Introducción

Prueba de trabajo retrasada (dPoW) es un protocolo de seguridad desarrollado por Komodo, un proveedor de tecnología de código abierto. Este mecanismo de seguridad se basa en la Prueba de trabajo (PoW), que es el protocolo de seguridad más avanzado dentro del ecosistema blockchain, como lo demuestra su aplicación en redes altamente seguras como Bitcoin y Litecoin.

Para comprender la importancia y los principios básicos de la Prueba de Trabajo retrasada (dPoW), primero se debe comprender el funcionamiento de la Prueba de Trabajo (PoW) y las razones detrás de su reconocimiento como el método más importante para salvaguardar las cadenas de bloques descentralizadas. Además, es necesario un examen exhaustivo de los inconvenientes y limitaciones asociados con la Prueba de trabajo como enfoque de seguridad para apreciar plenamente la razón detrás de la introducción de la Prueba de trabajo retrasada (dPoW) y las ventajas que ofrece.

Comprensión de la prueba de trabajo retrasada (dPoW)

Fuente: GitBook

La prueba de trabajo retrasada (dPoW) es un mecanismo de consenso de seguridad secundario diseñado para mejorar el mecanismo de prueba de trabajo convencional empleado por varias cadenas de bloques, incluidos ejemplos notables como Bitcoin.

dPoW está diseñado para salvaguardar la cadena de bloques contra ataques del 51% que representan una amenaza para la integridad de la red. Se logra integrando la tasa de hash de una red de prueba de trabajo (PoW) externa en el mecanismo de consenso existente de otra red con una tasa de hash más baja, lo que dificulta económicamente atacar la red.

Komodo es la primera plataforma blockchain que introduce el uso de prueba de trabajo retrasada como mecanismo de consenso. Para obtener más información, consulte nuestro artículo anterior sobre Prueba de trabajo retrasada. El artículo actual analiza más de cerca el aspecto técnico de DPoW.

Una discusión fundamental sobre la seguridad de Blockchain

La fortaleza de blockchain radica en sus rígidas medidas de seguridad, aspecto fundamental que sustenta su estructura descentralizada.

Blockchain emplea métodos criptográficos para salvaguardar las transacciones y mantener un libro de contabilidad inmutable. Sin embargo, un factor crítico para garantizar la seguridad de blockchain es su mecanismo de consenso. Y para discutir a fondo la seguridad de blockchain, es crucial tener una comprensión clara de los mecanismos de consenso.

¿Qué es un mecanismo de consenso?

Fuente: Esquina C#

Blockchain opera como un sistema descentralizado de igual a igual que requiere que se tomen decisiones sin un líder central o una figura autorizada. La clave para lograrlo reside en el “Mecanismo de Consenso”.

A diferencia de los sistemas centralizados, donde un administrador central supervisa la gestión y las actualizaciones de la base de datos, los sistemas descentralizados distribuyen esta responsabilidad entre múltiples nodos. Estos nodos deben llegar colectivamente a una concesión, acordando la validez de las transacciones, de ahí el término “consenso”.

La necesidad de consenso surge de la independencia de blockchain sobre una única fuente de verdad. El mecanismo de consenso garantiza que todos los nodos estén de acuerdo sobre la legitimidad de una transacción. Una vez que todos los nodos aprueben esta transacción, se registrará en la cadena de bloques.

Las redes Blockchain emplean varios consensos, todos con el propósito común de garantizar la precisión y honestidad de los registros. Entre las opciones más frecuentes se encuentran los mecanismos de consenso de Prueba de trabajo y Prueba de participación.

El mecanismo de consenso de prueba de trabajo (PoW)

Fuente: SpringerLink: un análisis de cómo funciona el mecanismo de prueba de trabajo

La prueba de trabajo funciona como un algoritmo o sistema que exige un esfuerzo computacional significativo para disuadir o eliminar a los usuarios fraudulentos de potencia informática. Dentro de este sistema, los datos de las transacciones se almacenan en bloques. Para validar una transacción, es necesario resolver un complejo problema matemático vinculado a cada bloque. Este proceso comúnmente denominado “minería” suele realizarse mediante potentes ordenadores. El minero que primero resuelva con éxito el problema recibe una recompensa en criptomonedas.

