Blockchain, ¿Qué es y cómo funciona?

Introducción

La tecnología Blockchain o de cadena bloques es una invención importante dentro del sector tecnológico que tiene el potencial de revolucionar prácticamente todo. ¿Qué es y cómo funciona Blockchain? Nació en 2009 para solventar problemas actuales sobre eficiencia, duplicidad, inflación y valor por el individuo o grupo de personas conocidas como Satoshi Nakamoto y su Bitcoin (BTC). Lo cierto es que, desde ese momento, la tecnología ha avanzado bastante y se han ido desarrollando más proyectos basados en la Blockchain que pueden significar un punto de inflexión en todos los ecosistemas.

Blockchain ¿Qué es?

Algunos hablan de que Blockchain puede ser el nuevo Internet. Lo cierto es que ha asentado las bases de lo que se puede conocer como una nueva forma de entedner Internet al permitir que la información digital se distribuya pero no se copie. Y no es sólo Bitcoin (BTC), sino que cada vez más aparecen nuevos proyectos basados en esta tecnología con un gran potencial.

Blockchain es una cadena de bloques que consiste en una serie de registros de datos que permanece inmutables con fecha y hora y que están gestionados por una red de ordenadores que no pertenecen a ninguna entidad en particular. Cada uno de estos datos que se encuentran en bloques están asegurados y vinculados a otros bloques dentro de una red extensa utilizando conceptos de criptografía avanzada.

Blockchain Qué es cómo funciona

Quizás su principal fortaleza sea la de no contar con una autoridad centralizada que lo avale. Algo que puede al principio puede parecer un problema, resulta ser su principal virtud. Es la propia definición de un sistema democratizado y que al estar basado en una tecnología de libro distribuido, su información es pública y accesible a todo el mundo.

Probablemente sea la forma más sencilla y eficiente de trasladar información entre A y B de una forma descentralizada y segura. El proceso se inicia de la siguiente manera:

  1. Una de las partes de una transacción inicia el proceso creando un bloque.
  2. Este bloque es verificado por miles o millones de dispositivos distribuidos por la red.
  3. El bloque verificado se añade a una cadena, que se almacena en toda la red, creando no sólo un registro único, sino un registro único con un historial único.

El cambio de paradigma viene en la mejora de la eficiencia que provoca la eliminación de intermediarios en cada proceso o transacción actualmente. El intercambio de valor entre las dos partes se producto sin un cobro de una comisión por un tercero. Si que existe una comisión de infraestructura que sería la fee de red dentro de la propia blockchain y que en algunos casos, según si diseño, ni existe. Sin embargo, no existe es una comisión por transacción en si misma y lo que suelen cobrar los exchanges son las comisiones del propio exchange, además de la fee de red mencionada previamente.

Ya os podéis imaginar el potencial que tiene esta tecnología, que no solo afecta a individuos intermediarios de cada transacción y/o proceso sino también a las empresas que actúan como simple proveedor de servicios que ponen en contacto a las partes interesadas. Se nos ocurren multitud de ejemplos de servicios que se ofrecen a través de Internet, como empresas que hacen de intermediario para el alquiler o leasing de vehículos, reproductores de música o video multimedia en streaming, la industria del videojuego, representantes de artistas y podríamos seguir hasta el infinito.

Estamos, sin duda, ante la posibilidad de que, incluso la banca tradicional, se vea obligada a adoptar esta tecnología sino quiere morir por el camino para reducir costes bancarios de intermediarios y mejorar su eficiencia, acostumbrada a procesos tediosos y totalmente ineficientes.

¿Cómo funciona Blockchain?

El modo de funcionamiento es sencillo de entender. Viene a ser algo así como una gran hoja de cálculo que siempre está actualizada y que está duplicada en múltiples dispositivos. La información contenida en una Blockchain existe como una base de datos compartida, por lo tanto, los registros que mantiene son realmente públicos y fácilmente verificables. No existe una versión centralizada de esta información para que un hacker la corrompa. Alojada en millones de dispositivos simultáneamente, sus datos son accesibles para cualquier persona en Internet.

Pilares fundamentales de la Blockchain

La tecnología Blockchain cuenta con tres características fundamentales que le dan el potencial suficiente para ser reconocida:

Descentralización

Estamos rodeados de sistemas centralizados que canalizan una serie de datos e información que hace a las instituciones y organismos que lo manejan, parte fundamental de la transacción. Un ejemplo claro son los bancos, los cuales gestionan tu propio capital a cambio de dejarte realizar operaciones bajo una serie de condiciones pactadas.

