DPoS Híbrido

Este documento describe el mecanismo de consenso Prueba de Participación Retrasada Híbrida (Hybrid DPoS). Este protocolo innovador está diseñado para asegurar la blockchain mediante la sinergia de la distribución inicial sin confianza de la Prueba de Trabajo (PoW) con la finalidad y resistencia a ataques de la Prueba de Participación (PoS). Su objetivo principal es mitigar el riesgo de reorganizaciones profundas de la cadena, especialmente aquellas intentadas por actores con una mayoría de poder de hash (ataques del 51%), haciéndolas económicamente prohibitivas y computacionalmente inciertas más allá de una ventana corta.

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Filosofía Central

El protocolo opera bajo un principio simple: los mineros de PoW proponen bloques, pero los participantes de PoS validan y aseguran finalmente el historial de la cadena. Los mineros son libres de minar cualquier bloque que deseen, pero para recibir su recompensa completa y que su bloque contribuya con su peso total a la cadena, deben incluir la firma criptográfica de un delegado de staking seleccionado aleatoriamente desde tres bloques en el pasado. Esto crea un bucle de validación retrasado que ancla la progresión actual de la cadena a la cadena establecida y con participación.

Terminología Clave

• Minero de PoW: Un minero tradicional que utiliza poder computacional para encontrar un hash de bloque válido por debajo de la dificultad objetivo de la red.
• Pool de Staking (Delegado): Una entidad que ha bloqueado una participación de la criptomoneda nativa en un contrato especial, haciéndolos elegibles para ser elegidos para validar bloques históricos.
• Hash Rápido: Una función de hash rápida y no segura (por ejemplo, xxHash, Blake2) utilizada únicamente para una selección justa y eficiente de delegados. No asegura el bloque en sí.
• Firma de Staking: Una firma criptográfica (por ejemplo, usando EdDSA o Schnorr) creada por la clave privada del pool de staking elegido, demostrando que validaron un bloque específico.
• Ventana de Validación: Un número fijo de bloques (en este caso, 3) entre cuando se elige un delegado y cuando se requiere su firma.

Cómo Funciona: Paso a Paso

1. Propuesta de Bloque (Fase PoW)

Un minero de PoW encuentra exitosamente un nonce válido para un nuevo bloque N. El minero construye el encabezado del bloque, que incluye el hash de los encabezados de bloques anteriores.

2. Selección de Delegado (Fase PoS)

El hash del nuevo bloque N se utiliza como semilla aleatoria para seleccionar un pool de staking del conjunto activo de participantes. Este delegado seleccionado es asignado para validar el bloque N mismo. Su rol es firmar este bloque, pero su firma no se requiere inmediatamente.

3. El Retraso y la Inclusión de la Firma

El requisito para la firma de staking se retrasa. La firma del delegado elegido en el bloque N debe ser incluida por el minero de PoW tres bloques después, en el bloque N+3.

• Bloque N: Se elige delegado para el bloque N.
• Bloque N+1: Se elige delegado para el bloque N+1.
• Bloque N+2: Se elige delegado para el bloque N+2.
• Bloque N+3: El minero del bloque N+3 debe incluir la firma de staking para el bloque N dentro de la transacción coinbase de su bloque o en un campo dedicado.

4. Validación y Penalizaciones

Cuando un nodo recibe el bloque N+3, verifica la presencia de la firma de staking válida para el bloque N.

• ✅ Firma Presente y Válida:

  • El minero de PoW del bloque N+3 recibe el 100% de la recompensa del bloque de PoW.
  • El pool de staking recibe el 100% de la recompensa de staking de PoS.
  • El bloque N+3 contribuye con su dificultad completa a la dificultad acumulada de la cadena (trabajo total).

• ❌ Firma Ausente o Inválida:

  • Penalización Económica: El minero de PoW del bloque N+3 pierde el 10% de su recompensa de bloque de PoW. Esta cantidad se quema (se elimina permanentemente de la circulación). Toda la recompensa de PoS para el delegado también se quema.
  • Penalización de Seguridad: El bloque N+3 contribuye con solo el 50% de su dificultad real a la dificultad acumulada de la cadena. Esto hace que sea más fácil para una cadena competidora (que sí incluyó todas las firmas requeridas) superar a esta cadena, incluso si es más larga en términos de cantidad de bloques.

Propiedades de Seguridad y Resistencia a Ataques

Resistencia a Ataques de PoW del 51%

Esta es la característica de seguridad principal. Un atacante con mayoría de poder de hash no puede reorganizar libremente la cadena más allá de la ventana de validación (3 bloques).

1. Para reorganizar bloques más antiguos de 3 bloques, el atacante no solo debe minar una cadena competidora más rápido que la cadena honesta, sino también obtener las firmas de staking válidas para todos los bloques en su nueva cadena.
2. Dado que los delegados son elegidos aleatoriamente de entre los participantes que presumiblemente son honestos/no coludidos, el atacante no puede predecir ni controlar quién firmará los bloques que intenta reemplazar.
3. Para tener éxito, el atacante necesitaría:
   • Corromper a los delegados: Comprometer las claves privadas de los delegados específicos necesarios para su cadena fraudulenta, lo cual es altamente improbable.
   • Minar sin firmas: Minar una cadena sin las firmas requeridas, pero esta cadena tendría una dificultad acumulada drasticamente reducida debido a la penalización del 50% en cada bloque inválido, causando que sea descartada por la cadena de la red honesta.

Esto hace que los intentos de revertir transacciones de más de ~6 bloques de antigüedad sean prácticamente imposibles.

Resistencia al Problema de Nada en Juego

El problema de “Nada en Juego”, donde los participantes no tienen costo para validar múltiples cadenas, se mitiga. Los participantes solo son recompensados si su firma se incluye en la cadena canónica. Firmar una cadena no canónica o de atacante sería un esfuerzo desperdiciado y podría potencialmente llevar a que su participación sea eliminada en iteraciones futuras del protocolo.

Calidad de Cadena y Finalidad

El protocolo incentiva a los mineros a construir sobre la cadena con la mayor dificultad acumulada que también incluya todas las firmas de staking válidas. Los bloques sin firmas se consideran de “baja calidad” y son fácilmente descartados, llevando a una finalidad rápida después de la ventana de ~3 bloques.

Estructura de Incentivos

Actor	Acción	Recompensa	Penalización
Minero de PoW	Mina un bloque e incluye firmas pasadas	50% de la Recompensa de Bloque	10% de Recompensa Quemada
Pool de Staking	Mantiene nodo en línea, firma bloques asignados	50% de la Recompensa de Bloque	100% de Recompensa Quemada (si no se incluye)

Conclusión

El mecanismo de consenso Hybrid DPoS proporciona una capa robusta de seguridad sobre la PoW tradicional. Limita exitosamente el poder de los mineros de PoW al atar la validez y progresión de la cadena a la participación económica de los participantes de PoS. Esto crea un sistema donde tanto el poder de hash como la participación son necesarios para el funcionamiento saludable y seguro de la red, eliminando efectivamente la viabilidad de ataques de largo alcance y proporcionando una fuerte finalidad económica.