc. A més, és clar ara per què alguns nodes volen falsificar les transaccions i, per tant, la necessitat de tolerància a fallades bizantines.
Tot i això, no és fàcil obtenir la resposta al problema matemàtic. En aquest cas, els nodes han de trobar la solució al problema mitjançant la força bruta. És a dir, que els nodes que tenen la potència computacional més alta són els més propensos a trobar la solució al problema matemàtic. Cal destacar que aquests nodes que participen en el càlcul s’anomenen miners i el procés de resolució del problema s’anomena mineria.
Per què Blockchain Proof of Work té èxit
El procés de mineria requereix molta energia, ja que requereix una major capacitat computacional per resoldre cada problema successiu. Com a tal, el procés consumeix molta energia elèctrica. Veurem aquest aspecte més endavant i per què és un dels motius pels quals la gent s’allunya de l’algorisme cap a altres alternatives. Tot i això, PoW té força èxit en aquest moment per dos motius.
En primer lloc, aconseguir la solució al problema matemàtic és força difícil. Per tant, els nodes han de passar temps en càlculs que resulten molestos. Curiosament, el subministrament de potència computacional és força reduït i això vol dir que hi ha pocs actors que hi accedeixen. Curiosament, aquesta característica també és la raó de la impossibilitat d’enganyar els nodes durant les transaccions.
Per exemple, suposem que un actor dolent vol atacar la xarxa i les dades de fallades registrades en un bloc determinat. Si tota la xarxa té deu blocs i el bloc objectiu per a l’actor dolent és el número set, l’actor dolent haurà d’alterar aquestes dades per al bloc deu, nou vuit i set, que és l’objectiu. Donada la potència de càlcul necessària per extraure un sol bloc, és gairebé impossible que algú modifiqui les dades de quatre blocs. Bàsicament, no hi ha cap ordinador amb la capacitat de resoldre aquest problema.
En segon lloc, PoW té èxit perquè, un cop un node crea un bloc, altres nodes poden verificar fàcilment el procés que va conduir a la solució. En particular, això es deu en part a la naturalesa del problema que necessita una solució. Per resoldre el problema, el miner ha d’arribar a una resposta inferior al valor predeterminat.
Per exemple, la xarxa pot oferir un valor com 10. Per tal que la solució sigui correcta, s’haurà d’assegurar que la solució sigui inferior a 10, és a dir, nou. Si un miner arriba amb èxit a les nou, els altres nodes seguiran fàcilment el procediment amb què el miner solia arribar a la solució. Tot i això, es complica si es falsifica la transacció.
Quin futur tindrà la prova de treball
Com es va esmentar anteriorment, la prova de treball absorbeix tones d’energia per completar els càlculs. Curiosament, aquest és un dels principals punts fallits que criden els detractors de l’algorisme. Al novembre de l’any passat, informes va indicar que era doble el cost d’extreure el valor d’un dòlar de bitcoin que l’or, el coure o el platí en termes d’energia gastada.
Segons per als investigadors, l’extracció d’un bitcoí per valor d’un dòlar requereix més de 17 megajoules d’energia. Curiosament, només es necessiten uns cinc megajoules per extreure or, quatre per extreure coure i set per extreure platí. Per tant, l’empresa resulta ser molt més cara i tenint en compte que el preu de la criptomoneda és força volàtil.
A més, a mesura que s’afegeixen més blocs a la cadena de blocs existent, el procés de resolució de problemes per als següents blocs es fa més difícil. Cal destacar que el procés computacional és molt més difícil i, com a tal, es necessita un maquinari més complex que pugui gestionar els càlculs. Com a resultat, el preu del maquinari de mineria augmenta exponencialment.
El que presenten tots aquests problemes és un futur una mica desolador per a aquest algorisme. Curiosament, hi ha governs que ja van imposar moratòries a l’activitat minera perquè poguessin elaborar una legislació adequada per atendre l’alt consum energètic de la mineria. Ja algunes xarxes de blockchain, com Ethereum, que inicialment es basaven en l’algorisme PoW, migren a altres alternatives com la prova de participació. Bàsicament, hi ha una veritable possibilitat que el protocol experimenti canvis fonamentals en un esforç per racionalitzar-ne l’ús o que la gent l’abandoni completament..
