Curso de blockchain (1). Blockchain 101

• Dirección: las direcciones son identificadores únicos que se utilizan en una transacción de blockchain para denotar remitentes y destinatarios. Una dirección suele ser una clave pública o se deriva de una clave pública.
• Transacción: una transacción es la unidad fundamental de una cadena de bloques. Una transacción representa una transferencia de valor de una dirección a otra.
• Bloque: un bloque se compone de múltiples transacciones y otros elementos, como el hash del bloque anterior (puntero hash), marca de tiempo y nonce. Un bloque se compone de un encabezado de bloque y una selección de transacciones agrupadas y organizadas lógicamente. El bloque contiene varios elementos, que presentamos de la siguiente manera:
  • Se incluye una referencia a un bloque anterior en el bloque a menos que sea un bloque génesis. Esta referencia es el hash del encabezado del bloque anterior. Una bloque génesises el primer bloque en la cadena de bloques que está codificado en el momento en que la Blockchain se inica por primera vez. La estructura de un bloque también depende del tipo y diseño de una cadena de bloques
  • Un nonce es un número que se genera y se usa solo una vez. Se usa el nonce extensamente en muchas operaciones criptográficas para proporcionar protección de reproducción,autenticación y cifrado. En blockchain, se usa en el algoritmo de consenso POW y para la protección de reproducción de transacciones. Un bloque también incluye el valor nonce.
  • Una marca de tiempo (timestamp) es la hora de creación del bloque.
  • La raíz de Merkle es un hash de todos los nodos de un árbol de Merkle. En un bloque de blockchain, es el hash combinado de las transacciones en el bloque. Los árboles Merkle son ampliamentese utiliza para validar grandes estructuras de datos de forma segura y eficiente. En el mundo de las cadena de bloques , los árboles Merkle se utilizan comúnmente para permitir una verificación eficiente de transacciones. La raíz de Merkle en una cadena de bloques está presente en la sección de encabezado de bloque de un bloque, que es el hash de todas las transacciones de un bloque. Esto significa que solo se requiere la raíz Merkle para verificar todas las transacciones presentes en el arbol de Merkle en lugar de verificar todas las transacciones una por una. Desarrollaremos más adelante estos conceptos en el post 4, Criptografía de clave pública.
  • Además del encabezado del bloque, el bloque contiene transacciones que componen el cuerpo del bloque. Una transacción es un registro de un evento, por ejemplo, el evento de transferir efectivo de la cuenta de un remitente a la cuenta de un beneficiario. Un bloque contiene transacciones y su tamaño varía según el tipo y diseño de la cadena de bloques.

La siguiente estructura es un diagrama de bloques simple que representa un bloque. Las estructuras de bloques específicas en relación con sus tecnologías blockchain se discutirán más adelante en el curso con mayor detalle técnico:

• Red peer-to-peer: como su nombre lo indica, una red peer-to-peer es una topología de red donde todos los pares pueden comunicarse entre sí y enviar y recibir mensajes.
• El lenguaje de programación o scripts: los scripts o programas que realizan varias operaciones en una transacción para facilitar diversas funciones. Por ejemplo, en Bitcoin, los scripts de transacciones están predefinidos en un lenguaje llamado Script, que consta de un conjunto de comandos que permiten a los nodos transferir bitcoins de una dirección a otra. Script es un lenguaje limitado, en el sentido de que solo permite operaciones esenciales que son necesarias para ejecutar transacciones, pero no permite el desarrollo de programas arbitrarios. Para facilitar el desarrollo de programas arbitrarios en una cadena de bloques, se necesita un lenguaje de programación turing completo, y ahora es una característica muy deseable para tener en las cadenas de bloques. Piense en esto como una computadora que permite el desarrollo de cualquier programa utilizando lenguajes de programación. Sin embargo, la seguridad de dichos lenguajes es un cuestión crucial y un área de investigación esencial y permanente. Discutiremos esto en mayor detalle en el Post 6, Introducción a Bitcoin, post 10, Contratos inteligentes y los posts sobre Ethereum, más adelante en este curso.
• Máquina virtual: esta es una extensión del script de transacción presentado anteriormente. Una máquina virtual permite que el código Turing completo se ejecute en una cadena de bloques (como contratos); mientras que un script de transacción tiene un funcionamiento limitado. Sin embargo, las maquinas virtuales no están disponibles en todas las cadenas de bloques. Varias blockchains usan máquinas virtuales para ejecutar programas como Ethereum Virtual Machine (EVM) y Chain Virtual Machine(CVM). EVM se usa en la cadena de bloques Ethereum, mientras que CVM es una máquina virtual desarrollada y utilizada en una cadena de bloques de nivel empresarial llamada «Chain Core».
• Máquina de estado: una cadena de bloques se puede ver como un mecanismo de transición de estado mediante el cual un estado se modifica de su forma inicial a la siguiente por los nodos en la red blockchain como resultado de la ejecución de la transacción.
• Contratos inteligentes: estos programas se ejecutan sobre la cadena de bloques y encapsulan la lógica empresarial que se ejecutará cuando se cumplan determinadas condiciones. Estos programas son ejecutables y se ejecutan automáticamente. La función de contrato inteligente no está disponible en todas las plataformas blockchain, pero ahora se está convirtiendo en una característica muy deseable debido a la flexibilidad y potencia que proporciona a las aplicaciones blockchain. Los contratos inteligentes tienen muchos casos de uso, incluidos, entre otros, la gestión de identidades, los mercados de capitales, financiación comercial, gestión de registros, seguros y gobernanza electrónica. Los contratos inteligentes serán discutido con más detalle en el post 10, Contratos inteligentes.
• Nodo: un nodo en una red blockchain realiza varias funciones dependiendo del papel que asume. Un nodo puede proponer y validar transacciones y realizar minería para facilitar el consenso y asegurar la cadena de bloques. Este objetivo se logra siguiendo un protocolo de consenso (más comúnmente PoW). Los nodos también pueden realizar otras funciones como verificación de pago simple (nodos ligeros SPV), validación y muchos otras funciones dependiendo del tipo de blockchain utilizado y el rol asignado al nodo. Los nodos también realizan una función de firma de transacciones. Las transacciones se crean primero por los nodos y luego también don firmadas digitalmente por nodos que utilizan claves privadas como prueba de que son el propietario legítimo del activo que desean transferir a otra entidad en la red blockchain. Este activo suele ser un token o moneda virtual, como Bitcoin, pero también puede ser cualquier activo del mundo real representado en la cadena de bloques mediante el uso de tokens. Ahora también son estándares relacionados con tokens; por ejemplo, en Ethereum, hay ERC20, ERC721 y algunos otros que definen las interfaces y la semántica de la tokenización. Cubriremos estos en el pots 12, Ethereum.