A nivel de eficiencia, estos sistemas centralizados tienen debilidades y desventajas:

  • Los datos se almacenan en un solo lugar.
  • Las actualizaciones de dichos sistemas o bases de datos podrían afectar al funcionamiento del mismo.
  • Información accesible sólo para aquellos que formen parte de esa entidad u organización. Son los únicos propietarios de dicha información.
  • En caso de corrupción, todos los datos gestionados por esa entidad u organización podrían estar comprometidos.

Inmutabilidad

Como su propio nombre indica, una vez introducido un dato en la blockchain, no podrá ser manipulado. La razón por la que la Blockchain obtiene esta propiedad es la de la función hash de criptografía. En el contexto de las criptomonedas, las transacciones se toman como entrada y se pasan por un algoritmo de hash (Bitcoin utiliza SHA-256) que da una salida de una longitud fija.

Una función hash criptográfica es una clase especial de funciones hash que tiene varias propiedades que la hacen ideal para la criptografía. Hay ciertas propiedades que debe tener una función hash criptográfica para ser considerada segura.

La Blockchain logra la inmutabilidad debido a que el hash de cada bloque no puede ser modificado, y como cada hash está conectado con su hash anterior, es imposible modificar la cadena completa.

Blockchain Qué es cómo funciona

Transparencia

La Blockchain es transparente y consigue salvar la privacidad de sus usuarios a través de una compleja criptografía y se representa sólo por su dirección pública. Detrás de una dirección pública, estará el dueño/a de la clave privada y, por lo tanto, la identidad real de la persona está segura, mientras que podrás ver todos los movimientos asociados a su dirección. Este nivel de transparencia nunca ha existido antes en un sistema financiero. Añade ese nivel adicional, y muy necesario, de responsabilidad que requieren algunas de estas grandes instituciones.

Esto era algo impensable anteriormente, puesto que los movimientos de una cuenta bancaria sólo están visibles para el dueño de la misma y para la entidad que gestiona ese capital. Blockchain permite conocer a través de una dirección pública mediante un explorador de la blockchain todas las transacciones que se han realizado.

Redes y nodos

La Blockchain es mantenida por una red P2P o Peer-to-peer. Esta red es un conjunto de nodos interconectados entre sí que reciben datos de entrada y realizan una función con ellos y dan un resultado. Reparte toda la carga de trabajo entre los participantes, todos ellos igualmente privilegiados, llamados “pares”. Por lo tanto, ya no habrá un servidor central, sino que habrá varios pares distribuidos y descentralizados.

La estructura de la red P2P en las criptodivisas está estructurada según el mecanismo de consenso que utilizan. En el caso de Bitcoin (BTC), utiliza un mecanismo de consenso normal de prueba de trabajo o Proof-of-Work (PoW). Sin embargo, Ethereum está en proceso de migración de un modelo PoW a un modelo de prueba de participación o Proof-of-Staking (PoS) donde todos los nodos tienen los mismos privilegios.

Los nodos no tienen ningún privilegio especial, sin embargo, sus funciones y grado de participación pueden ser diferentes. No existe un servidor/entidad centralizada, ni tampoco una jerarquía. Estas criptodivisas descentralizadas se estructuran así por una sencilla razón, para mantenerse fieles a su filosofía. La idea es tener un sistema de divisas, donde todo el mundo es tratado como un igual y no hay ningún órgano de gobierno, que puede determinar el valor de la moneda basada en un capricho. Esto es cierto tanto para bitcoin como para Ethereum.

Un nodo es un ordenador que participa en la Blockchain. Esta participación puede ser de tres maneras:

  • Manteniendo una copia superficial de la Blockchain, es decir, un cliente ligero.
  • Manteniendo una copia completa de la Blockchain (nodo completo).
  • Verificando las transacciones o minando.

Sin embargo, este modelo de consenso trae problemas de escalabilidad. Por eso, muchas criptomonedas de nueva generación adoptan un mecanismo de consenso de prueba de participación delegado o DPoS. Normalmente, estas criptomonedas tienen mayores velocidades de transacción pero son menos descentralizados. Por lo tanto, se deberá buscar el compromiso entre ambas características, un nivel de velocidad de transacciones aceptable y una descentralización real.

