Prueba de trabajo, explicada

1. ¿Qué es la prueba de trabajo?
Proof-of-Work, o PoW, es el algoritmo de consenso original en una red Blockchain.
En Blockchain, este algoritmo se utiliza para confirmar transacciones y producir nuevos bloques en la cadena. Con PoW, los mineros compiten entre sí para completar transacciones en la red y obtener recompensas.
En una red, los usuarios se envían tokens digitales entre sí. Un libro mayor descentralizado reúne todas las transacciones en bloques. Sin embargo, se debe tener cuidado de confirmar las transacciones y organizar los bloques.
Esta responsabilidad recae en nodos especiales llamados mineros, y un proceso se llama minería.
Los principales principios de trabajo son un complicado acertijo matemático y la posibilidad de probar fácilmente la solución.

2.
¿Qué quieres decir con un "acertijo matemático"?
Es un problema que requiere mucho poder computacional para resolverlo.
Hay muchos, por ejemplo:
• función hash, o cómo encontrar la entrada conociendo la salida.
• factorización de enteros, en otras palabras, cómo presentar un número como una multiplicación de otros dos números.
• Protocolo de rompecabezas de visitas guiadas. Si el servidor sospecha de un ataque DoS, requiere un cálculo de funciones hash para algunos nodos en un orden definido. En este caso, se trata de un problema de "cómo encontrar una cadena de valores de función hash".
La respuesta al problema de PoW o ecuación matemática se llama hash.
A medida que la red crece, se enfrenta a más y más dificultades. Los algoritmos necesitan cada vez más poder hash para resolver. Entonces, la complejidad de la tarea es un tema delicado.
3.
¿Cómo?
El trabajo preciso y la velocidad del sistema Blockchain dependen de ello.
Pero el problema no debería ser demasiado complicado. Si es así, la generación de bloques lleva mucho tiempo. Las transacciones se bloquean sin ejecución y, como resultado, el flujo de trabajo se bloquea durante algún tiempo. Si el problema no se puede resolver en un período de tiempo definido, la generación de bloques será una especie de milagro.
Pero si el problema es demasiado fácil, es propenso a vulnerabilidades, ataques DoS y spam.
La solución debe comprobarse fácilmente. De lo contrario, no todos los nodos son capaces de analizar si los cálculos son correctos.
Entonces tendrás que confiar en otros nodos y viola una de las características más importantes de Blockchain: la transparencia.
4.
¿Cómo se implementa este algoritmo en Blockchain?
Los mineros resuelven el rompecabezas, forman el nuevo bloque y confirman las transacciones.
La complejidad de un rompecabezas depende de la cantidad de usuarios, la potencia actual y la carga de la red. El hash de cada bloque contiene el hash del bloque anterior, lo que aumenta la seguridad y evita cualquier violación de bloque.

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Si un minero logra resolver el rompecabezas, se forma el nuevo bloque. Las transacciones se colocan en este bloque y se consideran confirmadas.

5.
¿Y dónde se suele implementar PoW?
La prueba de trabajo se utiliza en muchas criptomonedas.
La aplicación más famosa de PoW es Bitcoin. Fue Bitcoin el que sentó las bases para este tipo de consenso. El rompecabezas es Hashcash. Este algoritmo permite cambiar la complejidad de un rompecabezas en función de la potencia total de la red. El tiempo medio de formación de bloques es de 10 minutos. Las criptomonedas basadas en Bitcoin, como Litecoin, tienen un sistema similar.
Otro gran proyecto con PoW es Ethereum. Dado que casi tres de los cuatro proyectos se implementan en la plataforma Ethereum, es seguro decir que la mayoría de las aplicaciones Blockchain utilizan el modelo de consenso PoW.
6.
¿Por qué utilizar un algoritmo de consenso de PoW en primer lugar?
Los principales beneficios son la defensa contra ataques DoS y el bajo impacto de la participación en las posibilidades mineras.
Defensa contra ataques DoS. PoW impone algunos límites a las acciones en la red. Necesitan muchos esfuerzos para ser ejecutados. Un ataque eficiente requiere mucho poder computacional y mucho tiempo para hacer los cálculos. Por lo tanto, el ataque es posible pero algo inútil ya que los costos son demasiado altos.
Posibilidades mineras. No importa cuánto dinero tenga en su billetera. Lo que importa es tener una gran potencia computacional para resolver los acertijos y formar nuevos bloques. Así, los poseedores de grandes cantidades de dinero no son los encargados de tomar decisiones para toda la red.
7.
¿Algún defecto en el algoritmo de consenso de PoW?
Las principales desventajas son los enormes gastos, la "inutilidad" de los cálculos y el 51 por ciento de ataque.
Gastos enormes. La minería requiere hardware informático altamente especializado para ejecutar los complicados algoritmos. Los costos son inmanejables La minería se está volviendo disponible solo para grupos de minería especiales. Estas máquinas especializadas consumen grandes cantidades de energía para funcionar, lo que aumenta los costos. Los grandes costos amenazan la centralización del sistema, ya que se beneficia. Es fácil de ver en el caso de Bitcoin.

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"Inutilidad" de los cálculos. Los mineros hacen mucho trabajo para generar bloques y consumen mucha energía. Sin embargo, sus cálculos no son aplicables en ningún otro lugar. Garantizan la seguridad de la red pero no se pueden aplicar a los negocios, la ciencia o cualquier otro campo.
8.
51% de ataque, ¿de qué estás hablando?
Un ataque del 51 por ciento, o ataque mayoritario, es un caso en el que un usuario o un grupo de usuarios controlan la mayor parte del poder minero.
Los atacantes obtienen suficiente poder para controlar la mayoría de los eventos en la red.
Pueden monopolizar la generación de nuevos bloques y recibir recompensas, ya que pueden evitar que otros mineros completen bloques.
Pueden revertir transacciones.
Supongamos que Alice le envió a Bob algo de dinero usando Blockchain. Alice está involucrada en el caso de ataque del 51 por ciento, Bob no. Esta transacción se coloca en el bloque. Pero los atacantes no permiten que se transfiera el dinero. Hay una bifurcación en la cadena.

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Además, los mineros se unen a una de las ramas. Y como tienen la mayor parte del poder computacional, su cadena contiene más bloques.

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En la red queda un ramal que dura más y se rechaza el más corto. Entonces la transacción entre Alice y Bob no se lleva a cabo. Bob no recibe el dinero.

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Siguiendo estos pasos, los atacantes pueden revertir transacciones.
El ataque del 51 por ciento no es una opción rentable. Requiere una enorme cantidad de potencia minera. Y una vez que obtiene exposición pública, la red se considera comprometida, lo que conduce a la salida de usuarios. Esto inevitablemente hará bajar el precio de la criptomoneda. Todo en consecuencia, los fondos pierden su valor.