¿Qué es proof of activity y cómo funciona este mecanismo de consenso?

¿Qué es proof of activity?

Proof of Activity es un mecanismo de consenso híbrido para cripto en el que proof of work y proof of stake determinan conjuntamente si se completa un nuevo bloque. Dicho de forma sencilla: los miners inician el proceso con capacidad de cómputo, tras lo cual los coinholders seleccionados ayudan a aprobar el bloque.

El diseño original apareció en 2014 y fue ideado por Iddo Bentov, Charles Lee, Alex Mizrahi y Meni Rosenfeld. La idea es no depender por completo de un solo grupo. Mining ofrece primero un resultado difícil de falsificar. Ese resultado determina después, de manera aleatoria, qué stakers pueden participar.

Un miner encuentra primero un bloque header. Se trata de un pequeño fragmento de información que, entre otras cosas, hace referencia al bloque anterior. Puede verse como la prueba inicial de un nuevo bloque. A partir de ese header, el sistema elige a los holders de coins que deben firmar el bloque.

Es importante saber lo siguiente: Proof of Activity suele abreviarse como PoA, pero esa misma abreviatura también se usa para Proof of Authority. Este último es un mecanismo de consenso completamente distinto, en el que partes conocidas de antemano validan los bloques.

Puntos clave

• Proof of Activity combina proof of work con proof of stake.
• Los miners inician la producción de bloques con capacidad de cómputo.
• Después se selecciona a los coinholders para firmar el bloque.
• La selección de los stakers depende, en el diseño original, del bloque header encontrado.
• Proof of Activity es distinto de Proof of Authority, a pesar de compartir la abreviatura PoA.

¿Cómo funciona proof of activity?

En la propuesta original, Proof of Activity comienza con mining. Los miners intentan encontrar con proof of work un bloque header válido y prácticamente vacío. Para ello deben calcular muchísimos hashes hasta que uno cumpla la dificultad de la red.

Después sigue la fase de staking. El header encontrado asigna, mediante un método llamado follow-the-satoshi, a varios stakeholders pseudorrandomizados. Pseudorrandomizado significa aquí que el resultado parece aleatorio, pero sigue reglas fijas que cualquiera puede comprobar.

La probabilidad de que alguien sea elegido depende del número de coins que posea esa persona. Quien tiene más coins, por tanto, tiene más posibilidades de ser seleccionado. Los primeros stakeholders seleccionados firman el header. El último participante seleccionado recopila las transacciones, crea el bloque completo y lo transmite a la red.

Ese bloque completo se denomina en la propuesta original wrapped block. En realidad, es el header vacío del miner, completado con transacciones y las firmas necesarias de los stakers.

Ejemplo: Supongamos que un miner encuentra un header válido y el protocolo elige a cuatro stakeholders. Tres de ellos firman el header. El cuarto añade transacciones, coloca todo en un bloque completo y también lo firma. Solo entonces puede transmitirse el bloque.

Los nodos comprueban después que todo cumpla las reglas. Para la elección entre distintas versiones de la blockchain, el diseño original sigue la cadena con la mayor dificultad PoW acumulada, igual que Bitcoin.

¿Los stakeholders seleccionados están desconectados? Entonces es posible que ese header no pueda completarse. Otros miners pueden encontrar nuevos headers, lo que hace que el sistema seleccione a otros stakeholders. La cantidad exacta de firmas necesarias y la forma en que se distribuyen las recompensas varían según el protocolo.

¿Qué papel desempeñan el mining y el staking en Proof of Activity?

El mining y el staking tienen cada uno una función propia en Proof of Activity. El mining se encarga de la fase PoW: los miners usan capacidad de cómputo para encontrar un header válido o un bloque candidato. Después, el staking se encarga de la fase PoS: los coinholders seleccionados verifican y firman el resultado.

Así, el diseño utiliza dos tipos de recursos económicos para la seguridad:

• Hashrate: la capacidad de cómputo total que aportan los miners.
• Stake: coins que determinan la probabilidad de ser seleccionado.

La idea detrás de esto es bastante lógica. Quien solo controla mucho equipo de mining no puede completar por sí solo cada bloque en este diseño. Para ello también se necesita la participación de los stakers seleccionados. A la inversa, los stakers no pueden iniciar un nuevo bloque sin la fase de mining.

