9.1.3.7. Cadenas de bloques

Una de las aplicaciones de la criptografía que más impulso ha tomado en los últimos años es la tecnología de blockchain (o de cadena de bloques, si usamos su traducción literal). Conceptualmente fue desarrollada en los años 80 y 90, pero su florecimiento definitivo se produjo a partir de 2009 a raíz de la creación del Bitcoin. El 1 de noviembre de 2008, una persona (o un grupo de personas), bajo el seudónimo de Natoshi Nakamoto, anunció en un grupo de noticias sobre cifrado (gmane.comp.encryption.general) la redacción de un artículo en que propugnaba la creación de una divisa de dinero electrónico: el Bitcoin. Para ello había registrado previamente el dominio bitcoin.org, creó el software para implementarlo y el 3 de enero de 2009 lanzó la red basada en el protocolo propuesto. Desde entonces, Bitcoin y muchas otras criptomonedas nacidas después han experimentado un desarrollo espectacular, y ya han excedido el ámbito puramente informático. Aunque su efecto económico (y especulativo) es enormemente interesante, el epígrafe se centra en los aspectos técnicos de la tecnología.

9.1.3.7.1. Propósito

Cuando dos o más personas formalizan un acuerdo, requieren de la existencia de un tercero intermediario que lo avale. Por ejemplo:

  • En una compra con tarjeta, hay un empresa (Visa, Mastercard) que avala ante el vendedor ese medio de pago.

  • En una compraventa de vivienda un notario avala la firma del contrato de compraventa.

  • etc.

La blockchain es una tecnología que permite la realización de transacciones (acuerdos) entre particulares, evitando la necesidad de un intermediario confiable que tutele dichos acuerdos. Lo que se pretende con una blockchain, por tanto, es evitar que exista una autoridad central capaz de decidir qué es válido y qué no. Como no se quiere depender de ninguna figura central, la tecnología requiere una red descentralizada y, por tanto, es una tecnología P2P. Los acuerdos no tienen por qué limitarse a transacciones monetarias (trataremos más adelante el concepto de contrato inteligente).

Nota

Téngase presente que la descentralización es consustancial a la blockchain, porque es la razón de su existencia. La tecnología se idea para lograrla y cualquier blockchain que no la asegure, es una tecnología fallida, puesto que existen otras tecnologías directamente centralizadas muchísimo más eficientes.

El párrafo que acabamos de redactar, más que una definición, es la declaración de su finalidad; y exige el registro de todas esas transacciones:

../../../_images/red-desc.png

El esquema nos ayudará a entender el funcionamiento:

  • Por un lado, hay una serie de clientes o usuarios interesados en realizar transacciones entre ellos de manera segura y confiable: son el señor A, el señor B y el señor C.

  • Por otro, se encuentran aquellos nodos que gestionan el libro de contabilidad distribuido en el que se registran las transacciones. Téngase presente que, como se quiere evitar la dependencia de cualquier agente particular, entonces la base de datos debe ser distribuida y el acceso a formar parte de ella, libre. Los nodos que gestionan la red distribuida se denominan mineros, ya veremos por qué razón y contienen una copia completa de todas las transacciones.

  • Por último, existe otro agente: el código que implementa el protocolo y que define las reglas de intercambio, por lo cual, en un esquema tradicional cumpliría la función del regulador. Como el código es escrito por los desarrolladores puede parecer que la red funciona a su capricho, pero no es tal: los desarrollos suelen ser de software libre y que sus cambios realmente se implemeten depende de que los adopten los mineros. En consecuencia, el que las reglas cambien acaba siendo una decisión consensuada.

    Nota

    Si ante un cambio no existe un consenso absoluto, entonces se produce lo que se llama un hard fork y una parte de la red de mineros implementará un protocolo y, otra parte, el otro. Para las implicaciones de esto, échele un vistazo al vídeo sobre hard fork de Crypto Español. Conviene antes, no obstante, leer el siguiente epígrafe donde se expone formalmente lo que es una cadena de bloques.

Por tanto, se siguen las reglas definidas en el software de gestión y los interesados en hacer transacciones acceden a la red de mineros pare que estas se registren. Los mineros, por su parte, se comunican entre sí para que sea posible por parte de todos conocer todas las transacciones producidas. Este, pues, es el esquema de funcionamiento, pero hacer que esta idea general funcione, no es en absoluto trivial. Aún debe exponerse cómo lograr que este sistema:

  1. Distinga cada cliente de los restantes.

  2. Dado que en un libro de contabilidad los registros tiene un orden, se consiga secuencialidad.

  3. Evite la manipulación interesada de transacciones (censura, doble gasto, rectificación de transacciones, etc.)

  4. Evite registros simultáneos que provoquen inconsistencia, o sea, colisiones. Por ejemplo, imaginemos que, teniendo el señor A 5₿, uno de los nodos registra que cede al señor B 4₿ y otro nodo diferente, que aún no está enterado de ello, registra que cede al señor C, 3₿.

