Hầu hết các nền tảng đều sử dụng giao thức đồng thuận Proof of Stake (PoS) để đạt được tốc độ xây dựng khối nhanh và Cardano cũng không phải là ngoại lệ. Giao thức Ouroboros được sử dụng trong Cardano là một giao thức PoS dựa trên chuỗi, trong mỗi khe thời gian, một ủy viên, sẽ ngẫu nhiên được lựa chọn từ một nhóm các bên liên quan, để giao nhiệm vụ tạo ra khối kế tiếp, liên kết với chuỗi trước đó trong chuỗi. Không giống các thuật toán PoS theo kiểu BFT, khi các trình xác nhận đã xác nhận một block thể hiện qua việc chúng sẽ sử dụng block đó để sản xuất block tiếp thì với Cardano đưa ra quy tắc khi block trở nên hợp quy với xác suất ngày càng tăng do nhiều khối được xây dựng tiếp theo chúng. Xác suất của bất kỳ bên liên quan nào được lựa chọn làm người lãnh đạo tỷ lệ thuận với quy mô của cổ phần - đây là tỷ lệ phần trăm của tất cả lượng tiền mà họ kiểm soát, bằng quyền sở hữu trực tiếp hoặc qua ủy viên. Khi các giao dịch được ghi lại trong khối, việc phân phối cổ phần (tức là tập hợp các cổ đông và cổ phần của họ) được sử dụng để thay đổi lãnh đạo. Để giải quyết vấn đề phân phối cổ phần thay đổi, Ouroboros định nghĩa khái niệm epoch cho những slot mà trong đó việc phân phối cổ phần là cố định. Nó có thể là một code cứng (trong giai đoạn bootstrapping ban đầu) hoặc (trong các giai đoạn sau) được tính từ một snapshot của blockchain tại một khối đủ sâu. Vào đầu mỗi epoch, một nhóm các nhà lãnh đạo được chọn và mỗi người được giao quyền tạo ra một khối trong một slot cụ thể. Sự phân công các nhà lãnh đạo và slot được thực hiện dựa trên phân phối cổ phần cố định và một tham số ngẫu nhiên, được tạo ra bởi một chu trình tính toán đa nhân tố (MPC) giữa các bên liên quan trong epoch. Để đảm bảo rằng các nhà lãnh đạo được khuyến khích luôn tuân thủ quy trình, Ouroboros giới thiệu một quy trình kiểm tra về sản xuất khối thông qua việc xác nhận giao dịch. Trong mỗi epoch, một tập hợp các đầu mối hỗ trợ đầu vào được gán cho mỗi slot dựa trên cổ phần. Những bộ hỗ trợ đầu vào có trách nhiệm xác nhận các giao dịch được nhóm vào trong khối do lãnh đạo tạo ra. Khối nhà lãnh đạo chỉ có giá trị nếu tất cả các giao dịch trong đó đã được xác nhận bởi một bộ xác nhận đầu vào hợp lệ. Mỗi epoch sẽ thưởng cho các nhà lãnh đạo, những người xác nhận đầu vào, và những người tham gia MPC để đảm bảo rằng giao thức đó là một sự cân bằng khi tất cả các bên đều được phân chia hợp lý. Cơ cấu của phần thưởng cho phép các tác giả của giao thức phát triển một số cơ chế về bằng chứng tài sản của hệ thống, điều này đã khiến IOHK tuyên bố Ouroboros là "giải thuật khai thác theo cổ phần an toàn đầu tiên được kiểm chứng". Chứng minh về tính an toàn và tính tồn tại được trình bày dựa trên các giả định của một mạng lưới đồng bộ một phần với đa số thành phần tham gia là trung thực và giới hạn trên về khoảng thời gian các nút trung thực bị offline. Những giả định này có thể hoạt động tốt đối với các blockchain phân quyền và các ứng dụng thương mại của Emurgo. Các giả định về cơ sở an ninh của Ouroboros đã bị chỉ trích là "không thực tế", "không thực tế đối với một blockchain toàn cầu" và "cách quá xa sự