La implementación de Prueba de trabajo sirve como un medio para garantizar una base de datos coherente en toda una red blockchain. Las criptomonedas como Bitcoin y Litecoin se basan en el mecanismo de prueba de trabajo. Sin embargo, su mayor limitación es la alta potencia computacional necesaria para extraer bloques.

Cuando se introdujo en 2009, la Prueba de trabajo se diseñó específicamente para abordar el problema del doble gasto.

¿Qué es el doble gasto?

Fuente: Bitpanda: el problema del doble gasto y cómo lo aborda el protocolo Bitcoin

El problema del “doble gasto” se refiere a la capacidad de las computadoras de duplicar información sin cesar. Esta cuestión es particularmente relevante cuando se trata de valor financiero, lo que implica registrar el propietario, el momento de la propiedad y la billetera donde se almacena el valor. Es crucial que al transferir valor financiero de la Persona A a la Persona B, la Persona A no pueda duplicar el dinero y enviarlo a la Persona C.

El algoritmo de consenso de Prueba de trabajo se diseñó para abordar el desafío del doble gasto. En la red Bitcoin, los mineros ejecutan una prueba de trabajo cada vez que se agrega un nuevo bloque a la cadena de bloques. Para agregar un nuevo bloque a la cadena de bloques, los mineros de todo el mundo tendrían que participar en un juego de adivinanzas aleatorio para encontrar la contraseña del bloque para su verificación.

Esta contraseña es impredecible y sólo puede adivinarse. Para descifrar esta difícil contraseña, el mecanismo de consenso obliga a los mineros a competir por el derecho a extraer un nuevo bloque válido. Por lo tanto, en una red PoW, un minero no puede crear inmediatamente un nuevo bloque válido y reclamar una recompensa; deben competir realizando primero el trabajo necesario. Este proceso competitivo es lo que llevó al título del mecanismo de consenso del protocolo Bitcoin, Prueba de Trabajo (PoW).

Características del mecanismo de consenso de PoW

Fuente: Investopedia: las características de la red PoW y cómo verifica las transacciones en la red blockchain

• Una característica central del mecanismo de Prueba de Trabajo (PoW) es su énfasis en la seguridad. Este sistema se incorpora a proyectos de criptomonedas con el objetivo principal de proporcionar un marco confiable, seguro, permanente, justo y transparente que establezca consensos basados en las contribuciones de los participantes dentro de la red. A partir de ahora, la Prueba de Trabajo se destaca como el mecanismo de consenso más seguro en el ecosistema blockchain.
• En el contexto de la Prueba de trabajo, cualquier mala conducta por parte de un minero puede provocar que se le prohíba intentar agregar nuevos bloques en el futuro. Además, para un minero resulta muy difícil atacar el sistema PoW. Por ejemplo, intentar crear transacciones fraudulentas requeriría que un minero controlara más del 51% de la energía de la red, lo que equivale a cientos de miles de millones de dólares en hardware actual. Y esto es prácticamente imposible.
• Dentro del mecanismo de Prueba de Trabajo, los mineros difunden los detalles de la transacción cuando agregan nuevos bloques a la red. Posteriormente, otros nodos de la red verifican de forma independiente la transacción para garantizar que los activos que se transfieren no se hayan gastado dos veces.

Estas características representan sólo algunas de las contribuciones que el mecanismo de Prueba de Trabajo ha hecho a la red Bitcoin. Sin embargo, a pesar de ser reconocido como el mecanismo más seguro en el espacio blockchain, no está exento de inconvenientes, que profundizaremos más adelante en este artículo.

¿Qué es la prueba de trabajo retrasada (dPoW)?