Piense en el lenguaje de secuencias de comandos como una calculadora que solo admite
operaciones aritméticas estándar preprogramadas. Como tal, el lenguaje de secuencia de comandos de Bitcoin no se puede llamar «Turing completo». En palabras simples, un lenguaje completo de Turing significa que puede realizar cualquier cálculo. Lleva el nombre de Alan Turing, que desarrolló la idea de una máquina de Turing que puede ejecutar cualquier algoritmo por complejo que sea. Los lenguajes Turing completos necesitan bucles y capacidad de ramificación para realizar cálculos complejos.
Por lo tanto, el lenguaje de programación de Bitcoin no es Turing completo,
mientras que el lenguaje de Solidity de Ethereum lo es.

Un diagrama de alto nivel de la arquitectura blockchain que destaca los elementos clave mencionados anteriormente se muestra como sigue:

El diagrama anterior muestra una red blockchain de cuatro nodos (arriba), cada uno manteniendo una cadena de bloques, una máquina virtual, una máquina de estado y una dirección. La cadena de bloques se amplía aún más (en medio) para mostrar la estructura de la cadena de bloques, que se amplía nuevamente (abajo) para mostrar la estructura de una transacción. Tenga en cuenta que esta es una estructura genérica de una cadena de bloques; veremos estructuras de cadenas de bloques específicas en detalle en el contexto de las cadenas de bloques Ethereum y Bitcoin más adelante en este curso.

como funciona blockchain

Ahora hemos definido y descrito blockchain. Ahora, veamos cómo una blockchain realmente trabaja. Los nodos son mineros que crean nuevos bloques y acuñan criptomonedas (monedas) o validan las firmas o firman digitalmente las transacciones. Una decisión crítica que cada red blockchain tiene que hacer es averiguar qué nodo agregará el siguiente bloque a la cadena de bloques. Esta decisión se toma mediante un mecanismo de consenso. Se describirá el mecanismo de consenso más adelante en este post. Por ahora, veremos cómo una cadena de bloques valida las transacciones y crea y agrega bloques para hacer crecer la cadena de bloques. Veremos un esquema general para crear bloques. Este esquema se presenta aquí para darle una idea general de cómo se generan los bloques y cuál es la relación entre transacciones y bloques:

1. Se inicia la transacción: un nodo inicia una transacción primero creándola y luego
   firmandola digitalmente con su clave privada. Una transacción puede representar varias acciones en una cadena de bloques. Más comúnmente, esta es una estructura de datos que representa la transferencia de valor entre usuarios en la red blockchain. La estructura de datos de la transacción generalmente consiste en alguna lógica de transferencia de valor, reglas relevantes, direcciones de origen y destino y otra información de validación. Las transacciones suelen ser una transferencia de criptomonedas (transferencia de valor) o invocación de contrato inteligente que puede realizar cualquier operación deseada. Se produce una transacción entre dos o más partes. Esto será cubierto con más detalle en posts específicos sobre Bitcoin y Ethereum más adelante en el curso.

2. La transacción se valida y difunde: una transacción se propaga (difunde) generalmente mediante el uso de protocolos de difusión de datos, como el protocolo Gossip, a otros pares que validan la transacción según criterios de validez preestablecidos. Antes de que una transacción sea propagada, también se verifica para asegurarse de que sea válida.
3. Buscar nuevo bloque: cuando la transacción es recibida y validada por participantes especiales llamados mineros en la red blockchain, se incluye en un bloque, y comienza el proceso de minería. Este proceso también se denomina a veces «encontrar un nuevo bloque». Aquí, los nodos llamados mineros compiten para finalizar el bloque que han creado mediante un proceso conocido como minería.
4. Nuevo bloque encontrado: una vez que un minero resuelve un acertijo matemático (o cumple el requisito del mecanismo de consenso implementado en una cadena de bloques), el bloque es considerado «encontrado» y finalizado. En este punto, la transacción se considera confirmada. Por lo general, en cadenas de bloques de criptomonedas como Bitcoin, el minero que resuelve el rompecabezas matemático también se recompensa con un cierto número de monedas como incentivo para
   su esfuerzo y los recursos que gastaron en el proceso minero.
5. Agregación de un nuevo bloque a la cadena de bloques: el bloque recién creado se valida, las transacciones o los contratos inteligentes se ejecutan dentro de él, y se propagan a otros pares. Los peers también validan y ejecutan el bloque. Ahora se convierte en parte de la cadena de bloques (libro mayor), y el siguiente bloque se enlaza criptográficamente con este bloque. Este enlace se llama puntero de hash.

Este proceso se puede visualizar en el diagrama de la siguiente manera:

Esto completa la introducción básica a blockchain. En la siguiente sección, aprenderá acerca de los beneficios y limitaciones de esta tecnología.

beneficios, caracteristicas y limitaciones de una blockchain

Se han discutido numerosas ventajas de la tecnología blockchain en muchas industrias y
propuesto por líderes de opinión de todo el mundo que participan en el espacio blockchain. Los beneficios notables de la tecnología blockchain son los siguientes:

1. Descentralización: este es un concepto central y un beneficio de blockchain. No hay necesidad para que un tercero o intermediario de confianza valide las transacciones; en cambio, un mecanismo de consenso se utiliza para acordar la validez de las transacciones.
2. Transparencia y confianza: ya que las cadenas de bloques se comparten y todos pueden ver lo que hay blockchain, esto permite que el sistema sea transparente. Como resultado, se establece la confianza. Esto es más relevante en escenarios como el desembolso de fondos o en el reparto de beneficios donde es necesario restringir la discreción personal en relación con la selección de beneficiarios.
3. Inmutabilidad: una vez que los datos se han escrito en la cadena de bloques, es extremadamente difícil volver a cambiarlo. No es realmente inmutable, pero debido a que cambiar los datos es tan desafiante y casi imposible, esto se ve como un beneficio para mantener un libro mayor de transacciones inmutable.
4. Alta disponibilidad: dado que el sistema se basa en miles de nodos en una red de pares , y los datos se replican y actualizan en cada nodo, el sistema se convierte
   altamente disponible. Incluso si algunos nodos abandonan la red o se vuelven inaccesibles, la red en su conjunto continúa funcionando, lo que la hace altamente disponible. Esta redundancia da como resultado una alta disponibilidad.
5. Muy seguro: todas las transacciones en una cadena de bloques están protegidas criptográficamente y, por lo tanto, proporcionan integridad a la red. Cualquier transacción publicada desde los nodos en la cadena de bloques se verifican en función de un conjunto predeterminado de reglas. Solo se seleccionan transacciones válidas
   para su inclusión en un bloque. La cadena de bloques se basa en tecnología criptográfica probada que asegura la integridad y disponibilidad de los datos. Generalmente, la confidencialidad no es proporcionada debido a los requisitos de transparencia. Esta limitación es la barrera principal a su adopción por instituciones financieras y otras industrias que requieren la privacidad y confidencialidad de las transacciones. Como tal, las investigaciones sobre la privacidad y confidencialidad de las transacciones en blockchain estan siendo fructiferas, y los avances ya están
   siendo materializados. Se podría argumentar que, en muchas situaciones, la confidencialidad no es necesaria y se prefiere la transparencia. Por ejemplo, con Bitcoin, la confidencialidad no es un requisito absoluto; sin embargo, es deseable en algunos escenarios. Un ejemplo más reciente es Zcash (https://z.cash), que proporciona una plataforma para realizar actividades de transacciones anónimas. Otros servicios de seguridad, como el no repudio y la autenticación, son también proporcionado por blockchain, ya que todas las acciones están protegidas mediante claves privadas y firmas digitales.
   .
6. Simplificación de los paradigmas actuales: el modelo actual de blockchain en muchas industrias, como finanzas o salud, está algo desorganizado. En este modelo, varias entidades mantienen sus propias bases de datos y compartir datos puede resultar muy difícil debido a la naturaleza dispar de los sistemas. Sin embargo, como una cadena de bloques puede servir como un libro mayor entre muchas partes interesadas, esto puede resultar en la simplificación del modelo al reducir la complejidad de la gestión de los sistemas separados mantenidos por cada entidad.
7. Negociaciones más rápidas: en la industria financiera, especialmente en las funciones de liquidación posterior a la negociación, blockchain puede desempeñar un papel vital al permitir la liquidación rápida de operaciones. Blockchain no requiere un largo proceso de verificación, conciliación y autorización porque una única versión de los datos acordados ya está disponible en un libro mayor compartido entre
   organizaciones financieras.
8. Ahorro de costos: ya que no se requiere un tercero de confianza o un modelo de cámara de compensación en la cadena de bloques, esto puede eliminar masivamente los costos generales en forma de tarifas, que son pagado a tales partes.
9. Plataforma para contratos inteligentes: una cadena de bloques es una plataforma en la que se pueden ejecutar programas que ejecutan la lógica empresarial en nombre de los usuarios. Esta es una característica muy útil pero no todas las cadenas de bloques tienen un mecanismo para ejecutar contratos inteligentes; sin embargo, esta es una
   característica deseable. Está disponible en plataformas blockchain más nuevas como Ethereum y MultiChain, pero no en Bitcoin.
10. Propiedad inteligente: es posible vincular un activo digital o físico a la cadena de bloques de una manera segura y precisa que no pueda ser reclamada por nadie más. Esto controla su activo, y no se puede gastar o poseer dos veces. Compara esto con un archivo de música digital, por ejemplo, que se puede copiar muchas veces sin control. Si bien es cierto que hay muchos esquemas de administración de derechos digitales (DRM) que se utilizan actualmente junto con las leyes de derechos de autor, ninguno de ellos puede hacer cumplir dichos derechos en la manera que lo hace blockchain. Blockchain puede proporcionar gestión de derechos digitales de tal manera que se pueda hacer cumplir plenamente. Hay famosos esquemas de DRM que se veían geniales en teoría pero que fueron pirateados debido a ciertas limitaciones. Un ejemplo es el hack de Oculus: http://www.wired.co.uk/article/oculus-rift-drm-hackeado. Otro ejemplo es el hack de PS3; también, muchos archivos de música digital protegida por derechos de autor,películas y libros electrónicos se comparten habitualmente en Internet sin ninguna limitación. Tendremos protección de derechos de autor durante muchos años, pero la piratería digital refuta todos los intentos para hacer cumplir plenamente la ley. En una cadena de bloques, sin embargo, si posee un activo, nadie más puede reclamarlo a menos que decida transferirlo. Esta característica tiene implicaciones de gran alcance,especialmente en sistemas DRM y e-cash donde la detección de doble gasto es un requisito crucial. El problema del doble gasto se resolvió primero sin el requisito de tercero de confianza en Bitcoin.

La tecnología Blockchain proporciona una plataforma para ejecutar contratos inteligentes. Estos son programas automatizados y autónomos que residen en la red blockchain y encapsulan la lógica empresarial y el código necesario para ejecutar una función requerida cuando se cumplen determinadas condiciones. Por ejemplo, piense en un
contrato de seguro donde se paga una reclamación al viajero si el el vuelo está cancelado. En el mundo real, este proceso normalmente toma una cantidad significativa de tiempo para hacer el reclamo, verificarlo y pagar el monto del seguro al reclamante (viajero). Y si todo este proceso se automatiza criptográficamente otorgando confianza, transparencia y ejecución para que tan pronto como el contrato inteligente recibe un feed de que el vuelo en cuestión ha sido cancelado, activa automáticamente el pago del seguro al afectado Si el vuelo llega a tiempo, el contrato inteligente se paga solo. De hecho, esta es una característica revolucionaria de blockchain, ya que proporciona flexibilidad, velocidad, seguridad y automatización para escenarios del mundo real que pueden conducir a un sistema completamente confiable con reducciones significativas de costos. Los contratos inteligentes se pueden programar para realizar cualquier acción que los usuarios de blockchain necesiten y de acuerdo con sus requisitos comerciales específicos.

