Els algorismes de consens són una part inherent de totes les tecnologies basades en blockchain, ja que no hi ha cap unitat d’autoritat que suposi validar les transaccions de la xarxa. Hi ha algorismes de consens per proporcionar el funcionament descentralitzat de la xarxa a prova de problemes. No podem subestimar la importància de l’algoritme de consens aplicat per a cada projecte concret basat en cadenes de blocs. Bitcoin utilitza la prova de treball, que també és un algorisme de consens original per a la cadena de blocs Ethereum. La gent debat si val la pena utilitzar aquest algorisme de consens o és millor utilitzar altres opcions.

La primera història de la prova del treball

El primer exemple de l’algorisme proper a la prova del treball va ser introduït el 1993 per Cynthia Dward i Moni Naor, que van trobar una solució anti-spam al treball científic anomenat "Funcions limitades a la memòria per combatre el correu brossa". El mètode descrit en aquest document suposa que l’emissor desconegut del missatge ha de passar una estona de potència de la CPU (per exemple, 10 segons) per demostrar que l’emissor no és un spammer.

Segons Dward i Naor, els spammers que hagin de passar 10 segons de temps de CPU només podrien enviar fins a 8 mil missatges de correu brossa al dia en lloc d’un nombre il·limitat de missatges de correu brossa que poden enviar avui. No és difícil comprovar una funció que hi ha darrere de la prova de treball, però la seva informàtica és un autèntic mal de cap per als remitents de correu brossa.

Prova-ho ara Comerç amb palanquejament de fins a 125 vegades a Binance Prova-ho ara

El terme Prova del treball es va encunyar el 1999. Va sorgir a l’article anomenat "Proves de treball i protocols de budí de pa" (els autors Markus Jakobsson i Ari Juels). La mateixa noció de prova de treball suposa que el "prover" ha de proporcionar el "verificador" amb l’evidència del treball informàtic requerit realitzat en el lapse de temps assenyalat. El concepte semblava bastant interessant, però, no es va donar vida fins a la creació de Bitcoin, que es basa fermament en la prova del treball per tal de crear una xarxa governada per consens distribuït sense confiança..

Bitcoin i prova de treball

Una prova de treball és un algorisme de consens que requereix un procés de producció de dades car i costós de temps que permet comprovar la correcció sense esforç. El sistema de prova de treball Hashcash es va crear com a salvació dels robots de correu brossa, però va acabar sent un element bàsic de la xarxa Bitcoin.

Mentre les persones s’envien monedes entre elles, el llibre major reflecteix aquesta informació en forma de blocs de transaccions. La validació d’aquestes transaccions requereix la participació d’alguns treballadors o treballadors que realitzen mineria.

Persones amb ganes de validar les transaccions (conegudes com a "miners") han d’executar el procediment de prova de treball per assolir el seu objectiu. Un treballador és un node. La dificultat d’aquest treball (tasques) és flexible, de manera que el nou bloc s’ha de generar cada 10 minuts. Com que el nombre de miners és increïblement enorme i el lapse de temps de 10 minuts és relativament curt, és extremadament difícil predir quin treballador (miner) serà qui generarà un nou bloc (verificant totes les transaccions del bloc).

El mecanisme de prova del treball

Per tal de generar un nou bloc, el miner ha de proporcionar el hash correcte per al bloc de transaccions. Per fer-ho, el miner hauria d’esbrinar la funció nonce i hash on un nonce és un número aleatori que només s’utilitza una vegada (la xarxa Bitcoin utilitza nombres enters entre zero i 4.294.967.296 com a nonce) i el hash és una cadena de 64 símbols (una combinació de dígits i lletres) que contenen les dades xifrades.

Els blocs de la cadena de blocs tenen hashs individuals (s’anomena hash "identificador"). Tots els hash es creen com a resultat de la verificació correcta del bloc. Per verificar el següent bloc, el miner afegeix l’últim hash al bloc actual creant un bloc enorme de text. A continuació, s’afegeix un nonce (un número aleatori) al final del bloc de text. Aquest text consta de l’hash de bloc anterior, les noves transaccions a l’espera de la verificació i el fet que no es faci referència. Aquí és on comença el càlcul. Durant els càlculs, el treballador canvia el número aleatori fins al moment en què es defineix el nombre correcte de zeros davant d’una cadena.

La dificultat d’aquesta tasca no s’ha de menystenir. Com s’ha esmentat anteriorment, la dificultat s’estableix al nivell que, independentment del nombre de miners i de la potència del seu equip, cada problema es resol només una vegada cada 10 minuts. Per fer aquest treball, l’ordinador ha de generar milions de hash possibles cada segon.

Per comprovar si algun node ha executat correctament el treball requerit, caldrà que aparegui una cadena que aparegui com a resultat de la validació i un número que no sigui. L’aplicació de la funció en aquests dos valors donarà el nombre de zeros davant de la cadena. En cas que aquest número sigui correcte, la feina s’ha fet bé. Si algú té males intencions i intenta afegir algunes dades no vàlides a la cadena, la resta de participants de la mineria ho detindran. Al llarg de 10 anys, aquest esquema va protegir amb èxit la cadena de blocs de Bitcoin. El que fa especial l’algorisme SHA-256 és que ningú pot canviar ni tan sols una mica d’informació del bloc d’amagat. Per això, aquest llibre major es diu immutable.

Contres de la prova de treball

No podem estar d’acord que l’increïble consum d’electricitat requerit per PoW sigui només una pèrdua de recursos (molts opositors a PoW fan aquestes afirmacions), ja que ja hem explicat que aquest algorisme de consens és molt eficaç a l’hora de protegir la cadena de blocs. Tot i això, no podem ignorar el fet que la prova de treball gasta enormes quantitats d’energia per endevinar el nombre de zeros mentre es validen les transaccions. Actualment, la xarxa Bitcoin consumeix tres vegades menys energia que el sistema monetari tradicional, però si imaginem que Bitcoin s’adopta massivament, el consum d’energia augmentarà dràsticament. De totes maneres, Bitcoin no substitueix els bancs tradicionals, de manera que el consum augmenta gràcies a Bitcoin.

L’altre problema és que les persones que fan servir la CPU, la GPU o els dispositius ASIC per a la mineria tenen massa poques possibilitats de trobar un nou bloc i obtenir una recompensa, ja que han de competir amb els grups de mineria que utilitzen dotzenes de milers de dispositius per explotar. Al voltant de la meitat de la mineria es produeix en el grup relativament petit de piscines mineres. Hi ha el risc que si els propietaris d’aquestes agrupacions decideixen unir-se i governar la cadena de blocs de Bitcoin mitjançant el seu poder de hash, ho puguin fer. Una autoritat que tingui més del 50% del poder de hash pot governar la cadena de blocs. Aquestes intrusions es coneixen com 51% d’atac.

Una altra dada notable és que el 70% de la potència de hash prové de la Xina perquè aquest país té electricitat barata. Dóna a aquest país un avantatge en la mineria de Bitcoin i disminueix el nivell de descentralització.

Conclusió

La prova del treball en realitat aconsegueix protegir la xarxa d’actors dolents, tot i que el cost d’aquest algorisme de consens ens fa pensar en les altres maneres possibles de validar les transaccions i mantenir la xarxa funcionant correctament i sense problemes. No és estrany que ja hi hagi altres algoritmes de consens aplicats a diferents projectes de blockchain. El competidor més destacat de PoW és Proof of Stake.