La Prueba de trabajo retrasada (dPoW) es un mecanismo de consenso innovado por Komodo para abordar los desafíos inherentes a la red de Prueba de trabajo. Es una versión mejorada del mecanismo de consenso PoW que aprovecha el poder hash de la cadena de bloques de Bitcoin para elevar la seguridad de su red. Este avance no sólo fortalece la propia red de Komodo sino que también extiende sus capacidades de protección a cualquier cadena de terceros que participe en el ecosistema de Komodo en el futuro.

Es importante señalar que dPoW no se limita a una red específica; se puede implementar para cualquier proyecto que quiera desarrollar una blockchain independiente utilizando un modelo UTXO.

¿Cómo funciona dPoW?

Consideremos Komodo como un caso de estudio.

Fuente: FPX Russia en la aplicación X: un análisis detallado de cómo el servicio de seguridad de Komodo protege contra el 51 % de los ataques

Komodo desarrolló e implementó el mecanismo de seguridad dPoW en el código de Zcash (ZEC), una criptomoneda que enfatiza la privacidad y el anonimato del usuario. La integración de dPoW permite a Zcash aprovechar tanto la privacidad sin conocimiento como una mayor seguridad de la red, aprovechando la potente tasa de hash de la cadena de bloques de Bitcoin.

Cada diez minutos, el sistema Komodo toma una instantánea de su propia cadena de bloques. Luego, la instantánea se escribiría en un bloque de la red Bitcoin mediante un proceso denominado notarización.

La notarización ocurre cuando la información se registra y protege transfiriéndola de una cadena de bloques a otra con una infraestructura de seguridad resistente. Por lo tanto, cuando se captura una instantánea de la cadena de bloques de Komodo, se creará y preservará una copia de seguridad completa de todo el sistema Komodo dentro de la cadena de bloques de Bitcoin.

En un sentido técnico, los nodos notariales elegidos por la comunidad de Komodo participan en una actividad en la que registran un hash de bloque de cada cadena de bloques protegida por dPoW en el libro mayor de Komodo. Este proceso se logra ejecutando una transacción en la cadena de bloques de Komodo. Los nodos de notario utilizan el comando OP_RETURN, un código de operación de secuencia de comandos especial que se encuentra en Bitcoin y sus derivados, para almacenar un hash de un solo bloque en la cadena de bloques de Komodo. El hash del bloque almacenado sirve como referencia o prueba del estado de las cadenas de bloques protegidas en un momento específico.

Los nodos notarios seleccionan un hash de bloque que tiene diez minutos de antigüedad para garantizar que haya un acuerdo unánime dentro de toda la red de que un bloque aún es válido. En el sistema dPoW de Komodo, aunque cada red blockchain alcanza de forma independiente un consenso para cada bloque, los nodos notariales no participan directamente en el proceso de consenso. En cambio, simplemente registran un hash de bloque de un bloque ya minado.

Fuente: Steemit — Una descripción detallada de cómo funciona el dPoW

Tras el registro de hashes de bloque de varias cadenas de Komodo, los nodos notarios procederían a escribir un hash de bloque de la cadena de bloques de Komodo en el libro mayor de Bitcoin. Para realizar esta actividad, se ejecuta una transacción de Bitcoin y se emplea el comando OP_RETURN para integrar los datos relevantes en un bloque de la cadena de Bitcoin.

Una vez completado el proceso de certificación notarial de Bitcoin, los nodos notariales de Komodo transfieren los datos del bloque de la cadena de Bitcoin a la cadena de bloques de todas las demás cadenas protegidas dentro del sistema de Komodo. Después de este paso, la red se vuelve resistente a cualquier intento de modificar o reorganizar bloques que hayan sido objeto de certificación notarial.

Este proceso dota al sistema Komodo de resiliencia contra ataques, permitiéndole reconstruirse incluso si la red PoW elegida enfrentara adversidades.

La diferencia entre PoW y dPoW

El algoritmo Prueba de trabajo es ampliamente reconocido como la red más segura dentro del ecosistema blockchain. Su estructura desempeña un papel importante a la hora de disuadir posibles ataques, incluidos los ataques de denegación de servicio distribuido (DDoS). Aunque la producción de Prueba de Trabajo implica costos sustanciales, su proceso de verificación es sencillo, como se explica en el proceso de minería descrito anteriormente.