Al igual que con cualquier tecnología, es necesario abordar algunos desafíos para hacer que un sistema sea más robusto, útil y accesible. La tecnología Blockchain no es una excepción. De hecho, se requiere mucho esfuerzo que se realiza tanto en la academia como en la industria para superar los desafíos planteados por la tecnologia blockchain. Los problemas de blockchain más sensibles son los siguientes:

• Escalabilidad: actualmente, las redes blockchain no son tan escalables como, por ejemplo, las actuales redes financieras. Esta es un área conocida de preocupación y un área muy madura para la investigación.
• Adopción: a menudo, blockchain se considera una tecnología incipiente. Aunque esta perspectiva está cambiando rápidamente, todavía queda un largo camino por recorrer antes de la adopción masiva de esta tecnología. El desafío aquí es permitir que las redes blockchain sean más fáciles de usar para que la adopción pueda aumentar. Además, otros desafíos como la escalabilidad (introducidos anteriormente) existen, que deben resolverse para aumentar la adopción.
• Regulación: Debido a su naturaleza descentralizada, la regulación es casi imposible en
blockchain. Esto a veces se ve como una barrera para la adopción porque, tradicionalmente, debido a la existencia de autoridades reguladoras, los consumidores tienen un cierto nivel de confianza en que si algo sale mal, ellos pueden responsabilizar a alguien. Sin embargo, en las redes blockchain, no existe tal autoridad reguladora y control, lo cual es un factor inhibidor para muchos consumidores.
• Tecnología relativamente inmadura: en comparación con los sistemas de TI tradicionales que se han beneficiado de décadas de investigación, blockchain es todavía una nueva tecnología y requiere mucha investigación para alcanzar la madurez.
• Privacidad y confidencialidad: la privacidad es una preocupación en las cadenas de bloques públicas como Bitcoin donde todos pueden ver cada transacción. Esta transparencia no es deseable en muchas industrias, como las financieras, legales o médicas. Esto también es una preocupacion conocida y una gran cantidad de investigación valiosa con algunas soluciones impecables ya ha sido desarrollada. Sin embargo, aún se requieren más investigaciones para impulsar la adopción masiva de
blockchain.

Todos estos problemas y posibles soluciones se discutirán en detalle en el Post 21, Escalabilidad y Otros desafíos. Ahora conoce los conceptos básicos de blockchain y sus beneficios y limitaciones. Ahora, echemos un vistazo a los diversos tipos de blockchain que existen.

tipos de blockchains

Basado en la forma en que blockchain ha evolucionado en los últimos años, se puede dividir en múltiples categorías con atributos distintos, aunque a veces parcialmente superpuestos. Debieras tener en cuenta que los niveles descritos anteriormente en el post son un concepto diferente, por lo que la lógica que se presenta en la categorización de blockchain, esta basada en su evolución y uso.
En esta sección, examinaremos los diferentes tipos de blockchains desde un punto de vista técnico y comercial.. Estos tipos de blockchain pueden ocurrir en cualquier nivel de blockchain, ya que no existe una relación entre los niveles mencionados anteriormente y los diversos tipos de blockchain.

En esta sección, examinaremos:
• Ledgers distribuidos
• Tecnología de ledger distribuido (DLT)
• Blockchains
• Ledgers

ledgers distribuidos

Primero, necesito aclarar una ambigüedad. Cabe señalar que un ledger distribuido es un término amplio para describir bases de datos compartidas; por lo tanto, todas las blockchains caen técnicamente bajo el paraguas de bases de datos compartidas o ledgers distribuido. Aunque todas las blockchains se distribuyen fundamentalmente en ledgers, todos los ledgers distribuido no son necesariamente cadenas de bloques. Una diferencia fundamental entre un ledger distribuido y una cadena de bloques es que un ledger distribuido no consiste necesariamente en bloques de transacciones para mantener el crecimiento del ledger. Más bien, una blockchain es un tipo especial de base de datos compartida que se compone de bloques de transacciones. Un ejemplo de un libro mayor distribuido que no usa bloques de transacciones es R3 Corda
(https://www.corda.net). Corda es un ledger distribuido que se desarrolla para registrar y administrar acuerdos y se centra especialmente en la industria de servicios financieros. Por otro lado, las cadenas de bloques mas ampliamente conocidas como Bitcoin y Ethereum utilizan bloques para actualizar las bases de datos. Como sugiere su nombre, un ledger distribuido se distribuye entre sus participantes y se difunde en varios sitios u organizaciones. Este tipo de liedger puede ser privado o público. La idea fundamental aquí es que, a diferencia de muchas otras cadenas de bloques, los registros se almacenan
de forma contigua en lugar de estar ordenados en bloques. Este concepto se utiliza en Ripple, que es una Red de pago global basada en blockchain y criptomonedas.

Tecnología de ledger distribuido (DLT)

Cabe señalar que en los últimos años han crecido los términos del ledger distribuido o DLT
para ser comúnmente utilizado para describir blockchain en la industria financiera. A veces, blockchain y DLT se utilizan indistintamente. Aunque esto no es del todo exacto, así es como el término ha evolucionado recientemente, especialmente en el sector financiero. De hecho, DLT es ahora un muy activo y pujante área de investigación en el sector financiero. Desde el punto de vista del sector financiero, las DLT son cadenas de bloques autorizadas que utilizan los consorcios. Los DLT suelen servir como una base de datos, con todos los participantes conocidos y verificados. No tienen una criptomoneda y no
no requiere minería para asegurar el libro mayor.

blockchains publicas

Como sugiere su nombre, las cadenas de bloques públicas no son propiedad de nadie. Estan abiertos al publico y cualquiera puede participar como nodo en el proceso de toma de decisiones. Los usuarios pueden o no ser recompensados por su participación. Todos los usuarios de estas blockchains publicas mantienen una copia del libro mayor en sus nodos locales y usan un mecanismo de consenso distribuido para decidir el estado eventual del libro mayor. Bitcoin y Ethereum se consideran cadenas de bloques públicas.

blockchains privadas

Como su nombre lo indica, las cadenas de bloques privadas son solo eso: privadas. Es decir, están abiertas solo para un consorcio o grupo de personas u organizaciones que han decidido compartir el libro mayor entre ellos. Hay varias cadenas de bloques ahora disponibles en esta categoría, como Kadena y Quorum. Opcionalmente, ambas cadenas de bloques también pueden ejecutarse en modo público si es requerido, pero su propósito principal es proporcionar una cadena de bloques privada.

