Qué es Proof of Work (PoW). Ejemplos de redes

Proof of Work (PoW) es el método con el que una blockchain confirma transacciones y añade nuevos bloques. Los participantes de la red, llamados mineros, compiten: quien primero resuelve una tarea computacional difícil propone el siguiente bloque y recibe una recompensa (monedas nuevas más las comisiones de las transacciones incluidas). La idea de PoW se implementó por primera vez en Bitcoin y sigue siendo la base de varias redes, ya que permite a los participantes llegar al mismo estado de la cadena sin confiar en una parte central.

El problema del consenso, en breve

En una blockchain no hay un centro que diga qué transferencias son válidas. Los nodos reciben los datos en momentos distintos y pueden ver un orden de eventos diferente.

El consenso es el conjunto de reglas y algoritmos mediante los cuales los nodos de una blockchain llegan a un estado de datos único y coherente: qué transacciones son válidas y cuál es el siguiente bloque. Su objetivo es garantizar el mismo resultado para miles de participantes independientes sin confiar en un centro. 

Proof of Work resuelve este problema: el siguiente bloque puede añadirlo quien primero haya realizado un trabajo computacional considerable. Esto cuesta electricidad y tiempo, pero los demás pueden verificarlo fácilmente.

Ejemplo. Pagas 1 moneda a otro usuario y, casi al mismo tiempo, otra persona realiza la misma operación de 1 moneda. Dos nodos arman variantes distintas del siguiente bloque y las difunden por la red. Una parte de los nodos ve primero la variante con tu transferencia y otra parte, la de la segunda persona. El mecanismo de consenso fija una regla clara para elegir la historia común (por ejemplo, según qué variante se haya confirmado con más fuerza conforme a las reglas de la red). Poco después, todos los nodos aceptan la misma versión y la otra variante se descarta.

Funciona según las siguientes reglas:

1. Las transacciones no confirmadas se difunden por la red.
2. Los mineros las agrupan en el siguiente bloque y prueban una y otra vez distintas variantes de los datos de entrada hasta que el resultado cumple la regla de dificultad de la red. Verificar la solución encontrada es fácil: basta con calcular el hash una sola vez.
3. En cuanto se encuentra la solución, el bloque se publica. Los demás nodos comprueban rápidamente que se cumple la regla y aceptan el bloque en la cadena.

Cómo garantiza PoW la fiabilidad de la red

Regla para añadir un bloque. En PoW, el derecho a añadir el siguiente bloque lo obtiene quien primero haya realizado un trabajo computacional considerable. Esto requiere electricidad y tiempo, pero para todos los demás verificar el resultado es sencillo: el nodo hace una comprobación rápida y ve que el bloque cumple la regla.

Ritmo estable de la red. La dificultad de la tarea se ajusta automáticamente para que los bloques aparezcan de forma aproximadamente uniforme. Si hay más participantes y las soluciones se encuentran más rápido, la dificultad aumenta; si hay menos, disminuye. Gracias a ello, los usuarios tienen expectativas predecibles sobre las confirmaciones.

Estabilidad de la historia. Tras publicarse un bloque, los demás participantes comprueban rápidamente que es correcto y siguen construyendo la cadena. Cuantos más bloques nuevos haya encima, más sólido se vuelve el registro: modificar con efecto retroactivo una transferencia ya registrada es prácticamente irrealizable, porque requeriría hacer más trabajo que todo el resto de la red en el mismo tiempo.

Si aparecen dos variantes a la vez. A veces dos participantes publican casi simultáneamente bloques siguientes diferentes. Es una situación temporal: la red sigue funcionando y, poco después, todos ven qué rama ha avanzado más según la regla común. Esa rama se considera la principal y la otra queda descartada automáticamente.

Qué significa esto para el usuario. Las confirmaciones siguen reglas comunes, la verificación es rápida y las transferencias ya confirmadas se vuelven cada vez más fiables a medida que crece el número de bloques posteriores. El sistema no se sostiene en la confianza en un centro, sino en un procedimiento claro que exige costes reales para añadir registros y, de este modo, estabiliza la historia común.

