¿Qué es el consenso?
Un protocolo de consenso es un mecanismo de cadena de bloques que garantiza la sincronización entre los nodos y establece un acuerdo sobre las transacciones y los bloques que se considerarán legítimos y, por lo tanto, se agregarán a la cadena de bloques. Estas son metodologías tolerantes a fallas para mantener un estado único de la red y armonizar todos los nodos distribuidos.
El propósito de tener un mecanismo de consenso es validar y autenticar las transacciones y, por lo tanto, garantizar que la integridad de la red blockchain permanezca intacta. ¡Un consenso es un acuerdo sobre lo que es aceptable y lo que no lo es! antes de crear un libro mayor inmutable y agregarlo a los bloques de la red. Cualquiera o todos los nodos de la red que hayan obtenido los derechos para validar una transacción (o un bloque) pueden dar un consenso. Estos nodos se denominan validadores o mineros o verificadores según la terminología adecuada para la red y el protocolo de consenso en uso. Este blog analiza la necesidad de un mecanismo de consenso y aclara el análisis y el proceso para concluir sobre el protocolo de consenso adecuado para una red de cadena de bloques.
¿Por qué es necesario un mecanismo de consenso?
La cuarta iteración de la revolución industrial está transformando la industria moderna de una versión meramente digitalizada de lo que era manual hace unas décadas, a un sistema ciberfísico descentralizado eficientemente automatizado, seguro y robusto. Hoy en día, el objetivo es introducir mejores herramientas tecnológicas, capaces de habilitar una red de productos y servicios sin confianza y sin permisos que sean más eficientes y estén mejor diseñados para Web4 y otras tecnologías emergentes.
Se implementan para garantizar un estado único de la red y que todos los nodos estén conectados a la red correcta. Un mecanismo de consenso es la única identidad de control que garantiza la seguridad y la autenticidad del libro mayor descentralizado, se forma una cadena de bloques. Los bloques de transacciones se agregan a la cadena de bloques existente solo después de ser autenticados y validados por el mecanismo específico de la cadena de bloques para acordar la corrección de la transacción. Es obligatorio un consenso para extender la cadena agregando bloques, donde cada bloque es una colección de transacciones. Es el crecimiento de la cadena lo que mantiene la red funcional. El mecanismo de consenso garantiza que las transacciones permanezcan accesibles y que el sistema siga siendo transparente. Los algoritmos de consenso eliminan los intermediarios de terceros para garantizar la corrección de las transacciones. A medida que el consenso alcanza un estado global de transacciones en la cadena, todos los nodos/pares pueden confiar entre sí. Esto induce tolerancia a fallas en la red.
En una cadena de bloques, el libro mayor distribuido se administra de manera descentralizada. En algunas cadenas, varios nodos independientes asumen la responsabilidad de mantener la cadena de bloques, mientras que en otras el consenso es más automatizado y los nodos son responsables solo de enviar o proponer las transacciones. Es debido a un mecanismo de consenso que la experiencia del usuario se mejora a través de la verdad acordada entre las partes interesadas que dan cuenta de los nodos y componentes de la red heterogénea.
Elección de un mecanismo de consenso
La evolución de la tecnología blockchain ha ido acompañada de una evolución e innovación congruentes en los mecanismos de consenso. El protocolo de consenso puede tener muchos objetivos, como mantener la seguridad, la cooperación, la igualdad de derechos de los nodos, la gobernanza de la cadena de bloques, un cierto porcentaje de participación de los nodos, etc. Estos objetivos de consenso forman las premisas para analizar cualquier bloque y validarlo para agregarlo a la cadena y alcanzar el próximo estado estable, confiable y seguro en la red.