Desafiaments a PoW
Com s’ha comentat anteriorment, PoW s’enfronta a amenaces existencials derivades dels principals reptes. Pel que fa al consum d’energia, ja està clar que l’algorisme no perdona a l’hora d’utilitzar l’electricitat. A això s’afegeix l’augment del cost del maquinari per a la mineria i tot queda amb un dolor de cap enganxós sobre com manejar l’algorisme.
Per tant, és clar que el principal repte que s’enfronta l’algoritme PoW és l’augment del cost de resoldre els problemes computacionals. Cal destacar que cal gastar una mitjana de 4.758 dòlars als Estats Units per extreure només un bitcoin. A Alemanya, el cost salta fins als 14.275 dòlars, mentre que Corea del Sud és el més car, amb 26.170 dòlars. Curiosament, CoinMarketCap ho indica el preu d’un bitcoin és actualment de 4.089 dòlars. Per tant, és clar que un miner als Estats Units, Alemanya i Corea del Sud acumularà enormes pèrdues si realitza alguna activitat minera.
Un altre desafiament que s’enfronta l’algorisme PoW és que no està realment descentralitzat. Els observadors coneixedors assenyalen que en un moment determinat, només un node és responsable del manteniment del llibre major. És la mateixa persona que té el permís per triar quin serà el següent bloc i és la mateixa persona que rebrà la recompensa després d’afegir-lo..
En remei, els usuaris de la tecnologia blockchain ho són exigent per a un canvi fonamental en el maneig dels llibres majors dins d’una xarxa blockchain. En particular, els usuaris volen que els llibres comptables visquin simultàniament en molts parells, de manera que s’eviti la tendència del “dictador” del node únic que allotja el llibre major en un punt determinat. Bàsicament, això implica fragmentar el llibre major en moltes peces de manera que cap node tingui una imatge clara del contingut del llibre major..
Alternativa d’algorisme de prova de treball de blockchain
En un esforç per millorar l’espai blockchain, alguns desenvolupadors van proposar alternatives a l’algorisme de prova de treball de blockchain, que són simplement altres tipus d’algoritmes de consens. Fins ara, hi ha nombroses alternatives, algunes de les quals es van esmentar anteriorment. Aquí, analitzarem només una de les alternatives que és la prova de la participació.
Prova de participació de blockchain
Com a algoritme de consens, la prova de participació va arribar per primera vegada a l’escena blockchain el 2011, dos anys després de la prova de treball. La principal diferència entre la prova del treball i la prova de l’aposta és que els usuaris d’aquesta última no han de resoldre problemes complexos per aconseguir un consens. Per contra, els usuaris només han d’utilitzar la criptomoneda com l’aposta per assolir el consens.
Aquí és com funciona. Tots els participants d’una xarxa blockchain que utilitza el protocol PoS han de tenir el fitxer criptomoneda base participar en la presa de consens. Per exemple, si la xarxa blockchain d’Ethereum transita amb èxit a PoS, els usuaris hauran de tenir Ether als seus comptes per participar.
Per als participants que vulguin extreure el següent bloc, caldrà apostar per la moneda que tenen. Curiosament, les possibilitats que trieu el següent bloc depenen de la quantitat de criptografia apostada. Per exemple, si la participació total suposa el 2% de tota la criptografia participada a la xarxa, el node tindrà un 2% de possibilitats d’imitar el següent bloc.
Per tant, si bé la mineria encara és present en aquest protocol, és clar que no depèn de càlculs com la prova del treball. A més, el protocol de prova de participació tria el miner aleatòriament i rep la recompensa en termes de la comissió de transacció. Per tant, hi ha una alta probabilitat que qualsevol dels validadors amb participacions pugui reclamar la responsabilitat minera. A més, hi ha molta més descentralització, ja que cada acció és aleatòria.
Mèrits de la prova
En aquest cas, és obvi que la taxa de consum d’energia és gairebé insubstancial en comparació amb l’algorisme de prova de treball de la cadena de blocs. En el futur, els protocols amb una demanda d’energia baixa seran protagonistes ja que els costos de l’electricitat augmenten. A més, el fet que l’algorisme consumeixi menys energia implica que no requereix maquinari sofisticat per facilitar el procés de mineria. En última instància, això demostra que el protocol és rendible tant a curt com a llarg termini.
Un altre mèrit de la prova de participació és l’aleatorització del procés de selecció del node responsable del procés de mineria. Hauria estat un revés important si la selecció només depenia de la quantitat d’aposta que es té. D’aquesta manera, només els nodes més rics de la plataforma tindrien la marge de maniobra per dur a terme les transaccions i que continuarien enriquint-se.