No obstante, las reglas exactas varían mucho según la blockchain. Decred es un ejemplo conocido de un sistema híbrido PoW/PoS inspirado en Proof of Activity, pero que técnicamente no funciona exactamente igual que la propuesta original.

En Decred, los miners PoW crean bloques. Después, cinco staking tickets elegidos aleatoriamente votan on-chain sobre esos bloques. Se necesitan al menos tres votos. Para ese ticket, DCR se bloquea temporalmente. Si el ticket participa con éxito, el titular recibe de vuelta el DCR apostado más una recompensa PoS. Si el ticket no está disponible cuando se le convoca, pierde el voto y también la recompensa.

Por tanto, hacer staking no significa automáticamente que cada holder valide siempre. Hay que ser seleccionado y, en algunos diseños, también estar conectado en el momento adecuado.

¿Cuál es la diferencia entre proof of activity y proof of work?

La gran diferencia es que el proof of work puro solo depende de la capacidad de cómputo, mientras que Proof of Activity, después del mining, también necesita stakers seleccionados para completar un bloque.

En el PoW puro, los miners compiten entre sí para encontrar un nuevo bloque. El miner con un resultado válido puede añadir el bloque. En el diseño original de Proof of Activity, el mining sigue realizando ese primer trabajo, pero después se añade una capa extra de verificación por parte de los coinholders.

Por tanto, Proof of Activity no hace innecesario el mining. Los miners siguen teniendo que usar hardware y calcular hashes. Los costes energéticos y de hardware del PoW no desaparecen.

Eso sí, la intención es que un atacante no solo tenga que tener en cuenta el hashrate, sino también el stake de los participantes seleccionados. Cuánta protección adicional aporta realmente depende de la distribución del hashrate y de las coins, de cuántos stakers estén conectados y de las reglas que utilice el protocolo.

El diseño original tenía como objetivo que pudiera necesitarse menos seguridad PoW que en un sistema completamente PoW. De ese modo, el consumo energético podría ser menor. No se trata de un resultado automático: un diseño híbrido sigue dependiendo del mining y, por tanto, puede seguir utilizando muchos recursos.

¿Cuál es la diferencia entre proof of activity y proof of stake?

En el proof of stake puro, los validadores son responsables de la producción de bloques mediante stake, mientras que Proof of Activity primero necesita un miner para iniciar el proceso.

En un sistema PoS, los validadores bloquean coins como garantía y se seleccionan según las reglas de esa red para crear o verificar bloques. No se necesita una fase de mining PoW para cada bloque.

En Proof of Activity, en cambio, el proceso funciona en dos pasos. Primero, un miner encuentra con capacidad de cómputo un header válido. Ese header determina después qué stakeholders firman y completan el bloque. Por tanto, Proof of Activity combina costes de mining con participación basada en stake.

Por cierto, proof of stake no es una receta fija. Ethereum, por ejemplo, utiliza Gasper. Allí los validadores bloquean ETH, votan sobre los bloques y pueden perder parte de su participación en determinadas acciones maliciosas. Eso se denomina slashing.

Decred tampoco es una blockchain PoS pura. Allí los miners crean los bloques y los tickets seleccionados votan sobre ellos. Esa combinación es precisamente la razón por la que Decred puede considerarse mejor como un diseño híbrido PoW/PoS.

¿Cuáles son las ventajas de proof of activity?

Una ventaja de Proof of Activity es que el control sobre la producción de bloques puede repartirse entre miners y stakeholders. Así, la red no depende exclusivamente de quienes tienen mucha capacidad de cómputo ni solo de grandes stakers.

En el diseño original, quien quiera crear una cadena alternativa no solo debe poder minar. Esa persona también debe tener suficiente influencia sobre el stake seleccionado o conseguir que los participantes seleccionados colaboren. Bajo los supuestos del diseño, eso puede hacer que un ataque sea más caro y más difícil.

La fase de stake también puede incentivar a los coinholders a mantener nodos conectados. Los miners suelen tener costes de equipo y energía. Los stakers, según el modelo original, tienen costes operativos más bajos, por lo que la relación entre seguridad y recompensas podría ser más favorable.