Para concluir sobre cualquier mecanismo de consenso, es importante comprender las prioridades y el marco de la cadena de bloques. Junto con esto, existe la necesidad de comprender la arquitectura requerida, la funcionalidad subyacente y los componentes principales involucrados en el mecanismo de consenso. A partir de entonces, se puede concluir una metodología de consenso adecuada para la cadena de bloques. A continuación se presentan algunas de las principales características que se tuvieron en cuenta al evaluar un mecanismo de consenso que se empleará en una cadena de bloques.
Análisis de algoritmos de consenso para las aplicaciones.
● Tipo de cadena de bloques
Según las propiedades de la aplicación o el sistema que emplea la cadena de bloques, la cantidad de control y accesibilidad de la cadena de bloques se clasifica en privada, pública o de consorcio. El mecanismo de consenso debe mantener el mismo al tiempo que garantiza la seguridad y la integridad de la cadena de bloques.
● Gobierno descentralizado
Una red, cuando está gobernada por jugadores distribuidos a través de la red, asegura, en primer lugar, que la cadena de bloques no terminará siendo controlada centralmente, lo que resultará en una gobernanza monopólica impulsada por los intereses de una pequeña sección de usuarios y, en segundo lugar, garantiza que todas las decisiones tomadas a través de un consenso distribuido sean dirigido a un objetivo común de beneficiar a la cadena de bloques y mantener su seguridad e integridad.
● Escalabilidad y ataques
Cualquier cadena de bloques debe ser escalable. Un consenso como PoW que requiere un alto poder de cómputo hace que sea imposible escalar libremente. Las cadenas de bloques destinadas a ser adoptadas globalmente deben ser escalables y los mecanismos de consenso como PoT y ELASTICO están diseñados para ayudar a lo mismo.
La escalabilidad viene con la compensación de que la cadena de bloques se vuelve más susceptible a los ataques, por lo tanto, la gobernanza y el consenso de la cadena de bloques deben elegirse cuidadosamente para garantizar una alta seguridad.
● Modelo de tolerancia del adversario
Ninguna red puede ser inmune a las fallas. De manera similar, cada cadena de bloques es susceptible a dos tipos principales de fallas: bloqueo y bizantino, discutido más adelante. La protección de la cadena de bloques contra operaciones maliciosas debe estar integrada en la gobernanza y el modelo de consenso de la cadena de bloques. El mecanismo de consenso debe garantizar que la solidez de la cadena de bloques se mantenga a través de ataques y vulnerabilidades.
Un mecanismo de consenso que puede ayudar a la cadena de bloques a evitar tales ataques e incluso recuperarse sin problemas en caso de que ocurra alguno de estos es otra medida que ayuda a concluir por qué un mecanismo de consenso en particular puede o no ser adecuado para la cadena de bloques.
● Parámetros de rendimiento
La digitalización y la globalización han aumentado la cantidad de transacciones que ocurren en cualquier sector vertical. A lo largo de los años, las cadenas de bloques también han evolucionado desde unas pocas transacciones al día hasta el procesamiento de bloques completos en segundos. Por lo tanto, un caso de uso que requiera procesamiento y finalización de transacciones en tiempo real también necesitaría dicho mecanismo de consenso. Tal mecanismo de consenso requiere la disponibilidad ininterrumpida de nodos de validación.
El ancho de banda, la latencia y el rendimiento son los parámetros esenciales que deben monitorearse para que una cadena de bloques sea confiable. Una cadena de bloques debe mantener un alto rendimiento y bajos valores de latencia. Debe admitir un ancho de banda capaz de manejar la cantidad de tráfico que pretende atraer. Mecanismos como DPoS, PoET y Tendermint admiten una alta escalabilidad y rendimiento.
● La complejidad del modelo de comunicación
En función del tiempo de respuesta, un protocolo de consenso debe poder adaptarse a los requisitos de comunicación. Ya sea síncrono (tiempo de respuesta bajo) o asíncrono (tiempo de respuesta alto), es la aplicación la que determina qué tipo de comunicación y qué protocolo de consenso será el más adecuado para el caso de uso específico.
