Consenso Nakamoto: la cadena con más trabajo

Curiosidad

1. ¿Cómo pueden miles de extraños ponerse de acuerdo en una sola historia sin un líder ni votaciones?
2. ¿Por qué añadir un bloque más hace que una transacción antigua sea más difícil de revertir que la anterior?
3. ¿Qué sucede cuando dos cadenas existen simultáneamente durante diez minutos?

Explorar

1. El consenso en Bitcoin no es una elección. No existe un número fijo de miembros, ni líder, ni votación formal. Cada nodo completo verifica de forma independiente las transacciones según un conjunto exhaustivo de reglas. Cuando los mineros agrupan estas transacciones válidas en bloques, realizan prueba de trabajo: resuelven un acertijo computacionalmente costoso que sirve como marca de tiempo. Este trabajo ancla el bloque a la cadena, convirtiéndolo en parte de una historia global cuya modificación es costosa.
2. Cuando aparecen dos cadenas en competencia, cada nodo sigue una regla sencilla: adoptar la cadena con más pruebas de trabajo acumuladas. Cuando una rama supera a la otra en trabajo acumulado, la otra es abandonada y sus transacciones vuelven al mempool, a menos que la rama ganadora ya las contenga. Este mecanismo neutraliza los ataques Sybil; crear miles de identidades falsas es inútil si quien las posee carece de poder computacional proporcional. El peso, medido en pruebas de trabajo, decide qué historia válida gana, no la identidad.
3. El acuerdo es probabilístico, no absoluto. Una transacción se vuelve más segura con cada bloque que se añade encima de ella, ya que un atacante debe volver a realizar el trabajo correspondiente a ese bloque y a todos los siguientes para superar la cadena honesta. La Sección 11 del whitepaper calcula este riesgo: si un atacante controla una fracción q de la potencia de hash, la probabilidad de que alcance a la cadena honesta, estando z bloques atrás, disminuye exponencialmente a medida que aumenta z.
4. Para un atacante que cuenta solo con el 10% de la tasa de hashrate de la red (q = 0.1), la probabilidad de revertir una transacción oculta bajo cinco confirmaciones es inferior al 0.1%. Esta disminución matemática constituye el modelo de seguridad para los comerciantes y las casas de cambio. Las reorganizaciones breves, en las que se descartan algunos bloques en favor de otra cadena válida, forman parte del funcionamiento normal y no indican un fallo, sino más bien la competencia dinámica inherente al sistema de prueba de trabajo.
5. La Sección 6 sostiene que los incentivos alinean a los actores racionales con la estabilidad de la red. Un minero que posee una gran capacidad de hash gana más siguiendo las reglas que atacando el sistema, ya que el valor de sus monedas depende de la fiabilidad de la red. Destruir esa confianza desvalorizaría los mismos activos que poseen. Este vínculo económico garantiza que los actores importantes tengan un interés directo en mantener el consenso en lugar de perturbarlo.
6. Se reproduce la aritmética del whitepaper. La sección 11 presenta un breve programa en C y una tabla: para un atacante con q = 0,1, la probabilidad de alcanzar al otro desde cinco bloques atrás es de aproximadamente 0,0009, es decir, menos del 0,1%. Para q = 0,3, esos mismos cinco bloques aún dejan una probabilidad de unos 18%, y se necesita una confirmación mucho más extensa para reducir el riesgo por debajo del 0,1%. La seguridad depende de cuánta potencia de hash pueda reunir un atacante, no de un número fijo de bloques.

Datos clave

Ejercicio nueve, seis, tres, uno

Verificación de hechos

Fechas, cifras y afirmaciones verificadas con las fuentes publicadas que se enumeran a continuación.

• S. Nakamoto, 'Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System' (2008), Sections 4, 6, and 11.
• J. Garay, A. Kiayias & N. Leonardos, 'The Bitcoin Backbone Protocol: Analysis and Applications' (2015)