¿Qué es Nominated Proof of Stake y cómo funciona?

¿Qué es Nominated Proof of Stake?

Nominated Proof of Stake, normalmente abreviado como NPoS, es una variante de Proof of Stake en la que los titulares de tokens nominan candidatos a validador y el protocolo elige a partir de ellos un conjunto activo de validadores. Estos validadores activos realizan posteriormente las tareas técnicas necesarias para proteger la blockchain.

En Proof of Stake, los participantes bloquean tokens como garantía económica. Esa garantía se denomina stake. NPoS añade una clara distribución de funciones: los validadores gestionan la infraestructura técnica, mientras que los nominators determinan qué candidatos a validador desean respaldar con su stake.

Por tanto, un nominator no necesita ejecutar su propio nodo de validador. Un nodo es un ordenador que se conecta a la red y ejecuta las reglas de la blockchain. El nominator vincula tokens e indica qué candidatos a validador parecen fiables. El protocolo utiliza estas preferencias durante una elección.

NPoS es especialmente conocido por Polkadot y Kusama. En Polkadot, NPoS no es el mecanismo de consenso completo. Selecciona y protege económicamente el conjunto de validadores. Después, los validadores producen bloques con BABE y, con GRANDPA, proporcionan finalidad. La finalidad significa que un bloque queda confirmado de manera definitiva y ya no será sustituido por otra versión de la blockchain.

Puntos clave

• Nominated Proof of Stake es una variante de Proof of Stake para seleccionar validadores.
• Los nominators vinculan tokens y nominan candidatos a validador sin gestionar por sí mismos un nodo de validador.
• Los validadores realizan las tareas técnicas de consenso y de seguridad de la red.
• El protocolo determina qué candidatos pasan a estar activos y cómo se distribuye el respaldo.
• En Polkadot, NPoS selecciona validadores, mientras que BABE produce bloques y GRANDPA aporta finalidad.

¿Cómo funciona Nominated Proof of Stake?

NPoS funciona utilizando las preferencias de los nominators y sus tokens vinculados para elegir un grupo limitado de validadores activos. En Polkadot, el proceso funciona a grandes rasgos del siguiente modo.

1. Un candidato se registra como validador

   Un candidato a validador registra que desea participar. El candidato debe gestionar un nodo y ser capaz de realizar de forma fiable las tareas de un validador activo.

2. Los nominators eligen candidatos

   Un nominator vincula tokens y elabora una lista limitada de candidatos a validador. Con ello, el nominator indica qué candidatos considera adecuados.

3. El protocolo celebra una elección

   El protocolo selecciona un número limitado de validadores activos. En esa selección no solo cuenta cuánto respaldo tiene un candidato. La elección también procura distribuir el respaldo de forma más equilibrada entre el conjunto de validadores elegidos e incorporar proporcionalmente las preferencias de los nominators.

4. Se asigna el stake

   Una nominación no es una instrucción fija en la que todos los tokens acaben automáticamente en un único candidato elegido. El resultado de la elección determina a qué validadores activos se asigna el stake de un nominator durante ese periodo. Por tanto, una parte de los candidatos elegidos por un nominator puede quedar activa, mientras que otros candidatos no se seleccionan.

5. El conjunto activo desempeña las funciones de la red

   En Polkadot, el conjunto de validadores activos se renueva por era. Una era dura allí aproximadamente 24 horas. Por ello, la composición de los validadores activos puede cambiar de una era a otra.

La elección utiliza métodos de la teoría de la votación relacionados con Phragmén. El objetivo no es simplemente elegir a los candidatos con más respaldo bruto. El protocolo intenta aprovechar la mayor cantidad posible de stake, dar suficiente respaldo a los validadores elegidos y reducir las grandes diferencias entre esos respaldos.

El cálculo de esta distribución ampliada se realiza fuera de la blockchain y después se envía a la blockchain para su verificación. Así, la blockchain no necesita ejecutar por sí misma todos los pasos de cálculo pesado en cada cambio de era.

