La prueba de trabajo (Proof-of-Work) es un mecanismo de consenso empleado por las redes blockchain, sobre todo Bitcoin, para validar transacciones y crear nuevos bloques. Requiere participantes, llamados mineros, para resolver problemas matemáticos complejos, expandiendo así los recursos computacionales. El primer minero en resolver el problema gana el derecho de agregar el nuevo bloque a la cadena de bloques y recibe una recompensa, lo que garantiza la seguridad e integridad de la red.

El proceso minero

Para comprender las complejidades de la prueba de trabajo, uno debe profundizar en el proceso de minería. Cuando ocurren transacciones dentro de la red de Bitcoin, se agrupan en un grupo de memoria (mempool). Luego, los mineros seleccionan un conjunto de transacciones del mempool e intentan formar un nuevo bloque. Para hacerlo, deben resolver un rompecabezas criptográfico, que exige una prueba de trabajo computacional sustancial.

El rompecabezas, basado en el algoritmo hash SHA-256, consiste en descubrir un valor único conocido como nonce. El minero combina este nonce con los datos del bloque, generando un hash que cumple con el objetivo de dificultad de la red. El objetivo de dificultad es un valor dinámico que se ajusta cada 2016 bloques (aproximadamente cada dos semanas) para mantener un tiempo constante de creación de bloques de aproximadamente 10 minutos.

La carrera por la solución

La búsqueda del nonce es un proceso de prueba y error, lo que lo hace altamente competitivo. Los mineros analizan continuamente varios valores de nonce hasta que encuentran uno que cumple con el objetivo de dificultad preestablecido del protocolo. El primer minero en encontrar el nonce correcto puede extraer un nuevo bloque que se agregará a la cadena de bloques y es recompensado con bitcoins recién acuñados y tarifas de transacción. Estas recompensas incentivan a los mineros a dedicar recursos computacionales sustanciales a la tarea.

Ajuste del objetivo de la dificultad de minería

Como se mencionó, el objetivo de la dificultad de minería de la red se ajusta cada 2016 bloques, lo que garantiza que la creación de bloques se mantenga estable a lo largo del tiempo. Si aumenta la prueba de trabajo computacional en la red, el objetivo de dificultad disminuye, lo que dificulta encontrar el nonce correcto. Por el contrario, si la prueba de trabajo computacional disminuye, el objetivo de dificultad aumenta, lo que facilita la resolución del rompecabezas. Este mecanismo de autorregulación preserva la estabilidad y seguridad de la red.

Lograr la descentralización y el consenso

La prueba de trabajo es parte integral de la naturaleza descentralizada de Bitcoin. Como una red sin confianza y sin permisos, Bitcoin se basa en la prueba de trabajo para establecer un consenso entre los participantes sin necesidad de una autoridad central. El proceso de minería, facilitado por la prueba de trabajo, democratiza la creación y validación de nuevos bloques, asegurando que ninguna entidad pueda manipular la cadena de bloques.

Prevención del doble gasto y garantía de la seguridad

El mecanismo de prueba de trabajo previene efectivamente el doble gasto, un acto fraudulento en el que alguien intenta usar la misma moneda digital más de una vez. La importante prueba de trabajo computacional requerida para resolver el rompecabezas hace que sea casi imposible que un actor malicioso reescriba la cadena de bloques, ya que hacerlo requeriría controlar más del 50% de la prueba de trabajo minera total de la red.

Además, la prueba de trabajo ayuda a mantener la seguridad de la red al hacer que sea económicamente inviable atacar el sistema. Los costos considerables de energía y hardware asociados con la minería hacen que sea más lucrativo para los mineros contribuir positivamente a la red en lugar de participar en actividades maliciosas.

¿Por qué no otros mecanismos de consenso?

Si bien en los últimos años han surgido mecanismos de consenso alternativos, como la prueba de participación (PoS), vienen con su propio conjunto de compensaciones. Los sistemas de prueba de participación, por ejemplo, tienden a centralizar el control otorgando más influencia a aquellos con mayor cantidad de tokens. Además, las cadenas de bloques basadas en prueba de participación pueden carecer de las sólidas características de seguridad que ofrece la prueba de trabajo, ya que esta última exige un gasto de energía sustancial para mantener la integridad de la red.

En otras palabras, la prueba de trabajo es el mecanismo de consenso más probado en batalla que proporciona seguridad superior, descentralización así como resistencia a la censura y la captura. Por estas razones, la cadena de bloques de capa 1 de Nervos, Common Knowledge Base (CKB), utiliza prueba de trabajo.