Bitcoin es la implementación mas reconocida de blockchain y el whitepaper escrito por el autor anónimo Satoshi Nakamoto fue uno de los primeros en listar y describir todos los elementos que componen una implementación de blockchain, la principal intención de este articulo era proponer una moneda electrónica que eliminara la necesidad de tener un tercero de confianza como intermediario de todas las transacciones como único método para evitar el problema de doble gasto.
Transacciones
Los bloques de bitcoin son una estructura de datos diseñada para almacenar las transacciones de dinero entre usuarios de la red para ello cada que un usuario desea transferir una moneda a otro crea una "Transacción" que lleva una firma electrónica compuesta del hash de la transacción anterior de la moneda unido a la llave publica del usuario que recibirá la transferencia; con esta firma el nuevo dueño de la moneda puede verificar que le han hecho a él la transferencia sin embargo no puede comprobar que el dueño anterior no haya realizado la misma transferencia a otro, esto es lo que se conoce como doble-gasto(double-spending problem). Adicionalmente las transacciones se componen de múltiples entradas y múltiples salidas para permitir combinar y separar grupos de monedas y que no sea necesario manejarlas individualmente.
Proof of Work
La prueba de trabajo consiste en buscar un valor tal que al unirlo con un grupo el siguiente grupo de transacciones, o bloque, y aplicar una función de hash, como SHA-256, da como resultado un numero especifico de ceros al inicio del hash. El trabajo de computación necesario para hallar este valor sirve para garantizar que un atacante no pueda crear un bloque con transacciones corruptas sin tener por lo menos el 51% de la capacidad de computación de toda la red y a su vez sirve como argumento para que en el algoritmo de consenso los nodos siempre elijan la cadena de bloques mas larga en caso de recibir diferentes cadenas desde diferentes nodos.
Adicionalmente para controlar el aumento en la capacidad de los componentes de computación la red se encuentra constantemente incrementando el numero de ceros requeridos para aumentar la dificultad y de esta forma exigir aun mas capacidad de computación.
Este costo computacional de crear cada bloque nuevo también esta ligado a la creación de nuevas monedas añadidas a la red, dando incentivos a aquellos que logran resolver el desafió a través de la inmersión de nuevas monedas y del cobro de una cuota por "honorarios" al valor de la transacción. Se espera que llegue un punto donde los honorarios sean suficientes para cubrir los gastos de prestar este poder de computación a la red.
Network
Cada que se realiza una nueva transacción esta es transmitida y añadida a la cadena de bloque siguiendo 6 pasos:
- La transacción es emitida a todos los nodos
- Cada nodo agrupa las nuevas transacciones en un bloque
- Cada nodo trata de encontrar el valor que satisfaga la prueba de trabajo
- Cuando un nodo supera la prueba de trabajo emite el nuevo bloque a toda la red
- Los nodos aceptan los bloques siempre y cuando todas las transacciones sean validas y los bloques cumplan la prueba de trabajo
- Los nodos añaden el bloque que aceptaron y pasan a trabajar en el siguiente
Merkle Tree
Con el paso del tiempo la cantidad de transacciones dentro de la red podrían llegar a ocupar demasiado espacio en disco si se mantiene todo el historial desde el inicio de la red, por esta razón se utiliza un Merkle Tree como estructura de datos para ordenar los hashes de las diferentes transacciones dentro de un bloque, de este modo cuando hay suficientes transacciones sobre una moneda las mas viejas pueden ser eliminadas del árbol sin afectar la cadena de bloques manteniendo únicamente la raíz del bloque.
Privacy
Dentro de la red todas las transacciones son publicas sin embargo lo único que puede observarse en ellas es la cantidad de valor que se esta transfiriendo y la llave publica de aquel que recibe este valor sin embargo la identidad de las personas detrás de estas transacciones permanece oculta.
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