Ejemplo: suponga que un nominator nomina a tres candidatos a validador. Si dos de esos candidatos son elegidos, el protocolo puede asignar los tokens vinculados de este nominator a esos dos validadores activos. El nominator no necesita determinar manualmente esa distribución.

¿Qué papel desempeñan nominators y validadores?

Los nominators eligen candidatos a validador con su stake, mientras que los validadores realizan las tareas técnicas necesarias para que la blockchain funcione. Ambas funciones son importantes, pero las responsabilidades difieren claramente.

Un validador ejecuta un nodo y participa en el consenso. El consenso es el proceso por el que los participantes de una blockchain determinan conjuntamente qué bloques y transacciones son válidos. En Polkadot, los validadores, entre otras funciones, producen bloques, validan bloques de parachain y participan en la finalidad.

Un nominator normalmente no gestiona un nodo de validador. En su lugar, el nominator vincula tokens y selecciona candidatos que considera fiables. Esta elección influye en la probabilidad de que los candidatos obtengan suficiente respaldo para estar activos.

Nominar no es una forma completamente pasiva de staking. Un nominator debe seguir evaluando a los candidatos a validador. Entre los puntos importantes se incluyen:

• el rendimiento del validador;
• el porcentaje de comisión;
• el stake propio del validador;
• slashes anteriores;
• la probabilidad de que el validador quede activo;
• posibles vínculos técnicos o económicos entre validadores.

Un slash es una sanción por la que un protocolo puede retirar una parte del stake tras una infracción que cumpla los criterios. Los validadores asumen riesgos operativos, por ejemplo, por caídas, una configuración incorrecta o doble firma. El validador gestiona la infraestructura del nodo y las claves. El nominator asume principalmente riesgo de selección y de asignación: una elección errónea o una nominación no activa puede implicar que no se reciba ninguna recompensa.

Un nominator solo recibe recompensas de staking cuando el stake se asigna efectivamente a un validador activo que está generando recompensas. Por tanto, vincular tokens o indicar candidatos no es suficiente.

¿Cómo se distribuyen las recompensas dentro de Nominated Proof of Stake?

En Polkadot, las recompensas se determinan primero por validador activo y después se distribuyen entre el validador y los nominators activos detrás de ese validador. La recompensa no depende únicamente de la cantidad de respaldo de un validador.

En principio, los validadores activos reciben una recompensa bruta similar dentro del conjunto de validadores. El importe exacto puede variar por era debido a los era points. Los era points son puntos que los validadores obtienen por tareas realizadas, como producir bloques de la relay chain y emitir declaraciones de validez para bloques de parachain.

A continuación, la distribución se realiza en dos pasos:

1. La comisión va primero al validador

   El validador establece un porcentaje de comisión. Este porcentaje se deduce primero de la recompensa bruta. Por tanto, una comisión más alta deja menos recompensa para los demás participantes detrás de ese validador.

2. El importe restante se distribuye proporcionalmente

   Lo que queda tras la comisión se distribuye prorrata. Esto significa que cada participante recibe una parte acorde con su participación en el stake detrás de ese validador. El propio validador también participa en función de su stake activo propio.

El validador no tiene custodia sobre las recompensas de los nominators. La custodia significa el control sobre el criptoactivo de una persona. La blockchain crea y distribuye las recompensas directamente a los titulares cuando se ejecuta un payout.

Las propinas de transacción son independientes de estas recompensas de staking. En Polkadot, dichas propinas van íntegramente al validador que las recibe.

Ejemplo: un validador activo recibe una recompensa bruta. Primero se separa la comisión establecida para el validador. La parte restante se distribuye entre el validador y los nominators activos, en función de la participación de cada uno en el stake detrás de ese validador.

¿Cuáles son las ventajas de Nominated Proof of Stake?

NPoS permite a los titulares de tokens contribuir a la seguridad económica de una blockchain sin gestionar por sí mismos un nodo de validador. Esto reduce los obstáculos técnicos para el staking.

