arkanaBlockchain 101: Cómo Todo Empezó
Estaba muy indeciso sobre escribir este primer artículo sobre Blockchain. Principalmente porque es una de esas tecnologías que se mueve a velocidad de la luz, con innovaciones surgiendo de la nada muy frecuentemente. Es un mundo lleno de ideas geniales y diversas — así que es realmente difícil hacerles justicia en solo unos pocos artículos cortos.
Al mismo tiempo, esto es exactamente lo que me impulsó a comenzar a escribir: la enorme cantidad de información para absorber es gigantesca, y es fácil perderse en la abundancia de términos específicos y peculiares.
Sé que ese fue mi caso, al menos.
Debido a esto, aunque la serie Criptografía 101 aún no ha terminado, decidí embarcarme en este nuevo camino, donde exploramos los conceptos e ideas detrás de las tecnologías Blockchain. Mi esperanza es darte algunas herramientas para navegar mejor este terreno rocoso — pero la mayor parte de la exploración y el experimentar dependerá completamente de ti.
¡Y para los veteranos de Blockchain, un repaso nunca es una mala idea!
Sin mucho más que agregar, ¡zarpemos en esta nueva aventura! ¡Espero que lo disfrutes!
Contexto
Antes de siquiera mencionar qué es una Blockchain o cómo funciona, debemos tomar un minuto para entender cómo normalmente manejamos el dinero, ya que hay un par de cosas que podrían ser potencialmente problemáticas — y que fueron la motivación inicial para el desarrollo de las Blockchains.
Cómo funciona el dinero es en sí mismo un tema fascinante, y probablemente sea demasiado pronto para que nos adentremos en ese agujero de conejo. Lo que nos importa por ahora es que puede ser físico o digital.
El dinero físico tiene la interesante propiedad inherente de que no puede gastarse dos veces — a menos que de alguna manera recuperes el dinero después de pagar, lo cual probablemente sería altamente poco ético.
Por el contrario, ir por la ruta digital requiere que alguien procese nuestras transacciones. Este alguien también está a cargo de asegurar que el dinero no se gaste dos veces, y que tanto la cantidad de dinero que tengo (llamado saldo) como el saldo del receptor se actualicen correctamente.
Dado que este alguien — llamémoslo procesador — maneja todas estas operaciones, significa que necesitamos confiar en ellos para que hagan un buen trabajo. Ah, y también pagarles por sus servicios.
Estos procesadores suelen ser bancos o están de alguna manera asociados con ellos.
No me malinterpretes, esto funciona bien en su mayor parte. Pero hay algunas situaciones que pueden ser engorrosas para nosotros los usuarios.
Solo por nombrar algunas:
- ¿Qué sucede si el procesador es hackeado? Podríamos quedarnos sin forma de gastar nuestro dinero, o incluso ver nuestras cuentas vaciadas.
- Si el procesador decide prohibirnos realizar transacciones, estaríamos bloqueados de nuestros fondos, ¡sin capacidad de gastar nuestro dinero!
- El procesador comienza a cobrarte más por sus servicios.
- Los servidores donde el procesador funciona explotan repentinamente. El servicio está caído, y tu información de saldo se pierde para siempre.
Bueno, esa última puede ser excesivamente extrema — ¡pero nunca se puede descartar los accidentes!
Suelen adoptarse medidas de seguridad para evitar este tipo de situaciones. Pero lo que quiero enfatizar es el hecho de que todos los problemas anteriores provienen de un solo factor: el procesador centralizado y de confianza.
Podríamos preguntarnos: ¿eliminar este intermediario resolvería estos problemas? ¿Cómo haríamos eso?
Y así, un fatídico día en 2008, se publicó un artículo de la nada — su autor, Satoshi Nakamoto, aún desconocido hasta hoy —, que cambiaría el juego para siempre: el artículo de Bitcoin.
En su esencia, lo que Bitcoin propone es bastante simple: siempre que muchas personas puedan estar de acuerdo en una historia de transacciones, entonces todos conocen el estado actual de las cosas.
Para visualizar esto, hagamos un pequeño ejercicio.
Un Ejemplo Juguete
Digamos que Alice, Bob y Charlie quieren crear un sistema de efectivo sin un procesador intermediario. Deciden que todos comienzan con algo de dinero — quizás monedas —, y todo lo que quieren hacer es transaccionar entre ellos.
Estas monedas solo tienen valor para ellos.
Por ejemplo, Alice puede pagarle a Bob monedas para que arregle su impresora, y Bob puede elegir gastar monedas para que Alice le enseñe yoga básico. Lo que acuerden, realmente.
Su enfoque es mantener sus saldos en una hoja de cálculo compartida, y modificarlos cuando quieran enviar dinero entre ellos. ¿Super seguro, verdad?
