Prueba de Trabajo
En el universo de Bitcoin la unidad básica son las transacciones conocidas como UTXO que es una abreviatura de “unspent transaction” o “transaccion sin gastar”; estas transacciones se asemejan a monedas listas para ser transferidas. Las UTXO son parte de la información que se incluirá en el bloque de datos que alimentará al algoritmo SHA-256.
El primer bloque minado contiene una sola transacción, la “transacción de generación” o “coinbase” esta transacción fué registrada cuando la computadora de Satoshi minó el “bloque génesis” y le otorgó el premio de 50 bitcoin; sin embargo este premio tiene la particularidad de que no puede ser gastado, ya que el propósito principal del bloque génesis es iniciar una cadena estableciendo una base, esta base por lo tanto es un UTXO que nunca será gastado.
Además de la transacción de generación, el bloque génesis contiene un mensaje oculto en el campo del coinbase, el cual dice: "The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks". Este mensaje hace referencia a un titular del periódico The Times publicado el mismo día que se minó el bloque génesis el 3 de enero de 2009 y hace referencia a uno de los rescates de bancos privados usando fondos públicos e impresión de dinero y que sirvieron como motivación para la creación del Bitcoin.
Tanto el mensaje de “The Times” como la transacción de generación son datos que están contenidos en un bloque de información, pero para que este bloque sea validado utilizando PoW el nodo minero que Nacamoto estaba utilizando tendría de encontrar un tercer valor.
El Nonce
256 bits representa específicamente la siguiente cantidad de posibles valores:
115,792,089,237,316,195,423,570,985,008,687,907,853,269,984,665,640,564,039,457,584,007,913,129,639,936
Números tan desmesuradamente grandes por lo general se escriben de la siguiente manera:
1.157920892373161954235709850086879078532699846656406456039457584007913129639936×1077
Si una persona nos pusiera el reto de adivinar un número entre uno y diez requeriríamos un máximo de 10 intentos para adivinarlo y nos tomaría menos de un minuto, para aumentar la dificultad del reto este podría cambiar a adivinar un número entre 1 y 100, este posiblemente nos tomaría mas de un minuto, dependiendo de la suerte y que tantos números podamos probar y que tan rápido los probemos.
Si nos pusieran el reto de adivinar un número entre la cantidad de valores posibles usando 256 bits nunca terminaríamos, primero se nos acaba la vida, de hecho este reto es tan difícil que las computadoras tampoco pueden lograrlo, por eso es que los sistemas de seguridad basados en SHA-256 funcionan, las computadoras actuales, incluyendo las mas potentes requieren millones o miles de millones de años probando uno por uno los posibles valores ya que al estar ligada esta respuesta a una formula matemática de una sola dirección, no es posible encontrar el resultado usando otro tipo de cálculos. PoW se encarga de bajar la dificultad del reto para que estos puedan adivinar el Hash en un promedio de 10 minutos y así regular el ritmo de la verificaciones y la tasa de emisión.
Para regular la dificultad PoW establece el siguiente el reto con las siguientes reglas:
El primer minero que en encuentre un hash de dificultad (n) será el ganador del premio y este hash será la cabecera del bloque.
Para encontrar el hash el minero alimentará el algoritmo SHA-256 utilizando los siguientes datos.
El hash del bloque anterior
El hash de todas las transacciones seleccionadas
La marca de tiempo (timestamp) que registra el momento exacto en el que se adquieren los datos.