thuận tiện". Chỉ trích gần đây nhất đến từ Vlad Zamfir, người đang nghiên cứu về giao thức Casper The Friendly Ghost (TFG) của Ethereum. Trái ngược với cách tiếp cận của Cardano, Casper TFG được thiết kế để giải quyết những lỗi có thể xảy ra trên một blockchain công khai, thay vì đưa ra các giả định để giữ các chuỗi phân quyền. Trong khi Ouroboros và Casper TFG đều sử dụng các phần thưởng để đạt được sự an toàn và tính liveness, Casper TFG cũng kết hợp các hình phạt dựa trên sai sót. Casper TFG được chứng minh là an toàn mà không có bất kỳ giả định đồng bộ. Hơn nữa, Casper TFG giả định không có giới hạn về việc ngoại tuyến và giải quyết các cuộc tấn công từ các liên minh đa số. Thiết kế của Casper TFG xem xét các lỗi có thể xảy ra trên một blockchain công khai, thay vì chỉ giả định rằng có thể giữ các chuỗi phân quyền. Kể cả Ouroboros hay Casper TFG cả hai chưa được triển khai trên một blockchain công khai với số lượng tài sản đáng kể có thể bị đe dọa. Ở một khía cạnh khác, khía cạnh mà Cardano hy vọng áp dụng Ouroboros là chia nhỏ nhóm giao dịch sang các nhóm lãnh đạo khác nhau. Theo tài liệu về tầm nhìn của Cardano, đây là "cuộc thử nghiệm". Tuy nhiên, có vẻ như không có bất kỳ thông tin bổ sung vào thời điểm này về cách các khối từ các phân vùng khác nhau tương thích với nhau hay không, những người hỗ trợ đầu vào sẽ phối hợp như thế nào để ngăn ngừa chi tiêu kép trên các phân vùng. EIP 648 của Ethereum mô tả một cơ chế để xử lý song song các giao dịch hoạt động trong cấu trúc khối hiện có và do đó có thể được triển khai trước khi Cardano hoàn thành. Tài liệu về tầm nhìn của Cardano gợi ý sử dụng các kỹ thuật tương tự để thực hiện việc sharding nhưng không rõ tiến trình (nếu có) đã được thực hiện đến đâu. Sharding cũng đang được nghiên cứu tích cực trong cộng đồng Ethereum nhưng vẫn còn nhiều năm để ứng dụng. Sharding còn khá là xa vời cho cả Cardano và Ethereum bởi chưa có lợi ích rõ ràng cho một trong hai dự án tại thời điểm hiện tại. Với mong đợi về thông lượng giao dịch cao, Cardano mong muốn xây dựng một mạng lưới có thể mở rộng mà không yêu cầu mọi nút phải xử lý mọi giao dịch. Kế hoạch của họ là sử dụng công nghệ Recursive Internetwork Architecture (RINA) để thực hiện việc này, mặc dù chưa có nhiều chi tiết cho đến nay. Tại thời điểm hiện tại, khả năng mở rộng và hiệu suất là những vấn đề chính của Ethereum, và các giải pháp mở rộng đang nằm trong các giai đoạn nghiên cứu và phát triển khác nhau. Mặc dù Cardano đã đưa ra một số ý tưởng về việc mở rộng, việc triển khai vẫn còn lâu mới được thực hiện. Phiên bản đầu tiên của Ouroboros được triển khai là với phiên bản Byron tuy nhiên nó đang có tính chất hoàn toàn tập trung bởi chỉ có các nút kiểm soát bởi IOHK là tham gia giải thuật đồng thuận. Sự tham gia của cộng đồng thông qua việc phân công, ủy thác sẽ được khởi đầu với phiên bản Shelley (2018) tiếp theo đó các hoạt động sẽ tiếp tục được mở rộng trong năm 2019 và 2020. Vì vậy, không rõ liệu Cardano có đạt được hiệu suất thực tế và lợi thế về khả năng mở rộng đối với Ethereum hay không, bởi cả hai sẽ cùng tập trung vào phát triển trong vòng 2-3 năm tới.