Babylon: Reutilización de la Minería de Bitcoin para Mejorar la Seguridad de Proof-of-Stake

1.1. De Proof-of-Work a Proof-of-Stake

La seguridad de Bitcoin está respaldada por un inmenso poder de hash computacional (aprox. $1.4 \times 10^{21}$ hashes/seg), lo que hace que los ataques sean prohibitivamente costosos pero con un gasto energético tremendo. En contraste, las blockchains Proof-of-Stake (PoS) como Ethereum 2.0, Cardano y Cosmos son energéticamente eficientes y ofrecen características como finalidad rápida y responsabilidad a través del slashing de stake. Sin embargo, este cambio introduce nuevos desafíos de seguridad.

1.2. Problemas de Seguridad en Proof-of-Stake

El artículo identifica limitaciones fundamentales para lograr seguridad criptoeconómica con minimización de confianza en sistemas PoS puros:

• Ataques de Largo Alcance No Slashables: Los adversarios pueden usar monedas antiguas adquiridas a bajo costo para reescribir la historia después de que el stake ha sido retirado, una hazaña imposible en PoW debido a la dificultad acumulada.
• Censura y Bloqueo No Slashables: Ciertos ataques a la liveness no pueden ser penalizados económicamente.
• Problema de Arranque: Las nuevas cadenas PoS con baja valoración de token carecen de seguridad inherente.

Los autores postulan que ningún protocolo PoS puede proporcionar seguridad slashable sin suposiciones de confianza externas.

2.1. Arquitectura Central y Minería Combinada

Los mineros de Babylon realizan minería combinada con Bitcoin. Incrustan datos relacionados con Babylon (por ejemplo, puntos de control de cadenas PoS) en los bloques de Bitcoin que ya están minando. Esto proporciona a Babylon el mismo nivel de seguridad que Bitcoin con un coste energético marginal cero.

2.2. Servicio de Sellado de Tiempo con Disponibilidad de Datos

El servicio central que Babylon proporciona a las cadenas PoS es un servicio de sellado de tiempo con disponibilidad de datos. Las cadenas PoS pueden sellar en el tiempo:

• Puntos de control de bloques (para finalidad)
• Pruebas de fraude
• Transacciones censuradas

Una vez que los datos se sellan en el tiempo en Bitcoin a través de Babylon, heredan la inmutabilidad y resistencia a la censura de Bitcoin, utilizando efectivamente a Bitcoin como un anclaje robusto.

3.1. Teorema de Seguridad Criptoeconómica

La seguridad de un protocolo PoS mejorado por Babylon se captura formalmente mediante un teorema de seguridad criptoeconómica. Este teorema modela validadores racionales impulsados económicamente y define la seguridad en términos del coste requerido para violar la seguridad o la liveness, teniendo en cuenta las penalizaciones de slashing.

3.2. Seguridad y Liveness Slashables

El análisis formal demuestra que Babylon permite:

• Seguridad Slashable: Cualquier violación de seguridad (por ejemplo, un ataque de largo alcance que cree un punto de control conflictivo) puede probarse criptográficamente, y el stake del validador infractor puede ser slashado. El coste de atacar la seguridad supera la penalización de slashing.
• Liveness Slashable: Ciertas clases de ataques a la liveness (por ejemplo, la censura persistente de solicitudes de sellado de tiempo) también se vuelven identificables y punibles.

Esto traslada la seguridad de PoS de una suposición de "mayoría honesta" a una económica y verificable.

4.1. Análisis Original: Idea Central y Flujo Lógico

Idea Central: El genio de Babylon no está solo en el consenso híbrido; está en reconocer el poder de hash de Bitcoin como un activo de coste hundido y subutilizado. En lugar de competir con o reemplazar a Bitcoin, Babylon aprovecha parasitariamente su presupuesto de seguridad de más de $20 mil millones para resolver los problemas más intratables de PoS. Esta es una clásica estrategia de "simbiosis sobre sustitución", que recuerda a cómo las soluciones de Capa 2 como Lightning Network aprovechan la capa base de Bitcoin en lugar de reinventarla.

Flujo Lógico: El argumento es extremadamente agudo: 1) El PoS puro no puede lograr por sí solo la seguridad slashable (un resultado negativo que afirman). 2) La confianza externa (por ejemplo, consenso social) es torpe y lenta. 3) Bitcoin ofrece la fuente de confianza externa más costosa, descentralizada y robusta que existe. 4) Por lo tanto, se sella en el tiempo el estado de PoS en Bitcoin para heredar sus propiedades de seguridad. El salto lógico del paso 3 al 4 es donde reside la innovación: hacer que este sellado de tiempo sea eficiente y criptoeconómicamente sólido a través de la minería combinada.