El valor de la dificultad (n) o la cantidad de ceros iniciales que deberá tener el hash resultante
El nonce, que es el número que los mineros cambian repetidamente para alterar el hash del bloque
Ajustes de dificultad
La capacidad de la red de Bitcoin es determinada por la cantidad de Nonces que se pueden probar en un periodo determinado para encontrar el hash del bloque que cumpla con los requisitos de dificultad, esto se conoce como “tasa de hash” o “hashrate” y se mide en Hashes por segundo (H/s). Antes del año 2010 esta tasa estaba por debajo de los 10 MH/s o MegaHash por segundo que significa 10 millones de hashes por segundo; esta taza era el resultado que una pequeña red de computadoras personales que los primeros entusiastas del bitcoin mantenían minando, sin embargo conforme el bitcoin se fué estableciendo como una forma de dinero y adquiriendo valor, el mercado empezó a desarrollar harware y circuitos integrados especializados (ASIC) que han aumentado el hash rate de manera exponencial.
Bitcoin ajusta la dificultad de minería cada 2016 bloques o aproximadamente cada dos semanas; si en el FBI hubiera arrestado a la mitad de los criptopuncks que estaban minando bitcoin y desconectado sus computadoras en el año 2010 por haber hecho obsoleto el sistema financiero y haber traído privacidad las transacciones y una unidad de medida no variable como forma de dinero, el hashrate del Bitcoin se hubiera reducido a la mitad y las transacciones hubieran tardado mas de 10 minutos en ser verificadas por un tiempo, pero luego de algunos bloques y algunas semanas la dificultad se hubiera ajustado para que las transacciones tardaran menos de 10 minutos y así compensar el tiempo perdido; un par de semanas después el sistema ya hubiera estado en equilibrio.
Se puede decir que el ajuste de dificultad crea un efecto de homeostasis en su propio sistema, si hoy en día una guerra financiada con dinero fiduciario acabara con la mitad del planeta y redujera a la mitad o menos la cantidad de ASIC en funcionamiento el resultado sería el mismo después de unas semanas un bloque sería minado cada 10 minutos aproximadamente.
Actualmente el hash rate de la red de Bitcoin se encuentra en al rededor de de 600 EH/s o 600 quintillones de hashes por segundo osea 600,000,000,000,000,000,000 hashes por segundo. En términos de seguridad criptográfica Bitcoin es por mucho el sistema de seguridad mas poderoso del planeta, lo cual es muy significativo ya que las transacciones en los bloques son las que indican quien tiene el bitcoin en forma de UTXOs.
Dado que con el sistema financiero fiduciario no se sabe cuantas unidades monetarias existen ni como están distribuidas, el registro de transacciones distribuido en los nodos de accesos público y libre del Bitcoin denominado cadena de bloques es de facto la hoja de contaduría mas importante del mundo y por lo tanto su sistema de seguridad tiene que ser incorruptible e indestructible.
Bloque Génesis
El primer bloque minado (Bloque 0) por supuesto no utiliza el hash del bloque anterior que este no existe, además contiene una única transacción: coinbase la cual también incluye el mensaje de “the times”, el timestamp es 2009-01-03 18:15:05, la dificultad es 1 que la mas baja permitida por el sistema, y el nonce encontrado después de probar muchos otros fue el número 2083236893.
El Hash de cabecera del bloque génesis es:
000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f
El siguente bloque, el bloque 1 fué minado 6 dias y una hora después, exediendo por mucho el objetivo de los 10 minutos; este intervalo posiblemente fué deliverado, Satochi estaba asegurándose de que la red funcionara correctamente. Además era el único minero y seguramente disponía de un hashrate mínimo de carater experimental.
Con el tiempo, la llegada de mas mineros normalizaron los intervalos. Apartir del bloque 1 la red ha seguido funcionando de manera ininterrunpida hasta e día de hoy.
Los diez ceros al principio del hash muestran el nivel de dificultad: Conforme aumenta la dificultad también lo hacen la cantidad de ceros que vemos en el hash, por ejemplo el hash de un bloque mas reciente, el bloque generado mientras escribimos estas palabras (bloque ) es:
0000000000000000000157e741991831f8afa08fe6d75d855568dedab0dbad62
Este hash tiene 19 ceros y esto se debe a que la red de Bitcoin actual es mucho más poderosa que la computadora usada por Nakamoto para minar el bloque génesis.
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