Usos potenciales de la tecnología Blockchain

La tecnología Blockchain tiene tanto potencial que es posible que sea aplicada en los siguientes campos tecnológicos en un futuro cercano:

Economía colaborativa

La economía colaborativa es un modelo de negocio que ha triunfado en los últimos años. Sin embargo, la Blockchain permite pagos entre las partes interesadas y ofrece la opción de interactuar directamente entre las partes, lo que da lugar a una economía compartida verdaderamente descentralizada.

Smart Contracts

La tecnología de libro mayor distribuido permite codificar contratos sencillos que se ejecutarán cuando se cumplan determinadas condiciones. Ethereum (ETH) es un proyecto de Blockchain de código abierto que se diseño para esto.

Los contratos inteligentes pueden programarse para realizar funciones sencillas. Por ejemplo, algo puede ser pagado cuando se cumplan una serie de condiciones preestablecidas que no pueden ser modificadas con un determinado punto de referencia, y el uso de la tecnología blockchain permitiría automatizar la transacción. Algunos de los mayores Exchanges han creado su propio token y smart contracts totalmente descentralizados, donde los usuarios pueden lanzar sus aplicaciones descentralizadas, crear pares de comercio de tokens y comerciar libremente sin restricciones de tiempo y lugar.

Nuevos metodos de gobernanza

La tecnología de bases de datos distribuidas podría aportar total transparencia a las elecciones o a cualquier otro tipo de votación. Los contratos inteligentes basados ayudan a automatizar el proceso. Es habitual encontrar métodos de gobernanza descentralizados que proponen la participación de los inversores de la Blockchain. Esto conlleva aumento de transparencia y de participación, además de la toma de decisiones para dar seguimiento a las fases del proyecto.

Obtener financiación

Herramientas tipo Crowdfunding ya conocidas están revolucionando la economía desde el punto de vista del capital riesgo de origen colectivo. Las partes interesadas quieren tener una opinión directa en el desarrollo de productos y en eso, la Blockchain, tiene mucho recorrido.

A través de procesos conocidos como DAO o Organización Autónoma Descentralizada permiten que los interesados puedan votar en las inversiones de capital riesgo con contratos inteligentes. Otros métodos como las IEO (Initial Exchange Offering) o ICO (Initial Coin Offering) son alternativas para obtener financiación para el desarrollo técnico del proyecto propuesto. También las IDO (Initial DEX Offering), que basan su operativa en la recaudación de fondos en DeFi, ha creado una nueva manera de construir finanzas abiertas innovadoras y, sobre todo, una nueva manera de cooperación económica.

Gestión y almacenamiento de datos.

Los usuarios de la Blockchain podrán gestionar y vender los datos que genere su actividad en las redes. La privacidad del usuario es la condición previa clave para la creación de un mercado de datos personales.

La fragmentación de los datos también hace que sea escalable (en soluciones de Blockchains los datos se replican en cada nodo). Se elimina la necesidad de relaciones cliente-servidor centralizadas. Un Internet formado por sitios web completamente descentralizados tiene el potencial de acelerar los tiempos de transferencia y transmisión de archivos.

Internet de las cosas (IoT)

Una de las ramas dentro de los entornos conectados corresponde al Internet of Things o el Internet de las cosas (IoT). Supone la gestión controlada por la red de determinados tipos de dispositivos. Los Smart Contracts hacen posible la automatización de la gestión de sistemas remotos y facilitan el intercambio de datos entre objetos y mecanismos.

Las aplicaciones de IoT abarcarán múltiples campos como el mantenimiento predictivo, análisis de datos o sistemas automatizados a gran escala, entre otros temas.

Procesos AML y KYC

Los estándares para evitar el lavado de dinero (AML) y de identificación del cliente (KYC), han permitido que la Blockchain sea un referente en este sentido. Actualmente, las instituciones financieras deben llevar a cabo un proceso de múltiples pasos que requiere mucho trabajo para cada nuevo cliente.

Protección de cadena de suministro y propiedad intelectual

Algo muy demandado es la posibilidad de certificar la autenticidad de un producto mediante la introducción del mismo dentro de una Blockchain que lo asegure. Los valores de inmutabilidad y transparencia son básicos para poder realizar esta actividad. Es el caso de la Blockchain de VeChain (VET), que apuesta por introducir el registro del producto en su red y así poder asegurar la trazabilidad del mismo.

Muchos de los autores de contenido digital han ido perdiendo el control sobre su propiedad intelectual. La Blockchain puede proteger sus derechos eliminando el riesgo de copia y dándole veracidad a su contenido frente a una copia en la red.