Las principales ventajas son:

• Participación más accesible: los nominators pueden vincular tokens y seleccionar candidatos sin gestionar por sí mismos el hardware, la conexión y las claves de un nodo de validador.
• Diversificación de preferencias: un nominator puede nominar a varios candidatos. De este modo, el nominator no depende por completo de un único candidato que quizá no llegue a estar activo.
• Respaldo más equilibrado: los métodos de elección están diseñados para distribuir mejor el respaldo entre el conjunto de validadores elegidos. Esto puede evitar que todo el respaldo fluya automáticamente hacia un pequeño grupo de validadores populares.
• Representación proporcional: la elección intenta incorporar proporcionalmente las preferencias de los nominators al seleccionar varios validadores.
• Intereses económicos compartidos: validadores y nominators tienen interés en que el conjunto de validadores elegido funcione correctamente. Un buen rendimiento puede generar recompensas, mientras que las conductas indebidas que cumplan los criterios pueden tener consecuencias.

En Polkadot, además, la estructura de recompensas hace que un validador no reciba automáticamente una recompensa bruta de validador más alta solo por tener mucho más respaldo. Este diseño reduce el incentivo a concentrar todo el stake en un número reducido de validadores.

Estas ventajas son objetivos de diseño, no una garantía. En la práctica, una red NPoS también puede tener riesgo de concentración, por ejemplo, cuando varios validadores son gestionados por la misma parte o por el mismo proveedor de servicios externo de actividades de infraestructura.

¿Qué riesgos y limitaciones tiene Nominated Proof of Stake?

NPoS reduce los obstáculos técnicos para el staking, pero no elimina los riesgos. Los nominators siguen siendo responsables de sus elecciones y de cumplir las reglas de la red.

Un primer riesgo es que un nominator no reciba recompensas. Esto puede ocurrir cuando ninguno de los candidatos seleccionados pasa a estar activo o cuando el stake del nominator no se asigna a un validador activo. En Polkadot, los nominators se priorizan para la entrada de la elección en función del stake vinculado. El minimum active bond es dinámico. Por ello, los tokens pueden estar vinculados sin que un nominator pequeño esté activo o reciba recompensas.

Además, el sistema es técnicamente complejo. La elección debe procesar un conjunto grande de nominators y candidatos a validador. Por tanto, no necesariamente se incluye a todos los nominators en la entrada de la elección. El cálculo se realiza fuera de la blockchain y después debe poder verificarse dentro de las reglas de la blockchain.

El riesgo del validador también sigue siendo importante. Un validador puede caerse, estar mal configurado o infringir las reglas de consenso. Ejemplos de conductas indebidas graves son la equivocation, en la que un validador firma mensajes contradictorios, y los votos no válidos. El protocolo puede entonces desactivar a un validador o aplicar un slash.

Asimismo, los porcentajes de comisión y el rendimiento pueden cambiar. Una comisión baja no garantiza un funcionamiento fiable, y una identidad de validador conocida tampoco garantiza un buen resultado. Por ello, los nominators deben reevaluar sus elecciones con regularidad.

Varias nominaciones tampoco ofrecen una protección completa frente a riesgos vinculados. Suponga que distintos validadores elegidos son gestionados técnicamente por el mismo operador. Ante una incidencia, todos pueden caerse al mismo tiempo. Lo mismo aplica cuando varios validadores están vinculados económica u organizativamente a la misma parte.

Por último, NPoS no protege frente a todos los riesgos relacionados con los criptoactivos. El precio de mercado del token en staking puede bajar. Asimismo, la pérdida de acceso a las private keys, los problemas con una cartera de criptoactivos y las vulnerabilidades en smart contracts fuera del protocolo de staking no quedan cubiertos por la protección de NPoS.

¿Cuál es la diferencia entre Nominated Proof of Stake y otros mecanismos de consenso?

NPoS difiere de otros mecanismos de consenso porque es principalmente un sistema para la selección de validadores y la seguridad económica, no una descripción completa de todos los pasos de consenso. Para realizar bien la comparación, es importante distinguir dos capas.

