Prueba de la propiedad

Prueba de propiedad, Prueba de participación (PoS) (del inglés proof of stake , literalmente: "compartir confirmación") es un método de seguridad en criptomonedas , en el que la probabilidad de que un participante forme el siguiente bloque en la cadena de bloques es proporcional a la parte de propiedad de este participante unidades de cuenta de esta criptomoneda de su número total. Este método es una alternativa al método de prueba de trabajo (PoW), en el que la probabilidad de crear el siguiente bloque es mayor para el propietario de equipos más potentes [2] .

Al usar este método, el algoritmo de formación de bloques no depende de la capacidad del equipo, pero es más probable que el bloque sea formado por la cuenta con el mayor saldo actual. Por ejemplo, un participante que posee el 1% del monto total generará, en promedio, el 1% de los nuevos bloques [3] .

La idea de la prueba de participación se propuso por primera vez en el foro Bitcointalk en 2011 . La primera implementación del protocolo PoS se introdujo en 2012 en la criptomoneda PPCoin (actualmente PeerCoin ) [4] . El 15 de septiembre de 2022, Ethereum se transfirió al algoritmo de consenso de prueba de participación [5] .

En la práctica, a menudo se encuentran opciones mixtas para la formación de nuevos bloques. Por ejemplo, los métodos PoW y PoS se utilizan en las criptomonedas Emercoin , NovaCoin , YaCoin . En las criptomonedas PeerCoin y Reddcoin , el método PoW se usa para la distribución inicial y PoS se usa para confirmar las transacciones [6] . En la criptoplataforma Nxt , Gridcoin y BlackCoin , el método PoS se utiliza en todas las etapas [6] .

Idea

La idea de la prueba de participación es resolver el problema de la prueba de trabajo asociado con el alto consumo de energía. En lugar de la potencia informática de los participantes, importa la cantidad de criptomonedas en su cuenta. Entonces, en lugar de usar una gran cantidad de electricidad para resolver el problema de PoW, el participante de PoS tiene un porcentaje limitado de posibles verificaciones de transacciones. El límite corresponde a la cantidad de criptomonedas en la cuenta del participante .

Prueba de importancia

Una de las opciones para el uso combinado de la tecnología PoS es la Prueba de importancia (PoI), un algoritmo utilizado en la criptomoneda NEM . Hay tres componentes en la probabilidad de ser elegible para formar un bloque [7] :

el número de unidades de criptomoneda en el saldo (significativo para PoI son saldos más que el número de unidades acordado, por ejemplo, al menos 10 mil para NEM);
actividad de la cuenta (número de transacciones);
el tiempo que la cuenta estuvo en línea.

A medida que crece el saldo, la influencia de los parámetros cambia: con un aumento en la cantidad de unidades de criptomonedas en el saldo, la influencia del primer parámetro aumenta y la influencia del segundo y tercer parámetro disminuye (PoI funciona casi como PoS) . Cuanto menor sea el balance, más fuerte será la influencia de los parámetros 2 y 3.

Si el volumen total de emisión de criptomonedas es limitado, los requisitos mínimos para el primer parámetro forman el número máximo de solicitantes para la creación de un bloque.

Beneficios

No es necesario consumir grandes cantidades de electricidad para proteger la cadena de bloques. Por ejemplo, Bitcoin y Ethereum juntos gastan más de $1 millón en términos de electricidad por día a través de sus mecanismos de consenso [8] .
Al no existir la necesidad de consumir una gran cantidad de energía, se reducen los gastos de los participantes. Por lo tanto, no es necesario aumentar el número de unidades monetarias para motivar a los participantes [8] .
La prueba de participación permite el uso de algoritmos de teoría de juegos para contrarrestar eficazmente la centralización [9] .

Desventajas

Argumentos que preocupan [4] :

La prueba de propiedad proporciona un incentivo adicional para acumular fondos en las mismas manos, lo que puede llevar a la centralización de la red [10] .
Si se forma un pequeño grupo que concentre fondos suficientemente grandes, podrá imponer sus propias condiciones para el funcionamiento de la criptomoneda, con lo que la mayoría de los accionistas minoritarios que no controlan la falsificación estarán en desacuerdo [10] .

Implementaciones

Peercoin

Peercoin es un sistema de prueba de participación "puro", en el sentido de que PoW se usa solo para la distribución inicial de la oferta monetaria .

Generación de bloques

Los miembros de la red Peercoin tienen la oportunidad de crear un bloque basado en la siguiente condición :

hash(prevBlocksData,timeInSeconds,txout_{A})\leq d_{0}*coins(txout_{A})*timeweight(txout_{A})

$tiempoEnSegundos$ — el tiempo actual, en esta desigualdad limita los intentos de hashing y bloquea la creación del siguiente bloque.