Gestión de la identidad

La capacidad de verificar tu identidad es el eje de las transacciones financieras que se realizan online. Los libros de contabilidad distribuidos ofrecen métodos mejorados para demostrar quién eres, junto con la posibilidad de digitalizar los documentos personales. Tener una identidad online segura también será importante para las interacciones en la economía colaborativa o durante el registro en una nueva plataforma o ecosistema.

El desarrollo de normas de identidad digital está resultando un proceso muy complejo. Aparte de los retos técnicos, una solución universal de identidad en línea requiere la cooperación entre entidades privadas y el gobierno.

Tipos de Blockchains

Blockchain pública

Es una blockchain que cualquier persona en el mundo puede leer, a la que puede enviar transacciones y esperar que se incluyan si son válidas y puede participar en el proceso de consenso. Las blockchains públicas están aseguradas por la combinación de incentivos económicos y verificación criptográfica mediante mecanismos de consenso que se detallan en el siguiente punto.

Los libros contables pueden ser “públicos” en dos sentidos:

  1. Cualquiera, sin permiso de otra autoridad, puede escribir datos.
  2. Cualquiera, sin permiso concedido por otra autoridad, puede leer datos.

Normalmente, cuando la gente habla de cadenas de bloques públicas, se refiere a que cualquiera puede escribir.

Blockchain privada

Es aquella en la que los participantes son conocidos y de confianza y en la que los permisos de escritura se mantienen centralizados en una organización. Muchos de los mecanismos no son necesarios, o más bien se sustituyen por contratos legales. Esto cambia las decisiones técnicas en cuanto a los ladrillos que se utilizan para construir la solución. Otra forma de describir lo público/privado podría ser sin permiso frente a con permiso o con seudónimo frente a participantes identificados.

Los permisos de lectura pueden ser públicos o estar restringidos a un grado arbitrario. Las aplicaciones más probables son la gestión de bases de datos, la auditoría, etc., internas a una sola empresa. Por lo tanto, la legibilidad pública puede no ser necesaria en muchos casos, aunque en otros casos se desea la auditabilidad pública.

Consorcio de Blockchains

Es una blockchain en la que el proceso de consenso está controlado por un conjunto preseleccionado de nodos. Por ejemplo, se podría imaginar un consorcio de 9 empresas industriales, cada una de las cuales opera un nodo y de las cuales 6 deben firmar cada bloque para que éste sea válido. El derecho a leer la cadena de bloques puede ser público o estar restringido a los participantes, y también existen vías híbridas como que los hashes raíz de los bloques sean públicos junto con una API que permita a los miembros del público realizar un número limitado de consultas y obtener pruebas criptográficas de algunas partes del estado de la cadena de bloques. Estas cadenas de bloques pueden considerarse parcialmente descentralizadas.

Blockchain Qué es cómo funciona

Mecanismos de consenso

Es un mecanismo tolerante a fallos que se utiliza en los sistemas informáticos y de blockchain. Se utiliza para lograr el acuerdo necesario sobre un único valor de datos o un único estado de la red entre los procesos distribuidos. Es útil, entre otras cosas, para el mantenimiento de registros.

Las Blockchain públicas que operan como sistemas descentralizados y autorregulados funcionan a escala global sin ninguna autoridad única. Implican la contribución de cientos de miles de participantes que trabajan en la verificación de las transacciones que se producen en la cadena de bloques. Estos libros de contabilidad compartidos públicamente necesitan un mecanismo eficiente, justo, en tiempo real, funcional, fiable y seguro que garantice que todas las transacciones que se producen en la red son auténticas y que todos los participantes están de acuerdo en un consenso sobre el estado del libro de contabilidad.

Existen varios tipos de mecanismos principales que detallamos a continuación:

Prueba de trabajo o Proof-of-Work (PoW)

Es un algoritmo de consenso común utilizado por las redes de criptomonedas más populares como Bitcoin (BTC) o Litecoin (LTC). Requiere que un nodo participante demuestre que el trabajo realizado y presentado por ellos les califica para recibir el derecho de añadir nuevas transacciones a la cadena de bloques. Sin embargo, todo este mecanismo de minería necesita un alto consumo de energía y un mayor tiempo de procesamiento.