Al contrari, el procés aleatori garanteix que qualsevol persona amb una participació tingui les possibilitats reals de participar en el procés de mineria. A més, això demostra que hi ha una descentralització real on, a diferència de PoW, no hi ha cap node a càrrec de tot el llibre major en cap moment del temps.
A més, el procés que passa a la prova o al treball no només consumeix molta energia, sinó que també requereix molt de temps. Cal destacar que els validadors triguen entre 40 i 60 minuts a aprovar transaccions en una xarxa blockchain sota el protocol de prova de treball. Per contra, el procés de validació a la plataforma PoS és ràpid ja que la mineria és ràpida i eficient. Per aquest motiu, la xarxa Ethereum espera augmentar significativament el nombre de transaccions per segon una vegada que migren a PoS.
Demèrits de PoS
No és sorprenent que una nova tecnologia encara estigui en desenvolupament, PoS té diverses trampes que poden provocar problemes si es troba. En primer lloc, el fet que els validadors només necessitin apostar per la seva criptomoneda per poder explotar és un problema enorme. En particular, això implica que qualsevol actor dolent que pugui adquirir una quantitat molt gran de fitxes pot superar de sobte a la resta de validadors i prendre el control de la xarxa.
No obstant això, les lleis econòmiques protegeixen la xarxa contra aquest atac. En particular, qualsevol augment sobtat de la taxa de compra de fitxes provocarà un fort augment del preu de les fitxes fins al punt que esdevindrà insostenible per a l’atacant.
En segon lloc, hi ha la possibilitat que un node de validació es converteixi en fals i validi les transaccions malicioses. Una altra amenaça de la mateixa naturalesa es pot produir quan hi ha una bifurcació de la xarxa. Segons observadors coneixedors, és possible que els nodes posin fitxes als dos costats de les forquilles de manera que puguin realitzar una doble transacció.
En mitigació, alguns desenvolupadors estan creant un híbrid de PoW i PoS pel qual els usuaris no poden gastar dues vegades. Aquí, els seus tokens no serveixen de res instantàniament quan hi ha una bifurcació de xarxa. Per exemple, Ethereum està treballant en una versió millorada de PoS anomenada “Casper” que ajudarà a frenar aquests validadors canalla..
Resum / Tancament de comentaris
La tecnologia Blockchain està experimentant una transformació fonamental a mesura que es necessita una seguretat més estricta i més descentralització. A més, el cost de la mineria és significativament elevat i hi ha molts entusiastes que cauen al costat de la carretera. Per tant, també és necessari que l’algorisme de consens doni suport a mètodes més ràpids i econòmics per garantir l’aplicació a llarg termini de la tecnologia.
El principal protocol de consens popular avui en dia és una prova de funcionament. Cal destacar que l’algorisme potencia Bitcoin i Ethereum (abans de la migració completa a la prova de participació). Particularment, l’algorisme continua sent el preferit per la característica de la tolerància a fallades bizantines (BFT). No obstant això, la naturalesa intensiva en energia representa una amenaça existencial.
El protocol de consens alternatiu és una prova de participació en què els validadors utilitzen la seva criptomoneda com a participació per participar en la mineria. En particular, l’algorisme és eficient en termes de consums energètics i el procés de validació és ràpid. A continuació es mostra una comparació detallada dels dos algorismes.
| Una comparació de la prova de treball i la prova d’algoritmes d’estaca | ||
| Característic | Blockchain Prova del treball | Prova de participació de Blockchain |
| Mineria | El miner s’escull mitjançant la capacitat de resoldre un problema computacional complex | Qualsevol persona amb una participació té la possibilitat de ser el miner i no implica cap càlcul |
| Validació | Triga més temps perquè els validadors han de refer els càlculs fets pel miner | Es fa més curt ja que no hi ha càlculs implicats |
| Escalabilitat | Com que tots els nodes han de participar en la validació, l’algorisme és difícil d’escalar | No tots els nodes participen en la validació i, per tant, és ràpid i altament escalable |
| Consum d’energia | Es consumeix força energia a causa de la naturalesa computacional de la validació. | És molt eficient energèticament, ja que no requereix cap tipus de càlcul |
| Criptojacking | Els actors dolents que poden “criptojacar” altres ordinadors per proporcionar més potència computacional per a la mineria | Ningú corre el risc de criptojacking, ja que la mineria no necessita grans quantitats de potència computacional |