$txout_{A}$ es el resultado de la transacción.

$monedas(txout_{A})$ — la cantidad de criptomoneda no gastada de la transacción.

Si una parte interesada tiene una clave que controla , entonces puede generar un bloque utilizando la clave como firma. La firma, en este caso, servirá como prueba del cumplimiento de la condición. Por ejemplo, un participante que posee 50 unidades de una criptomoneda tiene 10 veces más probabilidades de crear un nuevo bloque que un participante que posee 5 unidades. $txout_{A}$

$timeweight(txout_{A})$ es el tiempo transcurrido desde que el resultado de la transacción fue incluido en el bloque . La probabilidad de generar el siguiente bloque inmediatamente después de generar el anterior es muy pequeña, pero aumenta con el tiempo. Esto evita una distribución exponencial entre los pagos, lo que aumenta las posibilidades de que los participantes tengan una pequeña cantidad de criptomonedas. $txout_{A}$

$prevBlocksData$ - datos del bloque anterior.

Un participante que posee una parte significativa de toda la criptomoneda del sistema tiene la oportunidad de generar una parte importante de los bloques, ya que la probabilidad de generar un bloque es proporcional a la cantidad de monedas en su cuenta. Por lo tanto, de vez en cuando, el interesado tiene la oportunidad de generar cadenas de bloques consecutivos .

$d_{0}$ es una constante que se ajusta para que los bloques se generen en promedio cada 10 minutos.

COA

CoA (cadenas de actividad) se basa en parte en el elemento principal de prueba de actividad , por ejemplo, en una lotería entre participantes activos a través del procedimiento follow-the-satoshi (satoshi [11] es la unidad más pequeña de criptomoneda, por ejemplo, para bitcoin es igual a 0.00000001 BTC).

Sigue al satoshi

Un algoritmo que toma como entrada un coeficiente de satoshi entre cero y el número total de satoshi en circulación. Luego consulta el bloque en el que se produjo este satoshi y realiza un seguimiento de las transacciones por las que pasó hasta que encuentra un participante que actualmente puede gastarlo. Por ejemplo, si Alice tiene 6 satoshi y Bob tiene 2, entonces Alice tiene 3 veces más probabilidades de ser elegida como la próxima propietaria de algún satoshi que Bob .

Parámetros de protocolo

Número de miembros en el grupo que genera los siguientes bloques ${\ estilo de visualización w \ geq 1}$
El número de unidades de criptomonedas producidas por este grupo $2^k$
El número de bloques generados por este grupo. ${\ estilo de visualización l = k * w}$
Función ${\displaystyle h:\{0,1\}^{l}\rightarrow \{0,1\}^{k))$
Tiempo mínimo entre generación de bloques $G_{0}$
Participación mínima en la propiedad $C_{0}$
Recompensa : $C_{1}$ ${\displaystyle 0\leq C_{1}\leq C_{0))$

El proceso de creación de bloques CoA constituye una cadena de bloques que consta de grupos de bloques consecutivos : $yo$

\underbrace {\square \square ...\square } _{l},\underbrace {\square \square ...\square } _{l},\underbrace {\square \square ...\ cuadrado } _{l}...

Reglas de protocolo

reglas de protocolo :

Cada nuevo bloque es generado por un participante
Cada nuevo bloque está asociado con el primer bit del hash. $Bi}$ $bi}$ $hash(B_{i})$
El intervalo de tiempo entre dos bloques y no debe ser inferior a . Esto significa que si los siguientes 4 bloques son creados por los participantes , entonces el intervalo de tiempo entre y debe ser al menos $Bi}$ $b_j$ ${\ estilo de visualización \ izquierda | ji-1 \ derecha | * G_ {0))$ $B_{i},B_{i+1},B_{i+2},B_{i+3}$ $A_{i},A_{i+1},A_{i+2},A_{i+3}$ $B_{i+3}$ $Bi}$ ${\ estilo de visualización 2G_ {0))$
Después de que se crea el grupo de bloques , los nodos de la red forman un estado inicial de bits (semilla inglesa) , donde están los valores de entrada $yo$ $B_{i},B_{i+1},B_{i+2},B_{i+3}$ $k$ $S^{B_{il}}=\sum_{j=1}^{l}b_{ij}$ $b_{{ij}}$
A continuación, se utiliza el estado inicial (semilla inglesa) para obtener una secuencia de identidades que se utilizan para determinar los próximos propietarios a través del algoritmo follow-the-satoshi . $S^{B_{il))$ $yo$
Si el satoshi recibido no se gasta, el propietario está obligado a proporcionar una firma adicional que demuestre la propiedad de al menos unidades de la criptomoneda; de lo contrario, el participante no podrá generar un nuevo bloque. ${\ estilo de visualización c<C_{0))$ $C_{0}-c$