Además, un sistema híbrido puede vincular funciones adicionales al staking. Decred lo demuestra: los tickets seleccionados no solo validan los bloques creados por los miners, sino que también pueden votar sobre cambios predefinidos de las reglas de consenso.

En Decred, los votos de los tickets también pueden influir en la recompensa de los miners. Si la mayoría de los tickets seleccionados rechaza el bloque anterior, el miner puede perder la recompensa correspondiente. Así, dentro de ese protocolo, los stakers tienen una forma de frenar comportamientos de mining problemáticos, como minar bloques vacíos.

No obstante, estas son características de un diseño o protocolo específico. La etiqueta Proof of Activity por sí sola no indica automáticamente cuánta energía utiliza una blockchain ni cuán difícil es exactamente un ataque.

¿Cuáles son las limitaciones y los riesgos de proof of activity?

Proof of Activity no elimina por completo las desventajas del mining. Como la fase PoW sigue existiendo, continúan los costes energéticos, los costes de hardware y la presión hacia miners más grandes que pueden permitirse más recursos.

La concentración del stake también sigue siendo un punto importante. En el diseño original follow-the-satoshi, los participantes con más coins tienen más probabilidades de ser elegidos como firmantes. Eso puede hacer que reciban recompensas con más frecuencia y obtengan más influencia.

La disponibilidad es un segundo riesgo práctico. Si un staker seleccionado está desconectado, no puede firmar. En el diseño original, eso a veces puede impedir que un header se complete. En Decred, un ticket desconectado cuando es convocado provoca la pérdida del voto y de la recompensa. Que una blockchain sufra retrasos por ello depende del número de votos necesarios y de las reglas de respaldo.

Las reglas también son más complejas que en un único mecanismo de consenso. Hay mining, selección de stake, firmas, recompensas y reglas para distintas versiones de la blockchain. Eso exige código cuidadoso, auditorías y acuerdos claros dentro del protocolo.

En Decred, los usuarios pueden delegar tickets a Voting Service Providers, también llamados VSP. En teoría, un servicio de este tipo podría votar de forma distinta a la preferencia del titular del ticket. Eso sería visible y los usuarios podrían cambiar a otro servicio, pero sigue siendo un riesgo relacionado con la delegación y la centralización.

En resumen: un modelo híbrido puede añadir barreras extra para los atacantes, pero también conserva riesgos tanto del mining como del staking.

¿Dónde se aplica proof of activity?

Decred es una blockchain funcional con un modelo híbrido PoW/PoS inspirado en Proof of Activity y en un diseño anterior llamado MC2. No ejecuta exactamente el protocolo original de Proof of Activity, pero sí muestra bien cómo el mining y el staking pueden colaborar en un mismo sistema.

Desde el bloque 4.096, minado el 21 de febrero de 2016, cada bloque de Decred procesa votos de al menos tres tickets. Esos votos aprueban el contenido del bloque anterior. Por tanto, los miners crean bloques, pero para su validación necesitan la participación de los titulares de los tickets.

La diferencia con la propuesta original está sobre todo en la selección. Decred funciona con un conjunto de tickets comprados previamente que primero deben madurar. El diseño original selecciona stakeholders mediante follow-the-satoshi en función del header que un miner acaba de encontrar.

Además de Decred, a veces se menciona Espers como aplicación de Proof of Activity. Su funcionamiento actual y su ajuste exacto al diseño original no están claros. Por eso no es correcto decir que Proof of Activity se utiliza hoy en día a gran escala.

Conclusión

Proof of Activity es una forma híbrida de organizar el consenso en crypto. Los miners inician la producción de bloques con proof of work, tras lo cual los stakers seleccionados ayudan a verificar y completar el bloque.

Eso puede repartir más el poder sobre una blockchain que si solo se usa mining o solo staking. Al mismo tiempo, el sistema sigue dependiendo del hardware de mining, de stakers disponibles y de reglas cuidadosamente elegidas. Decred muestra cómo puede funcionar en la práctica un enfoque híbrido de este tipo, aunque técnicamente difiere de la propuesta original de Proof of Activity.

Para usted, lo más importante es esto: Proof of Activity no es un modelo estándar que se encuentre en todas partes, sino un diseño interesante en el que se combinan dos formas conocidas de consenso.