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03 · Consenso

Nivel: Intermedio · ⏱️ Duración estimada: 120 min · Fuente: whitepaper de Bitcoin (Nakamoto) y Practical Byzantine Fault Tolerance (Castro, Liskov) ⬅️ Currículo · 📚 Bibliografía 🧭 ⬅️ Anterior: 02 · Sistemas distribuidos y redes P2P · 📚 Índice · ➡️ Siguiente: 04 · Bitcoin 📖 Glosario de términos · 🌱 ¿Nuevo en esto? Empieza aquí

🎯 Objetivos

📚 Resultados de aprendizaje

Al finalizar, el estudiante podrá:

  1. Comparar cuatro mecanismos de consenso según recurso anti-Sybil, finalidad y uso típico.
  2. Explicar por qué la regla de la cadena más larga ofrece finalidad probabilística.
  3. Describir cómo el slashing genera finalidad económica en Ethereum PoS.
  4. Justificar la cota 3f+1 de PBFT para tolerar f nodos bizantinos.
  5. Interpretar un laboratorio de PoW sin confundirlo con la seguridad de una red real.

🗺️ Temas

# Tema Por qué importa
1 Problema del consenso Acordar un único historial entre partes que no confían entre sí.
2 Proof of Work Ancla la seguridad en cómputo y energía; base de Bitcoin.
3 Cadena más larga (Nakamoto) Define cómo se resuelven las bifurcaciones sin autoridad.
4 Proof of Stake (Ethereum) Ancla la seguridad en capital bloqueado y penalizaciones.
5 Casper FFG + LMD-GHOST (Gasper) Combina elección de cadena con finalidad periódica.
6 PBFT y cota 3f+1 Da finalidad rápida en conjuntos conocidos de validadores.
7 Proof of Authority Consenso por identidades autorizadas en redes permisionadas.

🧠 Modelo mental

Piensa en el consenso como el modo en que una multitud sin líder decide cuál de dos relatos contradictorios es el oficial. En Proof of Work la multitud "vota" gastando trabajo real: la versión respaldada por más esfuerzo acumulado gana, y rehacerla costaría repetir todo ese esfuerzo. En Proof of Stake los validadores ponen un depósito y firman la historia; si mienten pierden su depósito (slashing), de modo que la honestidad es la opción económicamente racional. En PBFT un grupo conocido vota en rondas y basta que más de dos tercios sean honestos para fijar el resultado de inmediato.

El límite de la analogía del "voto" es que no se trata de personas iguales: el peso proviene del recurso escaso (cómputo, capital o pertenencia autorizada), que es justamente el mecanismo anti-Sybil. Además, no todos los mecanismos dan el mismo tipo de garantía: la cadena más larga ofrece finalidad probabilística (cada bloque adicional reduce la probabilidad de reversión), mientras que Gasper y PBFT ofrecen finalidad explícita una vez alcanzado el quórum.

🧩 Esquema visual

Elección de cadena por regla longest-chain: dos mineros hallan bloque a la vez y la red se bifurca; cuando la rama b acumula más trabajo, la rama a se descarta (reorg) y sus transacciones vuelven al mempool.

flowchart TD
    B100["Bloque 100"] --> A101["Bloque 101a"]
    B100 --> B101["Bloque 101b"]
    A101 --> A102["Bloque 102a"]
    B101 --> B102["Bloque 102b"]
    B102 --> B103["Bloque 103b"]
    B103 --> W["Rama b: más trabajo acumulado, cadena canónica"]
    A102 --> L["Rama a: huérfana tras el reorg"]

Pipeline del Proof of Stake de Ethereum: de la propuesta en un slot a la finalización del checkpoint, dos épocas después.

flowchart LR
    S["Slot de 12 segundos"] --> P["Proponente elegido publica el bloque"]
    P --> A["Comités de validadores emiten atestaciones"]
    A --> E["Época: 32 slots"]
    E --> J["Checkpoint justificado con 2/3 del stake"]
    J --> F["Checkpoint finalizado al justificarse el siguiente"]
    F --> X["Revertirlo exige quemar al menos 1/3 del stake"]