CoA denso

Dense-CoA es una implementación alternativa de CoA en la que los participantes que generan los siguientes bloques en la cadena no se conocen de antemano. En CoA, un participante genera un bloque, y en Dense-CoA, cada bloque es creado por un grupo de participantes: $yo$

${\begin{matrix}{\begin{aligned}l{\begin{cases}&\bigcirc \quad \bigcirc \quad \bigcirc \\&\bigcirc \quad \bigcirc \quad \bigcirc \\&\ bigcirc \quad \bigcirc \quad \bigcirc \\&\ \vdots \qquad \vdots \qquad \vdots \\&\bigcirc \quad \bigcirc \quad \bigcirc \end{casos}}\\\Downarrow \qquad \ \ \\\cuadrado \cuadrado \cuadrado \cuadrado \cuadrado \cuadrado \end{alineado}}\end{matriz}}$

Sea una función irreversible . Que el bloque se asocie con el estado inicial (English seed) , formado por un grupo de participantes que generaron este bloque. El participante que decide qué transacciones van al siguiente bloque se determina utilizando el algoritmo de seguimiento del satoshi con una función hash como entrada. Los participantes restantes están determinados por el mismo algoritmo, pero el valor de entrada es , donde . $h:\{0,1\}^{n}\rightarrow \{0,1\}^{n}$ $B_{i-1}$ ${\ Displaystyle S^{B_{i-1))}$ $yo$ $Alabama}$ $Bi}$ $hash(i,l,S^{B_{i-1)))$ ${\displaystyle A_{1},A_{2},...,A_{l-1))$ $hash(i,l,S^{B_{j-1)))$ $j\en {1,2,...,l-1}$

A continuación, los elegidos participan en el procedimiento de generación de bloques , que consta de dos etapas: ${\displaystyle A_{1},A_{2},...,A_{l-1))$ $Bi}$

Cada participante , donde , elige un valor secreto aleatorio de $A_{j}$ ${\ estilo de visualización j \ en {1,2,...,l))$ ${\displaystyle R_{j}\in\{0,1\}^{n))$
Cada participante firma el mensaje y sube su firma y prototipo a la red. $METRO{\stackrel {\mathrm {def} }{=}}h(R_{1})\circ h(R_{2})\circ ...\circ h(R_{l})$ $signo_{S_{kj}}(M)$ ${\ Displaystyle R_ {j}}$

El participante firma y sube el bloque a la red . El bloque contiene: transacciones, el hash del bloque anterior , la marca de tiempo actual, preimágenes y la recopilación de todas las firmas . Los participantes utilizan una función para calcular imágenes . Estas imágenes se utilizan para obtener . A continuación, se contrasta la validez de la firma con las claves públicas de los participantes . $Alabama}$ $Bi}$ $B_{i-1}$ $yo$ ${\displaystyle R_{1},R_{2},...,R_{l))$ ${\sombrero {s}}(M)=\{signo_{S_{kj}}\}_{j=1}^{l}(M)$ $h$ $h(R_{1}),h(R_{i}),...,h(R_{l})$ $METRO$ ${\ estilo de visualización {\ sombrero {s}} (M)}$ ${\displaystyle pk_{1},pk_{2},...,pk_{l))$ ${\displaystyle A_{1},A_{2},...,A_{l))$

Distribución inicial de criptomonedas

Para una criptomoneda que no utiliza prueba de trabajo, existe una forma sencilla de distribuir dinero entre los participantes: tener una ICO . Sin embargo, en este caso, se da a entender que inicialmente toda la moneda está controlada por una parte, lo que complica el proceso de descentralización. En muchos criptosistemas que usan prueba de participación, este problema se resuelve usando PoW para generar inicialmente una criptomoneda que circulará en el sistema en el futuro. Por lo tanto, el costo inicial de las unidades de criptomonedas está determinado por el costo de su producción .

Crítica

Algunos autores argumentan que la prueba de participación no es ideal para un protocolo de consenso distribuido [12] .

Nada en juego

El problema de "nada en juego" es que, en caso de un error de consenso, los generadores de bloques no pierden nada al votar por múltiples ramas de la cadena. Esto impide que se llegue a establecer un consenso [12] .

Doble gasto

Debido a que el encadenamiento es un recurso bajo (a diferencia de los sistemas PoW), cualquiera puede abusar del problema tratando de duplicar el gasto "gratis" [12] .

