¿Qué es el algoritmo de prueba de trabajo (PoW) en criptomonedas?

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Lo principal

  • La prueba de trabajo es un algoritmo mediante el cual se agrega un nuevo bloque a la cadena de bloques, se confirman las transacciones y se verifica una sola versión del registro en todas sus copias que se almacenan en nodos separados.
  • El mecanismo PoW fue el primer algoritmo de consenso de criptomonedas. Fue este mecanismo el que usó Satoshi Nakamoto para crear bitcoin.
  • La introducción de la Prueba de trabajo resolvió el problema del gasto doble y el incentivo económico provisto en el algoritmo se convirtió en la base para el surgimiento de la industria minera de Bitcoin.

La esencia de la prueba de trabajo

El concepto de prueba de trabajo es un algoritmo para proteger los sistemas distribuidos del abuso (ataques DoS, correos no deseados, etc.), cuya esencia se reduce a dos puntos principales:

  1. la necesidad de realizar una determinada tarea bastante compleja y prolongada;
  2. la capacidad de comprobar rápida y fácilmente el resultado.

Las tareas de PoW no están originalmente destinadas a humanos, su solución por una computadora siempre se puede lograr en un tiempo finito, pero requiere una gran potencia informática. Al mismo tiempo, la verificación de la solución obtenida requiere muchos menos recursos y tiempo.

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Quién y cuándo acuñó el término Prueba de trabajo

El concepto de prueba de trabajo se describió por primera vez en 1993 en el trabajo «Precio mediante procesamiento o combate al correo basura, avances en criptología». Aunque el término en sí aún no se ha utilizado en el artículo, los autores propusieron la siguiente idea:

“Para acceder a un recurso compartido, el usuario debe calcular alguna función: bastante compleja, pero factible; de esta manera puede proteger el recurso del abuso.

En 1997, el criptógrafo y futuro fundador de Blockstream Adam Back lanzó el proyecto Hashcash para proteger contra el spam. La tarea se formuló de la siguiente manera: «Encuentre un valor x tal que el hash SHA(x) contenga N bits cero iniciales».

El sistema ofreció hashing de inversión parcial cuando se envió por correo electrónico. Se necesitan alrededor de 2 para calcular el encabezado correspondiente52 cálculos hash que deben recalcularse para cada envío. Y si para varias cartas ordinarias los cálculos adicionales no crean obstáculos, entonces la necesidad de un recálculo constante hace que el envío masivo de spam requiera muchos recursos. Al mismo tiempo, la corrección del código calculado se verifica muy rápidamente: se utiliza un solo cálculo SHA-1 con una etiqueta preparada previamente.

El término Prueba de trabajo apareció en 1999 en el artículo “Proofs of Work and Bread Pudding Protocols” (de Markus Jacobsson y Ari Jewels) en la revista Communications and Multimedia Security.

Cómo se usa la prueba de trabajo en las criptomonedas

Satoshi Nakamoto utilizó el concepto de PoW en la primera criptomoneda: bitcoin. Tomó la idea de Hashcash, añadiéndole el mecanismo de cambiar la complejidad: disminuir o aumentar N (la cantidad requerida de ceros) según el poder total de los participantes de la red. La función calculada se convirtió en SHA-256.

Blockchain es una red de nodos distribuidos (nodos), cada uno de los cuales lleva su propia copia del registro. El algoritmo de consenso garantiza que cada nodo pueda verificar que el minero (que es otro nodo que agrega un nuevo bloque a la cadena de bloques) haya realizado los cálculos necesarios.

Este proceso incluye un intento de encontrar un hash del encabezado del bloque (la parte de la cadena de bloques que contiene un enlace al bloque anterior y el valor total de las transacciones incluidas en él), cuyo valor corresponderá al nivel actual de complejidad. .

En pocas palabras, PoW es un procedimiento que permite a todos los nodos ponerse de acuerdo sobre una única versión de la cadena de bloques, así como confirmar datos sobre nuevas transacciones en un nuevo bloque. Además, es responsable de emitir nuevas monedas en la cadena de bloques. La minería es parte del algoritmo PoW.

Principales logros del algoritmo PoW

Antes de bitcoin, hubo numerosos intentos de crear un sistema descentralizado que permitiera realizar y verificar transferencias sin la necesidad de un operador central.

Sin embargo, ningún proyecto pudo resolver el problema del doble gasto, la posibilidad de que el remitente de la transferencia gaste los mismos fondos dos veces antes de que el sistema los confirme.

Este problema se resolvió solo en bitcoin, utilizando la tecnología blockchain y el algoritmo de consenso de prueba de trabajo (PoW), que alienta a los mineros a verificar cada transacción antes de agregarla al libro mayor. Al mismo tiempo, este incentivo económico también te permite mantener el funcionamiento de toda la cadena de bloques.

Lo que afecta la complejidad de calcular un nuevo bloque.

En la red Bitcoin, la complejidad computacional para agregar un nuevo bloque es un parámetro dinámico. Se establece a tal nivel que la tasa de generación de bloques permanece aproximadamente en el mismo nivel, sin importar qué tan poderoso sea el equipo utilizado para la minería.

Al mismo tiempo, la verificación de los resultados del cálculo sigue siendo sencilla. Los nodos siempre pueden asegurarse de que el minero haya encontrado el valor correcto, pero dado que el proceso de encontrar el bloque es costoso y aleatorio, es imposible predecir exactamente qué minero resolverá el problema y extraerá el siguiente bloque.

Para que el sistema reconozca un bloque como válido, es necesario que su valor hash sea menor que el objetivo actual. Por lo tanto, cada bloque muestra que se ha hecho algo de trabajo para encontrarlo.

El nuevo bloque contiene el hash del bloque anterior, formando una cadena. Es imposible cambiar el bloque, solo puedes crear un bloque a la misma altura, que contendrá el hash del bloque anterior. Para hacer esto, debe hacer el trabajo de encontrar todos los bloques anteriores. La alta complejidad de este proceso protege la cadena de bloques del acceso no autorizado y el doble gasto.

Prueba de trabajo y minería

De hecho, la prueba de trabajo generó la industria minera de Bitcoin y se convirtió en un impulso para el desarrollo de equipos especializados: ASIC, ya que los recursos informáticos gastados en bloques hash son enormes y superan con creces la potencia de las supercomputadoras más grandes.

Al mismo tiempo, estaba el notorio “reverso de la moneda”: con bastante rapidez, PoW se convirtió en un monstruo que devoraba la electricidad en la carrera por la rentabilidad.

El poder de los equipos de minería está en constante crecimiento y el número de participantes en esta industria también está aumentando. Como resultado, el consumo total de energía aumenta. Sin embargo, la eficiencia energética de los mineros también está aumentando y la participación de bitcoin en el consumo mundial de electricidad sigue siendo baja en 2022.

Principales criptomonedas PoW

A finales de agosto de 2022, según CoinMarketCap, los criptoproyectos con la mayor capitalización de mercado que operaban con el mecanismo de Prueba de trabajo eran:

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