La sólida seguridad inherente al marco de Prueba de Trabajo surge de la considerable inversión financiera y el poder computacional asociado con el proceso de minería. PoW se basa exclusivamente en el consenso de la red para la validación de transacciones.

Sin embargo, estos mismos atributos también suponen una desventaja para el algoritmo de consenso PoW. La seguridad de PoW está directamente relacionada con la cantidad de potencia computacional que se le dedica. Esto significa que las redes blockchain más pequeñas son inherentemente menos seguras que sus contrapartes más grandes.

A diferencia de PoW, dPoW tiene un propósito diferente: no se emplea para llegar a un consenso sobre nuevos bloques y, por lo tanto, no se clasifica como un algoritmo de consenso. Más bien, funciona como un algoritmo de seguridad. Una vez que una red dPoW se certifica ante notario, se vuelve resistente a cualquier intento de modificar o reorganizar bloques. Esta característica mejora significativamente su seguridad, haciéndola más resistente contra ataques del 51% y ataques Génesis.

Dentro del mecanismo de consenso de prueba de trabajo retrasado, hay una característica notable relacionada con la validación de transacciones. A diferencia de las redes PoW normales, donde la regla de la cadena más larga es un estándar para confirmar transacciones, dPoW no aplica esta regla a transacciones anteriores a la "copia de seguridad" más reciente de la red blockchain. Por lo tanto, en caso de conflictos, el mecanismo de consenso de dPoW no se basa en la regla de la cadena más larga; en cambio, hace referencia a las copias de seguridad almacenadas en la cadena de bloques PoW elegida para determinar con precisión el historial de transacciones. Este enfoque introduce una capa adicional de seguridad y confiabilidad a la validación de transacciones dentro de la red blockchain.

Para comprometer una pequeña cadena de bloques dentro del sistema de Komodo, un atacante tendría que destruir:

• Todas las copias de la blockchain de Komodo
• Todas las copias de la cadena de bloques dPoW
• La red de seguridad de la blockchain PoW elegida donde se almacenan las copias de seguridad

Esta configuración proporciona una seguridad que supera incluso a la de Bitcoin, todo ello sin incurrir en costes financieros y medioambientales excesivos. La utilización de Prueba de trabajo retrasada no solo mejora la seguridad sino que también introduce un enfoque de seguridad más flexible en comparación con el mecanismo PoW. La seguridad en esta red es gestionada por nodos notariales, seleccionados mediante votación ponderada. Estos nodos tienen la capacidad de cambiar a otro PoW si es necesario, lo que proporciona adaptabilidad en escenarios como cambios en el poder minero global o si los costos de certificación notarial en la red actual se vuelven excesivamente altos. Esta flexibilidad garantiza que dPoW mantenga la seguridad y al mismo tiempo sea más adaptable que el mecanismo PoW tradicional.

Aquí hay un punto destacado de las diferencias entre PoW y dPoW:

Conclusión

La prueba de trabajo retrasada (dPoW), una de las variantes del mecanismo de prueba de trabajo, es un paso más hacia la mejora de la seguridad de blockchain. Es un método de seguridad que utiliza una blockchain secundaria para validar otra cadena mediante el proceso de notarización. La red es tal que resiste cualquier intento de modificar o reorganizar los bloques después de que hayan sido notariados.

Además, el mecanismo de seguridad dPoW permite que las cadenas de bloques se beneficien de la seguridad de una cadena de bloques secundaria, ofreciendo una solución práctica a los problemas de seguridad fundamentales, particularmente para las cadenas de bloques recientemente establecidas con mayor vulnerabilidad debido a su baja tasa de hash. En consecuencia, la introducción de dPoW ha servido como un paso hacia el avance y refuerzo de la seguridad de las redes blockchain en el espacio blockchain.

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Nota: Este artículo es original y se ha verificado su precisión. Si se acepta el artículo, los derechos de autor del artículo pertenecen a Gate Learn.

Pablo Nwoba

30/12/2023