Opciones de resolución de problemas

En la práctica, los proyectos resolvieron estos problemas de diferentes maneras:

El protocolo Slasher ofrecido por Ethereum permite a los usuarios “castigar” a los estafadores que operan al final de más de una rama de la cadena [13] . Esta opción asume que debe firmar dos veces la creación de una nueva rama de la cadena, y que puede ser penalizado si crea una rama sin confirmar la apuesta. Sin embargo, el protocolo Slasher nunca se adoptó. Los desarrolladores de Ethereum llegaron a la conclusión de que la prueba de participación en este caso no es trivial [14] . En cambio, Ethereum desarrolló el protocolo Ethash utilizando PoW [15] .
Peercoin utiliza puntos de control firmados con la clave privada del desarrollador . Debido a esto, no hay posibilidad de reorganización de la cadena de bloques antes del último punto de control. En este caso, la contrapartida es que el desarrollador de Peercoin es la autoridad central que gestiona la cadena de bloques [4] .
El protocolo Nxt te permite reorganizar los últimos 720 bloques. Sin embargo, esto solo distorsiona el problema: el cliente puede seguir la bifurcación del bloque 721, sin importar si es la cadena más larga. [16] .
Algoritmo híbrido PoS y PoW del protocolo Decred . En este caso, se utiliza la prueba de participación, dependiente de la marca de tiempo del algoritmo PoW, que se propone llamar "Proof-of-Activity" (Prueba de actividad), donde el problema de la prueba se resuelve por la presencia de un segundo mecanismo probatorio - PoW [17] .

Notas

↑ Prueba de propiedad. "Métodos algorítmicos de prueba de participación: un resumen comparativo". Archivado el 23 de septiembre de 2020 en Wayback Machine Social Science Research Network (SSRN). 11-03-2018.
↑ Prueba de actividad: extensión de la prueba de trabajo de Bitcoin a través de la prueba de participación . Consultado el 24 de diciembre de 2017. Archivado desde el original el 17 de octubre de 2017. (indefinido)
↑ 1 2 3 PPCoin: criptomoneda punto a punto con prueba de participación (enlace descendente) . Consultado el 24 de diciembre de 2017. Archivado desde el original el 11 de diciembre de 2017. (indefinido)
↑ El Merge se activó en la red Ethereum. Blockchain cambió a PoS (inglés) . forklog (15 de septiembre de 2022). Fecha de acceso: 17 de septiembre de 2022.
↑ 1 2 Karl Whelan. Razonamiento sobre el tema de los métodos para proteger las criptomonedas . 11/06/2011 (inglés) forbes.com (20/11/2013). Consultado el 1 de septiembre de 2014. Archivado desde el original el 8 de agosto de 2017. (indefinido)
↑ Mecanismo Blockchain sadaqa para la financiación colectiva de ayuda en casos de desastre . Consultado el 24 de diciembre de 2017. Archivado desde el original el 25 de diciembre de 2017. (indefinido)
↑ 1 2 Vitalik Buterín. Una prueba de filosofía de diseño de estaca . Consultado el 24 de diciembre de 2017. Archivado desde el original el 10 de marzo de 2021. (indefinido)
↑ Pos vs. Pow . Steemit.com. Consultado el 24 de diciembre de 2017. Archivado desde el original el 25 de diciembre de 2017. (indefinido)
↑ 1 2 Andrew Poelstra. El consenso descentralizado en la prueba de participación no es posible. (Inglés) . wpsoftware.net (28/05/2014). Consultado el 23 de septiembre de 2014. Archivado desde el original el 3 de mayo de 2018.
↑ Satoshi . es.bitcoin.it. Consultado el 23 de diciembre de 2017. Archivado desde el original el 23 de diciembre de 2017. (indefinido)
↑ 1 2 3 Prueba de actividad: extensión de la prueba de trabajo de Bitcoin a través de la prueba de participación . (indefinido)
↑ Slasher: un algoritmo punitivo de prueba de participación . Blog de Ethereum (15 de enero de 2014). Consultado el 11 de agosto de 2017. Archivado desde el original el 8 de abril de 2018. (indefinido)
↑ Slasher Ghost y otros desarrollos en la prueba de participación . Blog de Ethereum (3 de octubre de 2014). Consultado el 11 de agosto de 2017. Archivado desde el original el 2 de enero de 2018. (indefinido)
↑ Wood, Gavin Ethereum: un libro mayor de transacciones generalizado seguro y descentralizado . - "Ethash es el algoritmo PoW planificado para Ethereum 1.0". Fecha de acceso: 23 de enero de 2016. Archivado desde el original el 18 de febrero de 2015. (indefinido)
↑ Whitepaper de Nxt: Ataque histórico (enlace descendente) . nxtwiki . Consultado el 2 de enero de 2015. Archivado desde el original el 3 de febrero de 2015. (indefinido)
↑ Bentov I., Gabizon A., Mizrahi A. Criptomonedas sin prueba de trabajo. // Criptografía y seguridad arXiv.. - 2015. Archivado el 6 de marzo de 2016.

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