Obtener el consenso de múltiples nodos distribuidos es una tarea tediosa. Desde proponer un bloque para agregar a la cadena hasta el punto en que se agrega y todos los nodos han llegado al estado actualizado de la cadena de bloques, el viaje no es sencillo ni predecible. Un mecanismo de consenso que reconozca y gestione lo mismo es de gran importancia para las cadenas de bloques con un gran volumen de transacciones y, por lo tanto, bloques listos para la validación.
● Estructura del quórum
Para que un sistema distribuido imponga un funcionamiento coherente, existe un número o porcentaje mínimo de nodos que deben dar su consentimiento para que un bloque se considere válido y se agregue a la cadena. Un algoritmo de consenso con una estructura de quórum que impone la descentralización y la distribución del consenso es preferible para cualquier cadena de bloques.
● Requisitos energéticos
Una preocupación importante a nivel mundial son los requisitos de energía y las tasas de emisión del consenso. Hoy en día, la mayoría de las aplicaciones y los usuarios son escépticos y se inclinan a elegir un mecanismo de consenso que tenga un impacto bajo en la calidad ambiental que ya está disminuyendo.
En la actualidad, la cadena de bloques más grande y antigua que se ejecuta en PoW y que requiere niveles extremos de potencia informática se considera la más hostil para el medio ambiente y el enfoque se ha desplazado hacia mejores mecanismos como PoS, PoB y PoC.
● Categoría Minería y Consenso
Según el tamaño de la red, se pueden concluir protocolos de consenso. Una red con una gran cantidad de nodos distribuidos favorece el consenso basado en pruebas, mientras que una red más pequeña prefiere los mecanismos de consenso basados en el comportamiento de votación. Aunque esto es bastante rudimentario. Más importante es el modus operandi que emplea un mecanismo de consenso. Los mecanismos de consenso se clasifican ampliamente de la siguiente manera:
- Basado en pruebas : Los que dependen de la prueba de validadores basados en parámetros como potencia de cómputo, capacidad de quemado, riqueza, memoria, etc.
- Basado en la capacidad : Estos están destinados a reducir los requisitos de energía, pero sufren de un defecto inherente de susceptibilidad a la centralización basada en la capacidad en consideración.
- Basado en votaciones : Un minero es elegido por votación para proponer, generar y comprometer un bloque. Con las elecciones parciales se resuelve en gran medida el problema de la centralización. Además, los electores también se encargan de los requisitos basados en pruebas. Sin embargo, este mecanismo puede sufrir indirectamente de:
a). falla de choque: Sobrecargar el nodo elegido con la tarea de validación y no tener ningún mecanismo de respaldo en caso de falla en el extremo de validación elegido.
b). Falla bizantina: Esta es una falla sutil donde se cree que existe una distribución ilusoria de consenso, aunque el consenso podría estar centralizado en unos pocos nodos.
● Finalidad del consenso
Hay dos categorías principales de finalidad de transacción: absoluta y probabilística. El consenso probabilístico puede tener transacciones revertidas, que no pueden comprometerse más adelante en el mismo bloque y, por lo tanto, se volverán a generar y validar para comprometerse con un bloque. Aquí, el tiempo de respuesta es un factor que influye en la determinación del mecanismo de consenso, ya sea probabilístico o absoluto. Hoy en día, solo la ondulación y DBFT proporcionan una finalidad absoluta. El objetivo principal de un consenso es mantener un estado global auténtico de la cadena de bloques, eliminar los intereses creados de uno o más nodos y tener el objetivo específico de mantener la privacidad de los datos. Una cadena de bloques siempre debe permanecer en un estado acordado por cada nodo, es decir, en un estado perpetuo de integridad incuestionable.
● Ataques
La accesibilidad global y la transparencia hacen que las cadenas de bloques sean altamente susceptibles a las amenazas. Un mecanismo de consenso que se ocupe del comercio financiero debería ayudar a los usuarios a mitigar los riesgos mientras mantiene el control de los activos en manos del propietario. El logro de un estado global en la cadena y su mantenimiento inducen confianza entre los nodos y pares.