La primera capa determina quién puede ser validador y qué stake respalda a ese validador. NPoS opera en esta capa. La segunda capa determina cómo se producen los bloques, qué cadena se sigue cuando existen varios bloques y cuándo los bloques son definitivos. Esto incluye la producción de bloques, la fork choice y la finalidad.

Un protocolo puede combinar NPoS con otros algoritmos para esa segunda capa. En Polkadot, NPoS elige el conjunto de validadores, BABE produce bloques y GRANDPA proporciona finalidad. Por ello, NPoS no es comparable uno a uno con un stack de consenso completo que incluya todas las tareas por sí mismo.

¿Cuál es la diferencia con Proof of Stake?

NPoS es una forma específica de Proof of Stake, mientras que Proof of Stake es una categoría amplia. Dentro de PoS, el stake económico ayuda a la selección o participación de validadores. La implementación exacta varía considerablemente según la blockchain.

En un esquema PoS simple y directo, el stake puede influir de manera directa en qué validadores participan. NPoS añade un rol explícito de nominator. Los nominators elaboran una lista de candidatos fiables, tras lo cual un algoritmo de elección determina tanto los validadores activos como la distribución del respaldo.

Por tanto, el objetivo no es solo elegir a los candidatos con más respaldo bruto. NPoS también intenta equilibrar el respaldo dentro del conjunto elegido y representar proporcionalmente las preferencias de los nominators.

En Polkadot, el stake influye sobre todo antes de los roles técnicos de consenso, durante la elección de NPoS. Una vez seleccionados los validadores, se les trata con el mismo peso dentro del conjunto de autoridades de BABE y GRANDPA. Por tanto, un mayor stake no otorga a un validador seleccionado un mayor peso de voto de forma permanente.

¿Cuál es la diferencia con Delegated Proof of Stake?

NPoS y Delegated Proof of Stake, o DPoS, permiten ambos a los titulares de tokens influir en los productores de bloques o validadores, pero son diseños diferentes. Los términos no son intercambiables.

En los sistemas DPoS clásicos, los titulares de tokens suelen votar a un grupo relativamente pequeño de delegates o witnesses que producen bloques. Esta es una elección representativa, ponderada por stake, de productores de bloques.

En NPoS en Polkadot, los usuarios nominan a varios candidatos a validador. A continuación, el protocolo realiza una elección proporcional de múltiples ganadores. Además, calcula cómo se distribuye el respaldo de los nominators entre los validadores seleccionados.

La diferencia principal es el objetivo explícito de NPoS de representar proporcionalmente las preferencias de los nominators y equilibrar el respaldo dentro del conjunto de validadores activos. Los diseños DPoS se centran principalmente en elegir delegates o witnesses. Las reglas exactas de voto, selección y recompensas varían según la blockchain DPoS.

Un nominator en NPoS no cede automáticamente el control de sus tokens a un validador. El nominator indica preferencias de candidatos, mientras que el protocolo determina después qué asignación activa resulta de la elección.

Reflexión final

Nominated Proof of Stake es una variante de Proof of Stake que permite a los titulares de tokens participar, mediante nominaciones, en la selección y en la seguridad económica de los validadores. Los nominators no necesitan ejecutar un nodo, pero sí deben evaluar cuidadosamente qué candidatos a validador nominan.

El núcleo de NPoS es la elección: el protocolo selecciona un conjunto activo de validadores y distribuye el respaldo de los nominators dentro de ese conjunto. Este diseño intenta hacer la participación más accesible y distribuir el respaldo de forma más equilibrada que si solo dominaran los candidatos más grandes.

A cambio, existen responsabilidades y riesgos claros. Un nominator solo recibe recompensas con una asignación activa, las comisiones y el rendimiento pueden cambiar, y los validadores vinculados pueden generar riesgos compartidos. Por ello, NPoS no es una forma pasiva de inmovilizar criptoactivos, sino un modelo en el que la buena selección de validadores y la revisión periódica siguen siendo importantes.