blockchains semiprivadas

Con las cadenas de bloques semiprivadas, parte de la cadena de bloques es privada y parte es pública. Tenga en cuenta que esto todavía es solo un concepto hoy, y aún no se han desarrollado pruebas de concepto del mundo real. Con una cadena de bloques semiprivada, la parte privada está controlada por un grupo de personas, mientras que
la parte pública está abierta a la participación de cualquier persona. Este modelo híbrido se puede utilizar en escenarios donde permanece la parte privada de la cadena de bloques interna y compartida entre participantes conocidos, mientras que la parte pública de la cadena de bloques puede aún puede ser utilizado por cualquier persona, lo que opcionalmente permite que la minería asegure la cadena de bloques. De esta manera, la
blockchain en su conjunto se puede proteger mediante PoW, lo que proporciona consistencia y validez tanto para la parte privada como para la pública. Este tipo de blockchain también se puede llamar «modelo semi-descentralizado», en el que está controlado por una sola entidad, pero aún permite múltiples usuarios unirse a la red siguiendo los procedimientos adecuados.

cadenas laterales (sidechains)

Más precisamente conocido como «cadenas laterales fijas», este es un concepto mediante el cual las monedas se pueden mover de una cadena de bloques a otra y luego de regreso. Los usos típicos incluyen la creación de nuevas altcoins (criptomonedas alternativas) mediante las cuales las monedas se queman como prueba de una apuesta adecuada.
«Quemar» o «quemar las monedas» en este contexto significa que las monedas se envían a una dirección que es inutilizable, y este proceso hace que las monedas «quemadas» sean irrecuperables. Este mecanismo se utiliza para iniciar una nueva moneda o introducir escasez, lo que da como resultado un aumento del valor de la moneda. Este mecanismo también se denomina «Prueba de grabación» y se utiliza como método alternativo para
consenso distribuido a PoW y Proof of Stake (PoS). El ejemplo proporcionado anteriormente para la quema de monedas se aplica a una cadena lateral unidireccional. El segundo tipo se llama cadena lateral fijada bidireccional, que permite el movimiento de monedas desde la cadena principal a la cadena lateral y de regreso a la cadena principal cuando sea necesario.

Este proceso permite la construcción de contratos inteligentes para la red Bitcoin. El patrón es uno de los ejemplos principales de una cadena lateral, que permite el desarrollo de contratos inteligentes para Bitcoin utilizando este paradigma. Funciona al permitir una vinculación bidireccional para la cadena de bloques de Bitcoin, y esto da como resultado un rendimiento mucho más rápido.

ledgers con permisos

Un ledger autorizado es una cadena de bloques donde los participantes de la red ya son conocidos y confiables. Los ledgers autorizados no necesitan utilizar un mecanismo de consenso distribuido; en lugar, se utiliza un protocolo de acuerdo para mantener una versión compartida de la verdad sobre el estado de los registros en la cadena de bloques. En este caso, para la verificación de transacciones en la cadena, todos los verificadores
ya están preseleccionados por una autoridad central y, por lo general, no hay necesidad de un mecanismo de consenso.
Por definición, tampoco existe ningún requisito para que una cadena de bloques autorizada sea privada, ya que puede ser una blockchain pública pero con control de acceso regulado. Por ejemplo, Bitcoin puede convertirse en un ledger autorizado si se introduce una capa de control de acceso encima que verifica la identidad de un usuario y luego permite el acceso a la cadena de bloques.

ledgers compartidos

Este es un término genérico que se utiliza para describir cualquier aplicación o base de datos compartida por el público o consorcio. Generalmente, todas las cadenas de bloques entran en la categoría de un ledger compartido.

blockchains propietarias y totalmente privadas

No existe una aplicación generalizada de este tipo de cadenas de bloques, ya que se desvían del núcleo del concepto de descentralización en tecnología blockchain. No obstante, en entornos privados específicos dentro de una organización, podría ser necesario compartir datos y proporcionar algún nivel de garantía de la autenticidad de los datos.
Un ejemplo de este tipo de blockchain podría ser permitir la colaboración y el intercambio de datos entre varios departamentos gubernamentales. En ese caso, ningún mecanismo de consenso complejo se requiere, además de un SMR simple y un protocolo de acuerdo con validadores centrales conocidos. Incluso en las cadenas de bloques privadas, los tokens no son realmente necesarios, pero pueden usarse como un medio de transferir valor o representar algunos activos del mundo real.

blockchains tokenizadas

Estas cadenas de bloques son cadenas de bloques estándar que generan criptomonedas como resultado de un proceso de consenso vía minería o distribución inicial. Bitcoin y Ethereum son excelentes ejemplos de este tipo de blockchain.

blockchains sin tokens

Estos blockchains están diseñados de tal manera que no tienen la unidad básica para el
transferencia de valor. Sin embargo, siguen siendo valiosas en situaciones en las que no es necesario transferir valor entre nodos y solo se requiere el intercambio de datos entre varias partes de confianza.
Esto es similar a las cadenas de bloques completamente privadas, la única diferencia es que el uso de tokens no es necesario. Esto también se puede considerar como un ledger distribuido compartido que se utiliza para almacenar y compartir datos entre los participantes. Tiene sus beneficios cuando se trata de inmutabilidad, manipulación
pruebas, seguridad y actualizaciones impulsadas por consenso, pero no se usa para una aplicacion de una cadena de bloques común de transferencia de valor o criptomoneda. La mayoría de las blockchains autorizadas pueden ser vistas como un ejemplo de blockchains sin token, por ejemplo, Hyperledger Fabric o Quorum. Los tokens se pueden construir en estas cadenas como una aplicación, pero intrínsecamente estas cadenas de bloques no
tienen un token asociado a ellos. Todas las terminologías mencionadas anteriormente se utilizan en la literatura asociada, pero fundamentalmente todas estas blockchains son lesgers distribuidos y se incluyen en la categoría de nivel superior de DLT. Podemos ver
estos diferentes tipos en el gráfico simple de la siguiente manera:

Con esto finaliza nuestro examen de los distintos tipos de blockchain. Ahora pasaremos a la siguiente sección para discutir el concepto de consenso.