Dependiendo de la categoría de los ataques de seguridad a los que es susceptible una cadena de bloques, se pueden emplear mecanismos de consenso para agregar una capa de seguridad sobre la cadena de bloques. RAFT, PoB y PoA son algunos protocolos que resisten los ataques DDos, mientras que PoT y Ripple son robustos cuando se trata de ataques Sybil.
Hay algunas consideraciones más que se deben hacer antes de que se finalice un mecanismo de consenso, que pueden incluir el enfoque de implementación, la tokenización y la fuerza del algoritmo.
Ningún parámetro influye por sí solo en la selección de un mecanismo de consenso en particular. La combinación de esos parámetros afecta el rendimiento de un mecanismo de consenso en varias aplicaciones desarrolladas sobre esa cadena de bloques.
Consenso híbrido
Sin comprometer las características únicas de los mecanismos de consenso, como la escalabilidad, la seguridad, la descentralización y la operación rápida sin permiso, los mecanismos de consenso se pueden combinar para formar un consenso adecuado para un caso de uso particular. El propósito de la hibridación es obtener lo mejor de ambos mundos, blockchain público y privado. La fusión está presidida por la compatibilidad del consenso individual empleado. El resultado aquí es una cadena de bloques híbrida, que experimenta restricciones de visibilidad más estrictas de las redes externas y un procesamiento interno más fluido.
Es posible que la hibridación no se emplee en la cadena de bloques en sí, sino en una segunda capa por encima de la cadena de bloques, la capa funcional donde se implementan la mayoría de las aplicaciones. Aunque aquí se agrega la segunda capa de escrutinio y funcionalidad, reduce la carga en la cadena de bloques principal. Esto no debe compararse con un mecanismo de consenso dual como el utilizado por Solana, Solana tiene un consenso donde los bloques se canalizan en función de PoH mientras que la validación se realiza a través de PoS. Es una cadena de bloques independiente que emplea dos mecanismos de consentimiento en dos momentos diferentes.
Migración a otro mecanismo de consenso
Ethereum ha creado mucho revuelo al migrar a PoS desde PoW. Este no es un proceso fácil. Además del esfuerzo y la capacidad, la fase de transición está plagada de una gran vulnerabilidad y, por lo tanto, requiere un esfuerzo adicional para protegerse contra Sybil y otros ataques. El propio Ethereum lo ha hecho en fases, ya que una vez que una cadena de bloques es funcional y también pública, no hay interrupción de las transacciones que se realizan ni de la generación de bloques. La migración en Ethereum se ha llevado a cabo en fases y, hasta el momento de redactar este PoW, funciona paralelamente con PoS. El mecanismo y las consideraciones de migración están más allá del alcance de este blog, aunque Ethereum ha ejemplificado que es posible y complejo al mismo tiempo.
El futuro del Consenso
El futuro de la digitalización se centra en blockchain y, por lo tanto, los mecanismos de consenso están bajo escrutinio. Cada nueva cadena de bloques está tratando de superar lo que ya se ha hecho. Solana introdujo un conjunto completamente nuevo de protocolos como el nivel del mar y la ruptura de nubes para desafiar las cadenas de bloques predominantes. Se benefició de ello y alcanzó una popularidad competitiva en poco tiempo. Sin embargo, el objetivo no es una sola cadena de bloques o el mejor mecanismo de consenso. El objetivo es alcanzar un nivel de cooperación en el que las cadenas de bloques individuales puedan funcionar y la moneda o cualquier transacción digital sea factible sin los límites de la arquitectura subyacente o la cadena de bloques o el mecanismo de consenso que rige. Metaverse, el último espacio digital único, está lejos hasta que las cadenas de bloques individuales se integren a la perfección para formar una alianza sinérgica.
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