Prueba de participación o Proof-of-Staking (PoS)

Otro algoritmo de consenso común que evolucionó como una alternativa de bajo coste y bajo consumo de energía al algoritmo POW. Implica la asignación de la responsabilidad de mantener el libro de contabilidad pública a un nodo participante en proporción al número de fichas de moneda virtual que posea. Sin embargo, tiene el inconveniente de que fomenta el ahorro de criptomonedas, en lugar del gasto.

Prueba de Capacidad o Proof-of-Capacity (PoC)

Del mismo modo, existen otros algoritmos de consenso como la Prueba de Capacidad (POC) que permite compartir el espacio de memoria de los nodos que contribuyen en la red blockchain. Cuanto más espacio de memoria o de disco duro tenga un nodo, más derechos se le conceden para mantener el libro de contabilidad público.

Prueba de tiempo transcurrido o Proof-of-Elapsed-Time (PoET)

Se crea un grupo de participantes que están controlados por un administrador. El administrador es el que controla que el trabajo de los participantes se realice de manera correcta. Para ello, el administrador comparte un cronómetro y una serie de pruebas criptográficas que habilitan a los participantes para producir bloques dentro de la blockchain.

Algortimo asincrónico de tolerancia a fallos bizantino (PBFT)

Elimina la asunción de un entorno síncrono y el rendimiento a la hora de procesar transacciones. Cualquier nodo en el sistema se puede convertir en primario, incluso pudiendo pasar de ser secundario a primario. Estos nodos deben cumplir con una serie de requisitos: ser deterministas y deben comenzar en el mismo estado. Todos los nodos se comunican entre ellos con el objetivo de que los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado del sistema siguiendo la regla de la mayoría.

State Machine Replication (SMaRt)

Es un método general para implementar un servicio tolerante a fallos mediante la replicación de servidores y la coordinación de las interacciones de los clientes con las réplicas de los servidores. El enfoque también proporciona un marco para entender y diseñar protocolos de gestión de la replicación.

Grafo acíclico dirigido (DAG)

Es una representación conceptual de una serie de actividades. El orden de las actividades se representa mediante un gráfico, que se presenta visualmente como un conjunto de círculos. Cada círculo representa una actividad, algunos de los cuales están conectados por líneas, que representan el flujo de una actividad a otra. El írculo se conoce como “vértice” y cada línea como “arista”. Cada arista tiene una dirección definida, por lo que cada arista representa necesariamente un único flujo direccional de un vértice a otro. No hay bucles en el gráfico, de modo que para cualquier vértice dado, no hay ningún otro camino en el gráfico para volver a ese vértice inicial.

Blockchain Qué es cómo funciona

Acuerdo Bizantino Federado (FBA)

Es una forma de tolerancia a fallos bizantina en la que cada general bizantino es responsable de su propia blockchain. Se utiliza por su alto rendimiento, escalabilidad de la red y bajos costes de transacción. Requieren que los nodos sean conocidos y verificados de antemano antes de que los usuarios soliciten cualquier rendimiento del FBA.

Los nodos también eligen en quién confían, y eventualmente surgen quórums (número mínimo de nodos necesario para que una solución sea correcta). Nacen de nodos a partir de las decisiones tomadas por los nodos individuales que componen la red FBA.

Commit de dos fases (2PC)

Es un protocolo estandarizado que garantiza la implementación de un commit de base de datos en la situación en la que una operación de commit debe dividirse en dos partes separadas.

Se trata de un algoritmo distribuido que coordina todos los procesos que participan en una transacción distribuida sobre la conveniencia de comprometer o abortar (revertir) la transacción. El protocolo logra su objetivo incluso en muchos casos de fallos temporales del sistema por lo que su uso está muy extendido

Prueba de participación delegada (DPoS)

Es un protocolo de consenso diseñado para blockchains altamente escalables. Cuenta con un sistema de votación en el que los interesados subcontratan su trabajo a un tercero. En otras palabras, pueden votar por unos delegados que asegurarán la red en su nombre. Los delegados también pueden denominarse testigos y son responsables de lograr el consenso durante la generación y validación de nuevos bloques. El poder de voto es proporcional al número de monedas que posee cada usuario.

El sistema de votación varía de un proyecto a otro, pero en general, cada delegado presenta una propuesta individual al pedir el voto. Normalmente, las recompensas recaudadas por los delegados se reparten proporcionalmente con sus respectivos electores. Por tanto, el algoritmo DPoS crea un sistema de votación que depende directamente de la reputación de los delegados. Si un nodo elegido se comporta mal o no trabaja eficazmente, será rápidamente expulsado y sustituido por otro.

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