Fortalezas y Debilidades: La principal fortaleza es la reutilización elegante de recursos. Es un multiplicador de fuerza para la seguridad de PoS. El modelo de seguridad formal también es una contribución significativa, proporcionando un marco riguroso similar a los utilizados en el análisis de protocolos como Tendermint Core o el consenso de Algorand. Sin embargo, la fuerza del modelo depende en gran medida de la suposición del "validador racional" y de la valoración precisa de los costes de ataque frente a las penalizaciones de slashing, un complejo problema de teoría de juegos. Una debilidad crítica es la introducción de una dependencia de liveness en Bitcoin. Si Bitcoin experimenta congestión prolongada o un error catastrófico, la seguridad de todas las cadenas PoS conectadas se degrada. Esto crea un nuevo vector de riesgo sistémico, centralizando la liveness en torno al rendimiento de Bitcoin.

Conclusiones Accionables: Para inversores y desarrolladores, Babylon crea una nueva tesis de valoración: Bitcoin como una plataforma de seguridad como servicio. Las cadenas PoS ya no necesitan arrancar su seguridad únicamente desde su propia capitalización de mercado. Esto podría reducir drásticamente la barrera de entrada para nuevas cadenas. En la práctica, los equipos deben evaluar la compensación entre ganar seguridad slashable y aceptar el tiempo de bloque de ~10 minutos de Bitcoin como un límite mínimo de latencia para la finalidad. La hoja de ruta futura debe abordar la dependencia de liveness, quizás a través de mecanismos de respaldo o aprovechando múltiples cadenas PoW, no solo Bitcoin.

4.2. Detalles Técnicos y Formulación Matemática

La seguridad puede conceptualizarse a través de un análisis coste-beneficio para un adversario. Sean:

• $C_{ataque}$ el coste total para ejecutar un ataque de seguridad (por ejemplo, revisión de largo alcance).
• $P_{slash}$ el valor del stake que puede ser slashado de manera comprobable como resultado.
• $R$ la recompensa potencial del ataque.

Un protocolo proporciona seguridad criptoeconómica si, para cualquier ataque factible, se cumple lo siguiente:

$C_{ataque} + P_{slash} > R$

En un ataque de largo alcance de PoS puro, $P_{slash} \approx 0$ porque el stake antiguo ha sido retirado. Babylon aumenta $P_{slash}$ al permitir que la cadena PoS selle en el tiempo una prueba de fraude en Bitcoin, haciendo la violación innegable y el stake (incluso si se retiró recientemente) slashable basándose en el registro inmutable. El coste $C_{ataque}$ ahora incluye el coste de reescribir tanto la historia de la cadena PoS como los bloques de Bitcoin que contienen el sellado de tiempo incriminatorio, lo que es computacionalmente inviable.

El proceso de sellado de tiempo implica crear un compromiso criptográfico (por ejemplo, una raíz de Merkle) del punto de control de la cadena PoS e incrustarlo en la cadena de bloques de Bitcoin a través de una salida OP_RETURN o un método similar durante la minería combinada.

4.3. Marco de Análisis y Caso de Ejemplo

Escenario: Una nueva blockchain específica de aplicación basada en Cosmos ("Zona") quiere lanzarse pero tiene una capitalización de mercado inicial baja de token ($10 millones). Es vulnerable a un ataque de largo alcance barato.

Protocolo Mejorado por Babylon:

1. Los validadores de la Zona crean periódicamente (por ejemplo, cada 100 bloques) un punto de control: un hash de bloque firmado que representa el estado de la cadena.
2. Envían este punto de control a la red Babylon.
3. Un minero de Babylon, mientras mina un bloque de Bitcoin, incluye la raíz de Merkle del punto de control en la transacción coinbase.
4. Una vez que el bloque de Bitcoin se confirma (por ejemplo, 6 confirmaciones), el punto de control se considera finalizado por la Zona. La seguridad de esta finalidad ahora está respaldada por el poder de hash de Bitcoin.

Mitigación del Ataque: Si un atacante intenta más tarde crear una cadena conflictiva que se ramifique desde antes de ese punto de control, también debe reescribir la cadena de Bitcoin desde el bloque que contiene el sellado de tiempo. El coste de esto es órdenes de magnitud mayor que el valor de stake de la propia Zona, haciendo el ataque económicamente irracional. Además, las firmas de los validadores originales en el punto de control proporcionan una prueba de fraude que puede usarse para slashar su fianza, incluso si desde entonces han desvinculado su stake.

Este marco transforma la seguridad de ser una función del propio stake de $10M de la Zona a ser una función de la seguridad multimillonaria de Bitcoin, "alquilando" efectivamente la seguridad de Bitcoin.