consenso

El consenso es la columna vertebral de una cadena de bloques, ya que proporciona la descentralización del control a través de un proceso opcional conocido como minería. La elección del algoritmo de consenso a utilizar es gobernado por el tipo de blockchain en uso; es decir, no todos los mecanismos de consenso son adecuados para todo tipo de blockchains. Por ejemplo, en blockchains públicas sin permiso, tiene sentido usar PoW en lugar de mecanismos que son más adecuados para blockchains autorizados, como la Prueba de autoridad (PoA) o mecanismos de consenso tradicionales bizantinos tolerantes a fallas (BFTP). Por lo tanto, es esencial elegir un algoritmo de consenso apropiado para un
proyecto blockchain. El consenso es un proceso para lograr un acuerdo entre los nodos que desconfían del estado final de datos. Para lograr el consenso se utilizan diferentes algoritmos. Es fácil llegar a un acuerdo entre dos nodos (en sistemas cliente-servidor, por ejemplo), pero cuando hay varios nodos participantes en un sistema distribuido que necesitan ponerse de acuerdo en un valor único, se convierte en un desafío lograr el consenso. Este proceso de lograr un acuerdo sobre un estado o valor común entre múltiples nodos a pesar de la falla de algunos nodos se conoce como consenso distribuido.

mecanismo de consenso

Un mecanismo de consenso es un conjunto de pasos que toman la mayoría o todos los nodos de una cadena de bloques para acordar un estado o valor propuesto. Durante más de tres décadas, este concepto ha sido investigado por científicos informáticos en la industria y la academia. Con la llegada de blockchain y Bitcoin, los mecanismos de consenso han vuelto a ser el centro de atención y han ganado una considerable popularidad.
Hay varios requisitos para un mecanismo de consenso. A continuación se describen estos
requisitos:
• Acuerdo: Todos los nodos honestos deciden sobre el mismo valor.
• Integridad: este es un requisito de que ningún nodo puede tomar la decisión más de una vez en un ciclo de consenso único.
• Validez: El valor acordado por todos los nodos honestos debe ser el mismo que el inicial
valor propuesto por al menos un nodo honesto.
• Tolerante a fallas: el algoritmo de consenso debe poder ejecutarse correctamente en presencia de nodos defectuosos o maliciosos (nodos bizantinos).
• Terminación: Todos los nodos honestos terminan la ejecución del proceso de consenso y
eventualmente llegará a una decisión.

Habiendo visto estos requisitos generales, ahora veremos los diferentes tipos de mecanismos de consenso.
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tipos de mecanismos de consenso

Todos los mecanismos de consenso se desarrollan para hacer frente a las fallas en un sistema distribuido y para permitir que los sistemas distribuidos alcancen un estado de acuerdo final. Hay dos categorías generales de los mecanismos de consenso. Estas categorías tratan con todo tipo de fallas (tipos de parada por falla o arbitrario). Estos tipos comunes de mecanismos de consenso son los siguientes:
• Mecanismos de consenso basados ​​en pruebas: este arreglo requiere que los nodos compitan en una lotería de elección de líder, y el nodo que gana propone el valor final. El algoritmo trabaja sobre el principio de proporcionar prueba de algún trabajo y la posesión de algúna autoridad o fichas para ganar el derecho de proponer el siguiente bloque. Por ejemplo, el mecanismo PoW utilizado en Bitcoin entra en esta categoría, donde un minero que resuelve el rompecabezas computacional como prueba del esfuerzo computacional invertido gana el derecho a agregar el siguiente bloque de la cadena de bloques.
• Tradicional basado en tolerancia a fallas: sin operaciones de cálculo intensivo, como
inversión hash parcial (como en Bitcoin PoW), este tipo de mecanismo de consenso se basa en un esquema simple de nodos que publican y verifican mensajes firmados en varias fases. Eventualmente, cuando se recibe una cierta cantidad de mensajes durante un período de rondas (fases), luego se llega a un acuerdo. Para lograr la tolerancia a fallas, se utiliza la replicación. Este es un método estándar y ampliamente utilizado para lograr tolerancia a fallos. En general, hay dos tipos de fallas que puede experimentar un nodo:
• Fallos de parada por falla: este tipo de falla ocurre cuando un nodo simplemente se ha bloqueado. Las fallas de parada de emergencia son las más fáciles de tratar de los dos tipos de fallas. Paxos o el protocolo RAFT, introducidos anteriormente en este post, se utilizan normalmente para tratar este tipo de fallas. Estas fallas son más fáciles de tratar.
• Fallos bizantinos: el segundo tipo de fallo es aquel en el que el nodo defectuoso presenta un comportamiento malicioso o inconsistente de forma arbitraria. Este tipo es difícil de manejar ya que puede crear confusión debido a información engañosa. Esto puede ser el resultado de un ataque por adversarios, un error de software o corrupción de datos. Protocolos SMR como Practical Bizantine Fault Tolerance (PBFT) se desarrolló para abordar este segundo tipo de fallas. Se han propuesto muchas otras implementaciones de protocolos de consenso en sistemas distribuidos. Paxos es el más famoso de estos protocolos. Fue presentado por Leslie Lamport en 1989. Con Paxos, a los nodos se les asignan varios roles como Proponente, Aceptador y Aprendiz. Los nodos o procesos se denominan réplicas y el consenso se logra en presencia de nodos defectuosos por acuerdo entre la mayoría de los nodos. Una alternativa a Paxos es RAFT, que funciona asignando cualquiera de los tres estados; es decir, seguidor, Candidato o Líder de los nodos. Se elige un líder después de que un nodo candidato recibe suficientes votos, y todos los cambios deben pasar por el líder. El Líder compromete la propuesta una vez que se completa la replicación en la mayoría de los nodos seguidores. Abordaremos brevemente algunos aspectos del consenso en blockchain ahora, pero el el post 5 Algoritmos de Consenso estableceremos más detalles sobre la teoría de los mecanismos de consenso desde el punto de vista de un sistema distribuido y también desde la perspectiva de blockchain.

consenso en blockchain

El consenso es un concepto de computación distribuida que se ha utilizado en blockchain para proporcionar un medio para aceptar una única versión de la verdad por parte de todos los pares en la cadena de bloques. Este concepto se discutió previamente en la sección de sistemas distribuidos de este post. En esta sección, abordaremos el consenso en el contexto de la tecnología blockchain. Algunos conceptos que se presentan a continuación siguen siendo relevantes para la teoría de sistemas distribuidos, pero son
explicado desde una perspectiva blockchain. A grandes rasgos, a continuación se describen las dos categorías principales de mecanismos de consenso:

1. Basado en pruebas, basado en lotería de elección de líderes o el consenso de Nakamoto por el cual un líder se elige al azar (mediante un algoritmo) y propone un valor final. Esta categoría también se conoce como el tipo de consenso totalmente descentralizado o sin permiso. Este tipo se usa en la cadena de bloques de Bitcoin y Ethereum en forma de un mecanismo PoW.
2. La tolerancia a fallas bizantina (BFT) es un enfoque más tradicional basado en rondas
   de votos. Esta clase de consenso también se conoce como mecanismo de consenso de consorcio o de tipo autorizado.
   Los mecanismos de consenso basados ​​en BFT funcionan bien cuando hay un número limitado de nodos, pero no escalan bien. Por otro lado, el consenso basado en la lotería de elección de líder (PoW), los mecanismos escalan muy bien pero funcionan muy lentamente. Como hay importantes investigaciones en esta área, también están surgiendo nuevos tipos de mecanismos de consenso, como el tipo semi-descentralizado, que se utiliza en la red Ripple. También hay varias propuestas que intentan encontrar el equilibrio adecuado entre escalabilidad y actuación. Algunos proyectos notables incluyen PBFT, Hybrid BFT, BlockDAG, Tezos, Stellar y GHOST. Los algoritmos de consenso disponibles en la actualidad, o que se están investigando en el contexto de
   blockchain, se presentan de la siguiente manera. La siguiente no es una lista exhaustiva, pero incluye todos algoritmos notables:
   • Prueba de trabajo (PoW): este tipo de mecanismo de consenso se basa en la prueba de que se han gastado recursos computacionales antes de proponer un valor para ser aceptado por la red. Este esquema se utiliza en Bitcoin, Litecoin y otras cadenas de bloques de criptomonedas. Actualmente, es el único algoritmo que ha demostrado ser asombrosamente exitoso contra cualquier ataque de colusión en una red blockchain, como el ataque Sybil. El ataque de Sybil se discutirá en el post 6, Introducción a Bitcoin.
   • Prueba de participación (PoS): este algoritmo funciona con la idea de que un nodo o usuario tiene una participación adecuada en el sistema; es decir, el usuario ha invertido lo suficiente en el sistema para que cualquier intento malintencionado de ese usuario superaría los beneficios de realizar tal ataque a la red. Esta idea fue presentada por primera vez por Peercoin, y va a ser utilizado en la versión de blockchain de Ethereum llamada Serenity. Otro concepto importante en PoS es la edad de la moneda, que es un criterio derivado de la cantidad de tiempo y el número de monedas que no se han gastado. En este modelo, las posibilidades de proponer y firmar el siguiente bloque aumenta con la edad de la moneda.

• Prueba de participación delegada (DPoS): se trata de una innovación sobre la PoS estándar, por la que cada nodo que tiene una participación en el sistema puede delegar la validación de una transacción a otros nodos votando. Se utiliza en la cadena de bloques BitShares.
• Prueba de tiempo transcurrido (PoET): introducido por Intel en 2016, PoET utiliza un Entorno de ejecución (TEE) para proporcionar aleatoriedad y seguridad en el líder
proceso de elección a través de un tiempo de espera garantizado. Requiere un procesador Intel SGX (Software Guard Extensions) para brindar la garantía de seguridad para que sea seguro. Este concepto se discute con más detalle en el post 17, Hyperledger, en el contexto de la blockchain Intel Sawtooth lake .
• Prueba de depósito (PoD): En este caso, los nodos que desean participar en la red tienen que hacer un depósito de seguridad antes de que puedan extraer y proponer bloques. Este mecanismo es utilizado en la cadena de bloques Tendermint.
• Prueba de importancia (PoI): esta idea es significativa y diferente de PoS. PoI no solo
depende de la participación del usuario en el sistema, sino también supervisa el uso y
movimiento de tokens por parte del usuario con el fin de establecer un nivel de confianza e importancia. Eso se utiliza en la cadena de bloques de monedas NEM. Más información sobre esta moneda está disponible en el Sitio web de NEM (https://nem.io).
• Consenso federado o consenso bizantino federado: este mecanismo se utiliza en
el protocolo de consenso Stelar. Los nodos de este protocolo retienen un grupo de
pares y propagar solo aquellas transacciones que han sido validadas por la mayoría de
nodos de confianza.
• Mecanismos basados ​​en la reputación: como sugiere el nombre, un líder es elegido por la reputación que ha construido a lo largo del tiempo en la red. Se basa en los votos de otros miembros.
• Práctica tolerancia a fallas bizantinas (PBFT): este mecanismo logra SMR, que
proporciona tolerancia contra los nodos bizantinos. Varios protocolos, incluido PBFT,
PAXOS, RAFT y Federated Byzantine Agreement (FBA), también se están utilizando o se han propuesto para su uso en muchas implementaciones diferentes de sistemas distribuidos y cadenas de bloques.
• Prueba de actividad (PoA): este esquema es una combinación de PoS y PoW, que asegura que una parte interesada se selecciona de forma pseudoaleatoria pero uniforme. Esto es un mecanismo comparativamente más eficiente de energía en comparación con PoW. Utiliza un nuevo concepto llamado «Sigue al Satoshi». En este esquema, PoW y PoS se combinan juntos para lograr consenso y un buen nivel de seguridad. Este esquema es más eficiente energéticamente ya que PoW se usa solo en la primera etapa del mecanismo; después de la primera etapa, cambia a PoS, que consume poca energía. Analizaremos estas ideas con más detalle en el post 7 Red Bitcoin y Pagos, , donde los protocolos se revisan en el contexto de los protocolos de Bitcoin.
• Prueba de capacidad (PoC): este esquema utiliza el espacio del disco duro como un recurso para extraer los bloques. Esto es diferente de PoW, donde se utilizan los recursos de la CPU. En PoC, el espacio de disco duro se utiliza para la minería y, como tal, también se conoce como minería de disco duro. Este concepto se introdujo por primera vez en la criptomoneda BurstCoin.

• Prueba de almacenamiento: este esquema permite la subcontratación de la capacidad de almacenamiento. Este esquema se basa en el concepto de que un dato en particular probablemente sea almacenado por un nodo, que sirve como medio para participar en el mecanismo de consenso. Varias variaciones de este esquema se han propuesto, como la Prueba de replicación, la Prueba de Posesión de datos, la Prueba de espacio y la Prueba de espacio-tiempo.
• Prueba de autoridad (PoA): este esquema utiliza la identidad de los participantes llamados validadores como parte de la red. Los validadores son conocidos y tienen la autoridad de proponer nuevos bloques. Los validadores proponen los nuevos bloques y los validan según las reglas de blockchain. Los algoritmos de PoA más utilizados son Clique y Aura.