📖 Conceptos y definiciones

🔬 Profundización

Economía de la seguridad: qué cuesta atacar cada mecanismo

En PoW, un ataque del 51 % exige controlar la mayoría del hashrate de forma sostenida. Contra Bitcoin es hoy inviable en la práctica: su hashrate se mide en cientos de exahashes por segundo (el valor exacto es volátil — consúltalo en vivo), y no existe mercado de alquiler capaz de suministrar esa capacidad; habría que fabricar y alimentar millones de ASIC. El riesgo real lo sufren las cadenas PoW pequeñas cuyo hashrate sí cabe en los mercados de alquiler: Ethereum Classic sufrió ataques del 51 % verificados en enero de 2019 y tres veces en agosto de 2020, con dobles gastos que en un solo incidente superaron los 5 millones de dólares. La seguridad PoW no es una propiedad del algoritmo sino del tamaño económico de la red concreta.

En PoS los umbrales son distintos: con 1/3 del stake un atacante puede impedir la finalización (ataque a la vivacidad), y revertir un checkpoint ya finalizado exige que al menos 2/3 del stake firme historias contradictorias — lo que implica que como mínimo 1/3 queda probadamente equivocado y es slasheable. En Ethereum hay decenas de millones de ETH en stake (la cifra exacta y su valor en dólares son volátiles — consúltalos en vivo, por ejemplo en https://beaconcha.in/); el costo de romper la finalidad no es alquilar un recurso externo, sino comprar y luego destruir una fracción enorme de ese capital. La diferencia clave de orden de magnitud no está solo en el precio de entrada, sino en que en PoW el hardware sobrevive al ataque y en PoS el capital atacante se quema.

Ataques clásicos a PoS y sus mitigaciones

Gasper: dos protocolos complementarios

Componente Pregunta que responde Mecanismo Garantía que aporta
LMD-GHOST ¿Sobre qué cabeza de cadena construyo y atestiguo ahora? Sigue la rama con más peso de últimas atestaciones válidas Vivacidad: la cadena avanza cada slot aunque no haya finalidad
Casper FFG ¿Qué historia es ya irreversible? Votos de checkpoint por épocas; justificación y finalización con 2/3 del stake Seguridad económica: revertir lo finalizado cuesta al menos 1/3 del stake slasheado

La separación importa: si más de 1/3 del stake se desconecta, LMD-GHOST mantiene la cadena viva pero Casper FFG deja de finalizar; el protocolo activa entonces la fuga de inactividad (inactivity leak), que drena el depósito de los validadores ausentes hasta que los activos vuelven a superar los 2/3 y la finalidad se recupera. Especificación y análisis: Buterin et al., Combining GHOST and Casper — https://arxiv.org/abs/2003.03052.

Cuánto cuesta de verdad un ataque del 51 %

"Con la mayoría del poder se puede reescribir la cadena" es cierto y poco útil sin el número. Pongámoslo, porque el resultado explica por qué unas redes se atacan y otras no.

Lo que un atacante puede y no puede hacer. Es más limitado de lo que sugiere el titular:

Puede No puede
Excluir transacciones (censurar) Robar monedas de otras direcciones: no tiene las claves
Revertir sus propias transacciones recientes (doble gasto) Crear monedas de la nada: las reglas las validan todos los nodos
Reordenar transacciones dentro de su ventana Alterar bloques antiguos y profundos

El ataque real, entonces, es concreto: depositar en un exchange, cambiar por otra moneda, retirar, y luego reescribir la cadena para recuperar el depósito.

Qué lo hace rentable. Su viabilidad depende de una relación:

beneficio  =  lo que consigues retirar antes de que lo detecten
coste      =  alquiler de hashrate × horas  +  hardware  +  reputación

Y aquí está la clave que decide todo: si existe un mercado donde alquilar hashrate, el coste del hardware desaparece de la ecuación. Por eso las cadenas pequeñas que comparten algoritmo con una grande son las que se atacan: hay potencia de sobra apuntando a otra cadena, y desviarla un rato es barato. Ethereum Classic sufrió varias reorganizaciones profundas en 2019 y 2020 exactamente así, mientras Bitcoin —cuyo hashrate no se puede alquilar en volumen suficiente— nunca lo ha sufrido.

La defensa real no es solo técnica. Un exchange que exige 100 confirmaciones para una cadena barata está subiendo el coste del ataque de forma lineal: revertir 100 bloques cuesta cien veces más que revertir uno. Por eso los requisitos de confirmación varían tanto entre monedas: no es arbitrario, es una función del coste de atacarlas.