Por supuesto, hay un par de problemas aquí. Digamos que Alice quiere hacer trampa, y escribe en la hoja que Bob le envió monedas. Bob no consintió esto. Bob no está contento con esto.
Se desata una feroz discusión entre ellos, y para calmar las cosas, Charlie sugiere una idea: ¿qué tal si todos firman sus transacciones?
Por firmar, me refiero a firmar digitalmente.
De esta manera, todos realizarían transacciones solo cuando consientan explícitamente a ellas. Las firmas digitales tienen la agradable propiedad de ser verificables — lo que significa que solo Bob puede firmar por Bob, pero todos pueden verificar que Bob firmó una transacción.
Con esto, cualquiera podría entrar en la hoja de cálculo y colocar sus transacciones, que estarían estructuradas así:
Cualquiera podría verificar que la transacción es válida comprobando la firma, y así, los saldos pueden actualizarse de manera segura.
Ordenamiento de Transacciones
¡Ese es un problema resuelto! Pero hay otros — por ejemplo, intentar gastar más de lo que tienes. Esto se evita fácilmente rechazando cualquier transacción que intente mover más monedas de las que tenemos en nuestro saldo.
Sin embargo, hay uno en particular que es muy complicado. Supongamos que Alice tiene monedas. Ella envía dos transacciones: una a Bob por monedas, y una a Charlie por monedas. No tiene suficiente dinero para realizar ambas transacciones — ¿cómo deberíamos resolver esta situación?
La respuesta es muy simple: la transacción que ocurra primero será la válida, y la siguiente no lo será. Parece que todo lo que tenemos que hacer es adjuntar una marca de tiempo a la transacción:
Ahora... Una sola hoja de cálculo sigue siendo un punto único de fallo. En un mal día, Bob podría simplemente borrar la información en la hoja, y su mini-economía sería destruida en un instante.
Charlie parece ser el único buen tipo en este ejemplo.
Buscamos algo más robusto, si el plan es crear un sistema de efectivo para que todos lo usen. Con eso, veamos qué propone Bitcoin.
La Solución de Bitcoin
Para eliminar intermediarios y hacer el sistema más robusto, Bitcoin propone el uso de una red, compuesta por nodos, que tienen una forma de estar de acuerdo en una historia compartida de transacciones, definiendo así el estado actual de la red.
Tendremos tiempo para entender mejor qué es un nodo más adelante. En lo que necesitamos enfocarnos es en cómo se ponen de acuerdo en la historia de transacciones — cómo logran lo que llamamos consenso.
Spoiler: es un poco más complicado que una hoja de cálculo.
Para estar de acuerdo en una historia, primero necesitamos tener un modelo para ella. Bitcoin propuso representarla como bloques.
Una Cadena de Bloques
A primera vista, esto se sentirá extraño. Todo lo que realmente queremos es poner una marca de tiempo en cada transacción, para determinar cuál viene primero.
El problema es que es muy ineficiente para una red con múltiples actores estar de acuerdo en marcas de tiempo una por una. Y también necesitamos decidir cómo almacenar esta información — sabemos que no será en una hoja de cálculo, pero... ¿Dónde?
Dividamos esto en dos partes. Primero, en lugar de estar de acuerdo en transacciones individuales, podríamos estar de acuerdo en grupos de transacciones — llamemos a dicho grupo un bloque. Como este:
¡Recuerda que cada transacción está digitalmente firmada por el remitente!
A continuación, necesitamos establecer un orden de bloques. Esto es simple de hacer: necesitamos agregar una referencia al bloque anterior. De esta manera, podemos verificar qué sucedió en el bloque anterior, y en el anterior a ese, y así sucesivamente, hasta llegar al principio de los tiempos. Vaya.
Bromeando — solo podemos retroceder hasta el primer bloque, que comúnmente se conoce como el bloque génesis. Así que nuestra cadena (de ahí el nombre blockchain) de bloques se vería así:
Así, hemos establecido un mecanismo para ordenar transacciones — pueden no tener una marca de tiempo explícita asociada a ellas, pero tienen un orden relativo.
Es decir, la transacción en el bloque #2 seguramente ocurrió después de las del bloque #1. Pero, ya sabes, ¡también podríamos agregar una marca de tiempo por si acaso!
¡Vamos por buen camino con nuestro modelo básico! No sabemos realmente qué es ese ID de bloque, pero lo descubriremos muy pronto — porque la siguiente pregunta que tenemos que responder es ¿cómo se ponen todos de acuerdo en cuál es el orden correcto de los bloques?