Algunos protocolos destacados en blockchain se discutirán en detalle en el post5, Consenso y Algoritmos. En este post, solo se presenta una ligera introducción . Recuerde, anteriormente en este post dijimos que los sistemas distribuidos son difíciles de construir y el sistema distribuido no puede tener consistencia, disponibilidad y tolerancia de partición al mismo tiempo. Este es un resultado probado; sin embargo, en blockchain, parece que este teorema es de alguna manera violado. En la siguiente sección, presentaremos formalmente el teorema CAP y discutiremos por qué blockchain parece lograr las tres propiedades simultáneamente.

teorema cap y blockchain

El teorema CAP, también conocido como teorema de Brewer, fue introducido por Eric Brewer en 1998 como una conjetura. En 2002, Seth Gilbert y Nancy Lynch lo probaron como teorema. El teorema establece que ningún sistema distribuido puede tener consistencia, disponibilidad y tolerancia de partición simultaneamente:
• La consistencia es una propiedad que garantiza que todos los nodos de un sistema distribuido tengan una copia única, actual e idéntica de los datos.

• Disponibilidad significa que los nodos del sistema están activos, accesibles para su uso, aceptan solicitudes entrantes y responden con datos sin fallas como y cuando sea necesario. En otras palabras, los datos están disponibles en cada nodo y los nodos
responden a las solicitudes.
• La tolerancia de partición asegura que si un grupo de nodos no puede comunicarse con otros nodos debido a fallas en la red, el sistema distribuido continúa funcionando correctamente. Esto puede ocurrir debido a fallas en la red y en los nodos.

Un diagrama de Venn se usa comúnmente para visualizar el teorema de CAP:

El diagrama anterior muestra que solo se pueden lograr dos propiedades a la vez. O AP,
CA o CP.
En resumen:

1. Si optamos por CP (consistencia y tolerancia de partición), sacrificamos la disponibilidad.
2. Si optamos por AP (disponibilidad y tolerancia de partición), sacrificamos la consistencia.
3. Si optamos por AC (disponibilidad y consistencia), sacrificamos la tolerancia de partición.

Por lo general, no se puede ignorar una partición de red; por lo tanto, la elección se convierte principalmente en consistencia o disponibilidad en el caso de una partición de red. Como se mostró anteriormente, un sistema distribuido no puede tener consistencia, disponibilidad y tolerancia a la partición simultáneamente. Esto se puede explicar con el siguiente ejemplo. Imaginemos que existe un sistema distribuido con dos nodos. Ahora, apliquemos las tres propiedades del teorema en el menor de los posibles sistemas distribuidos solo con dos nodos:
• La consistencia se logra si ambos nodos tienen el mismo estado compartido; es decir, tienen la misma copia actualizada de los datos.
• La disponibilidad se logra si ambos nodos están en funcionamiento y respondiendo con la última copia de datos.
• La tolerancia de partición se logra si, a pesar de la falla de comunicación o el retraso entre nodos, la red (sistema distribuido) sigue funcionando.

Ahora piense en un escenario en el que se produce una partición y los nodos ya no pueden comunicarse el uno con el otro. Si ahora llegan nuevos datos actualizados, solo se pueden actualizar en un nodo. En este caso, si el nodo acepta la actualización, entonces sólo se actualiza ese nodo en la red y por tanto, se pierde la consistencia. Ahora, si la actualización es rechazada por el nodo, eso resultaría en una pérdida de disponibilidad. En ese caso, debido a la tolerancia de partición, tanto la disponibilidad como la consistencia son inalcanzables.
Esto es extraño porque de alguna manera blockchain se las arregla para lograr todas estas propiedades, o ¿no lo hace? Parece que el teorema CAP es violado por blockchain, especialmente en su forma implementación más exitosa, Bitcoin. Sin embargo, éste no es el caso. En blockchains, sacrifica la consistencia a favor de la disponibilidad y la tolerancia a la partición. En este escenario, la consistencia (C) en la blockchain no se logra simultáneamente con la tolerancia de partición (P) y la disponibilidad (A), pero se logra con el tiempo. Esto se llama consistencia eventual, donde se logra la consistencia como resultado de la validación de varios nodos a lo largo del tiempo. Significa que puede haber un desacuerdo temporal entre los nodos sobre el estado final, pero finalmente se acuerda. Por ejemplo, en Bitcoin, se requieren múltiples confirmaciones de transacciones para lograr un buen nivel de confianza de que las transacciones puedan no ser revertidas en el futuro y eventualmente una visión consistente del historial de transacciones está disponible para todos los nodos. Varias confirmaciones de una transacción a lo largo del tiempo proporciona consistencia eventual en Bitcoin. Para ello, se introdujo el proceso de minería en Bitcoin. La minería es un proceso que facilita la consecución de consensos mediante el uso del algoritmo PoW. En un nivel superior, la minería se puede definir como un proceso que se utiliza para agregar más bloques a la cadena de bloques. Cubriremos más sobre esto más adelante en el post 6, Introducción a Bitcoin.

resumen

Este post presentó la tecnología blockchain a un nivel avanzado. Primero, discutimos el progreso de blockchain para convertirse en una tecnología madura, seguido de algunos conceptos básicos. sobre sistemas distribuidos, y luego se revisó la historia de blockchain.
También se habló del dinero electrónico. Se presentaron varias definiciones de blockchain desde diferentes puntos de vista. También se introdujeron algunas aplicaciones de la tecnología blockchain. A continuación, diferentes tipos de blockchain fueron explorados. Finalmente, también se examinaron los beneficios y limitaciones de esta nueva tecnología.
Algunos temas como la escalabilidad y adaptabilidad de blockchain se introdujeron intencionalmente sólo a la ligera, ya que se analizarán en profundidad en post posteriores. En el próximo post, presentaremos el concepto de descentralización, que es fundamental para la idea detrás de blockchains y su gran cantidad de aplicaciones.

• Curso de Blockchain (20). Generalidades de las Blockchains empresariales
• Curso de Blockchain (21). Corda y Quorum
• Curso de Blockchain (19). Mas alla de las criptomonedas
• Curso de Blockchain (18). Tokenización
• Curso de Blockchain (17). Hyperledger