💡 En una frase: el consenso no hace imposible el ataque; lo hace más caro que el beneficio. Cuando esa desigualdad se invierte —cadena pequeña, hashrate alquilable— el ataque ocurre.

🎓 Si ya dominas esto — donde el modelo simple se queda corto
  • La minería egoísta baja el umbral por debajo del 50 %. Eyal y Sirer demostraron que reteniendo bloques y publicándolos estratégicamente, un minero con menos de la mitad puede obtener una fracción de recompensas superior a su hashrate. El 51 % es el umbral del ataque garantizado, no el de la ganancia anómala.
  • En PoS el ataque cambia de naturaleza. No se alquila hashrate: hay que adquirir una fracción enorme del capital depositado, con la salvedad de que atacar destruye tu propio depósito vía slashing. El coste pasa de ser operativo (electricidad) a ser de capital en riesgo, y esa diferencia es el argumento central a favor de PoS.
  • La finalidad de Gasper tiene dos niveles. Justificado (una época con 2/3 de atestaciones) y finalizado (dos épocas consecutivas justificadas). Un bloque finalizado solo se revierte destruyendo al menos un tercio del ETH depositado, lo que sitúa el coste en el orden de decenas de miles de millones.
  • PBFT no escala por su coste de mensajes. Requiere O(n²) comunicación por ronda, lo que lo hace impracticable con miles de validadores y perfecto para consorcios de decenas. HotStuff lo reduce a O(n) con un líder rotatorio, que es la línea que siguen los BFT modernos.
  • El "nothing at stake" original quedó resuelto. La objeción clásica a PoS —que apostar en todas las bifurcaciones sale gratis— la cierra el slashing por doble voto: firmar dos cadenas es una infracción detectable y castigada. Citarla hoy como problema abierto es citar el estado del arte de 2014.

🧪 Laboratorio guiado

🧪 Estas prácticas están catalogadas y resueltas paso a paso en el catálogo de laboratorios.

  1. Ejecuta el laboratorio pedagógico de Proof of Work:
pnpm lab:pow
  1. Observa cuántos intentos (nonces) se requieren para hallar un hash bajo el objetivo con la dificultad inicial.
  2. Aumenta la dificultad un nivel y vuelve a ejecutar; registra intentos y tiempo transcurrido.
  3. Repite con varios niveles y tabula la relación entre dificultad, intentos y tiempo:
Dificultad | Intentos promedio | Tiempo (s)
-----------|-------------------|-----------
1          | ...               | ...
2          | ...               | ...
3          | ...               | ...
  1. Concluye cómo escala el costo con la dificultad, recordando que este laboratorio es pedagógico y no representa la seguridad real de una red en producción.

📝 Reto verificable

Completa la tabla de dificultad frente a intentos y tiempo con al menos tres niveles y redacta una breve interpretación del crecimiento observado.

Criterio de aceptación: muestras que al aumentar la dificultad crece de forma marcada el número de intentos y el tiempo esperado, y declaras explícitamente que el laboratorio no modela la seguridad de una red real (número de mineros, hashrate global ni incentivos).

⚠️ Errores frecuentes

Síntoma Causa y cómo comprobarlo
Reducir el consenso a "energía vs. velocidad" Ignoras recurso anti-Sybil y finalidad; compara las tres dimensiones.
Creer que Ethereum sigue en PoW Desde The Merge (2022) es PoS; verifica en la documentación oficial.
Confundir finalidad probabilística con inmediata En PoW la reversión disminuye con el tiempo; en Gasper/PBFT hay finalidad explícita.
Pensar que el laboratorio mide seguridad real Es pedagógico; no incluye hashrate global ni incentivos económicos.
Suponer que PoS elimina toda centralización El capital puede concentrarse; analiza la distribución de validadores.

🛡️ Seguridad y ética

🔗 Referencias

✅ Criterio de dominio

🧭 Navegación

⬅️ Módulo 02 · Sistemas distribuidos y redes P2P · 📚 Índice del currículo · ➡️ Módulo 04 · Bitcoin

🧠 Autoevaluación del módulo

Responde sin volver atrás. Cada opción incorrecta corresponde a un error frecuente documentado en este mismo módulo: si fallas, la explicación te dice qué releer.