Conceptos clave

• Función hash: transformación unidireccional de datos en una cadena de longitud fija. Hasta el más mínimo cambio en los datos de entrada cambia por completo el resultado. En PoW, la tarea es encontrar un hash adecuado.
• Dificultad: indicador de lo raro que debe ser un hash correcto. Cuanto mayor es el hashrate total de la red, mayor es la dificultad y más intentos se necesitan de media para encontrar un bloque.
• Nonce (número de un solo uso): número que el minero va probando dentro de los datos del bloque para obtener el hash necesario.
• Bloque candidato: borrador de bloque con transacciones que pasará a formar parte de la cadena cuando se encuentre una solución correcta y la red acepte el bloque.

Ventajas y limitaciones de PoW

Entre sus puntos fuertes destacan:

• Un modelo de seguridad probado durante mucho tiempo y una verificación sencilla de la validez de los bloques por parte de todos los nodos.
• Alta resistencia a la censura cuando la minería está suficientemente descentralizada.

Limitaciones:

• Un consumo de energía considerable debido al hashing constante. Esta limitación se convirtió en el principal motivo para que varios proyectos pasaran a mecanismos alternativos, como PoS; así, en Ethereum, tras la transición en septiembre de 2022, el consumo de energía se redujo aproximadamente en un 99,95 %.
• Tendencia a la especialización del hardware (ASIC) con algoritmos que se aceleran fácilmente por hardware; algunas redes eligen algoritmos menos favorables para dispositivos especializados con el fin de mantener la minería accesible.

Ejemplos de redes PoW y sus particularidades

• Bitcoin (BTC): la implementación clásica de PoW con el algoritmo SHA-256. Fija el ritmo de emisión de nuevas monedas, las comisiones y las reglas de dificultad, y sirve de referencia para toda la categoría de redes PoW.
• Litecoin (LTC): utiliza Scrypt como PoW. Este algoritmo se eligió originalmente por su mayor uso de memoria, lo que históricamente lo hacía menos adecuado para ASIC en comparación con SHA-256.
• Dogecoin (DOGE): también usa Scrypt y desde 2014 admite la minería conjunta con Litecoin: el mismo trabajo del minero puede contabilizarse en ambas redes. Esto aumenta la seguridad de Dogecoin gracias a una base común de mineros.
• Monero (XMR): utiliza RandomX, un PoW orientado a CPU que frena la especialización en ASIC y mantiene la minería accesible para procesadores comunes.

Dónde tiene sentido PoW

PoW es lógico allí donde la prioridad es un modelo de seguridad lo más sencillo y robusto posible, basado en costes reales.

• Capa monetaria base. Cuando importan la previsibilidad, la resistencia a la censura y la posibilidad de que cada participante verifique, PoW ofrece reglas claras: si apareció un bloque, es que se gastó trabajo computacional en él.
• Reserva de valor a largo plazo y liquidaciones de gran importe. Para transferencias en las que lo primero es la fiabilidad y la verificabilidad de la historia, y no un alto rendimiento.
• Entornos con un coste energético transparente. Cuando se pueden prever los costes operativos (electricidad, equipos), es más fácil planificar la seguridad de la red.
• Escenarios en los que la especialización del hardware es aceptable. Si participar mediante dispositivos especializados no se percibe como un problema de descentralización, PoW sigue siendo práctico.

PoW es menos adecuado cuando se necesita un alto rendimiento en la capa base y la sensibilidad al consumo energético es crítica, o cuando la comunidad quiere involucrar al mayor número posible de participantes sin que tengan que comprar equipos.

Comparación con PoS 

En PoW la seguridad se basa en el gasto energético y el trabajo computacional, y la velocidad y el rendimiento están limitados por la física de la minería. En PoS, los validadores confirman bloques apostando sus propias monedas, lo que reduce drásticamente el consumo de energía y cambia la economía de los ataques y los incentivos. Qué es PoS lo analizamos en otro artículo.

Conclusión

PoW es una forma clara y fiable de acordar el estado de una blockchain: muchos intentos, una solución verificable, un nuevo bloque. Ofrece un alto nivel de seguridad gracias a costes reales, pero exige recursos considerables. En la continuación de esta serie veremos PoS para mostrar en qué casos cada mecanismo cumple mejor su función.