Acuerdo Colectivo
Recapitulando, mencionamos cómo estos nodos quieren comunicarse entre sí, y de alguna manera estar de acuerdo en una historia compartida. Simplifiquemos, e imaginemos por un momento que estos nodos son personas, hablando en un chat grupal.
Alice quiere agregar un bloque a la cadena. Así que toma algunas transacciones (de dónde es un asunto que discutiremos en artículos próximos), construye un bloque apuntando al final actual de la cadena, y lo envía al chat grupal.
Naturalmente, todos necesitarían verificar que las transacciones propuestas son válidas — pero quiero enfocarme en otro problema. Digamos que Bob quiere vengarse de Alice, y envía otro bloque al mismo tiempo.
Nos enfrentamos a un dilema: ¿deberíamos incluir el bloque de Alice o el de Bob? Son ambos válidos, y ambos apuntan al final de la cadena. ¿Y cómo nos ponemos todos de acuerdo en elegir uno de los dos?
Bitcoin propuso una solución interesante, ahora llamada Prueba de Trabajo (o PoW para abreviar). Simplificando un poco, la idea es que proponer un bloque no es tan trivial como nuestro ejemplo anterior. Bloquearemos la capacidad de proponer un bloque detrás de un rompecabezas matemático.
Trabajando por Bloques
Aquí hay una idea: si pudiéramos de alguna manera aleatorizar quién puede proponer un bloque válido, entonces podríamos evitar este tipo de problemas de concurrencia (también conocido como Bob siendo una molestia). Y hay una herramienta en criptografía que tiene este tipo de comportamiento pseudoaleatorio: ¡funciones hash! ¿Qué tal si intentamos aprovechar eso para nuestros propósitos?
¡Asumo que entiendes qué es una función hash. Si no, ¡te recomiendo encarecidamente leer este artículo!
Así que ahora, proponer un bloque tiene dos pasos: seleccionar un conjunto de transacciones, y luego hashear el contenido del bloque.
Los hashes son solo una secuencia de bits de tamaño fijo, que (de nuevo, simplificando) parece aleatoria. Un buen rompecabezas que podríamos plantear es requerir que el hash comience con algún número de ceros.
Algo como 0...
Las funciones hash no son reversibles, lo que significa que no podemos proponer un valor hash, e intentar recuperar las entradas originales — así que todo lo que podemos hacer es prueba y error. Esto es, modificar las entradas, y esperar la salida requerida. La dificultad de este rompecabezas depende del número de ceros al principio del hash — o ceros iniciales. El rompecabezas se resuelve cuando encontramos un hash ganador.
Es como ganar la lotería.
Pero esto es algo poco práctico, ¿verdad? Si queremos cambiar la entrada, necesitamos seleccionar un conjunto diferente de transacciones para incluir en el bloque. Alguien creando un bloque puede no querer hacer eso. ¿No hay nada que podamos hacer al respecto?
¡Claro que sí! Podemos incluir un valor especial en nuestros bloques, llamado nonce, que podemos modificar a nuestro antojo, hasta obtener el hash que necesitamos:
Con esto, hemos hecho que el proceso de generar bloques válidos sea aleatorio, y efectivamente hemos frustrado los planes de Bob. Este proceso de cambiar el nonce hasta encontrar un hash válido es a lo que nos referimos como minería — volveremos a esto en el futuro.
Resumiendo, esto permite que todos mantengan una copia de la blockchain completa, y pueden hacerla crecer aceptando bloques válidos, que solo se producen de una manera aleatoria por un usuario que encuentra un hash ganador. Esto responde a la pregunta de dónde se almacena la información: en todas partes.
Un pequeño ajuste más está en orden: el ID de bloque, que intencionalmente evitamos mencionar hasta ahora, se establece como el hash calculado. Esto tendrá implicaciones interesantes, que discutiremos más adelante.
Resumen
Ahora es un buen momento para detenernos, por ahora. Hay muchos más detalles que necesitamos cubrir para entender completamente Bitcoin — que es solo la primera de muchas Blockchains que cubriremos en esta serie, y la más simple de entender.
Es importante destacar que ya hemos introducido algunos conceptos y términos importantes, que serán cruciales en nuestro viaje. Sabemos qué representa una Blockchain — una historia compartida de transacciones —, y hemos notado que algunos componentes criptográficos son importantes, específicamente firmas digitales y funciones hash.
Y también comenzamos a entender cómo la red se pone de acuerdo en cómo evoluciona la Blockchain. Esto es solo la punta del iceberg, ya que nuestro mecanismo de hash resuelve algunos problemas, pero deja otros sin atender.
Antes de aprender sobre el mecanismo de acuerdo, nos centraremos en el alma de una Blockchain: transacciones. ¡Ese será el tema para nuestro próximo encuentro!