  5. Incentive el trabajo de los mineros.

Todo ello se resuelve mediante la cadena de bloques, que es lo que describiremos a continuación.

9.1.3.7.2. Descripción

Ver también

Es recomendabilísimo el vídeo Cómo funciona blockchain del canal Crypto Español. Gran parte de las explicaciones contenidas bajo este epígrafe se han tomado de él.

Para implementar esta base de datos distribuida, las transacciones aún pendientes de registrar se agrupan en bloques y la base de datos distribuida toma la forma de una cadena de bloques, o sea, una secuencia ordenada de bloques en el que uno va detrás del anterior. Un bloque, de forma muy, muy resumida, tiene el siguiente aspecto:

../../../_images/bloque.png

esto es:

  1. Una cabecera con metadatos, entre los cuales hemos querido mencionar dos: el hash del bloque que le precede en la cadena, y el nonce, que definiremos más adelante.

  2. La lista de transacciones contenidas en el bloque. Pero ¿por qué se agrupan múltiples transacciones en un bloque? La razón se halla en el problema de sincronización del tiempo. En un libro de contabilidad, el orden en que se llevan a cabo las transacciones es fundamental. El problema es que al ser un sistema distribuido, necesitaríamos que todos los nodos tuvieran sincronizados sus relojes y esto es un problema. Una solución que evita sincronizar es dividr el tiempo en intervalos (p.e. 10 minutos) y agrupar todas las transacciones que se han producido dentro de ese intervalo. De este modo, ya no es necesario que todos los nodos tengan exactamente la misma hora; y no sabremos en qué orden se hicieron las transacciones incluidas en un mismo bloque, pero sí podremos estar seguros de que se hicieron después de las transacciones del bloque anterior y antes de las del posterior.

    Por supuesto, obrar así implica definir ciertas restricciones sobre las transacciones de un mismo bloque como, por ejemplo, que no se incluyan dos o más transacciones que implican la transferencia de las mismas monedas.

    Nota

    Puede ocurrir que no todas las transacciones pendientes se incluyan en el bloque. En ese caso, las transacciones pendientes quedan en cola para incluirse en un bloque posterior.

La cadena de bloques, supuesto que ya tenga cuatro, se verá así:

../../../_images/cadena.png

Por simplicidad, se ha supuesto que cada bloque sólo contiene una transacción y que sólo existen los tres clientes (señores A, B y C) que introdujimos bajo el epígrafe anterior. Como es necesario que alguno de los tres posea algo inicialmente, en el primer bloque cargamos con 5 monedas al señor A. Obsérvese, además, que la cadena de bloques es un mero libro de contabilidad donde se van registrando transacciones y, en consecuencia, cada cliente posee las monedas que la lectura de todas las transacciones arroja. En el ejemplo, A tiene \(5-3+1=3\) bitcoins; B, \(3-2=1\) bitcoins; y C, \(2-1=1\) bitcoin.

Nota

En estas transacciones se pueden expresar hasta ocho decimales para los bitcoins. A cada cien millonésima parte de un bitcoin (\(1*10^{-8}\)) se la denomina satoshi. Por ejemplo, 0,00000321 bitcoins son 321 satoshis.

Aunque podríamos pasar de puntillas sobre las transacciones, si nuestra intención sólo es dar una idea aproximada, profundizaremos un poco. Al realizar transacciones, se generan las denominadas UTXO (o transacción de salida no gastada). Una UTXO es una cantidad indivisible de criptomoneda que resulta de su envío a una dirección de cliente a fin de que éste pueda gastarla en el futuro. Por ejemplo, el Bloque 1 crea una UTXO de 5₿ para el señor A. ¿Qué significa que es indivisible? Significa que en el Bloque 2, en que se transfieren 3₿ del total de cinco, no se toma como entrada una parte de esta UTXO (3) y el resto queda sin gastar (2). Es necesario gastarla por completo y, como consecuencia, la transacción que hemos reflejado en el Bloque 2 no es tan simple, sino que en realidad supone:

  • El gasto total de la UTXO de 5₿ que se creó en el Bloque 1.

  • La creación de una UTXO de 3₿ para el señor B.

  • La creación de una UTXO de 2₿ para el propio señor A.

Hay analogías, pero también diferencias, con el intercambio de dinero. Si quieres pagar 3€ a alguien y lo haces con un billete de 5€, entregas tal billete y recibes una moneda de 2€[1]. En el intercambio físico, sin embargo, el receptor se queda con el billete original. Esto no ocurre en esta tecnología: nadie se queda con la UTXO original, sino que esta se gasta para generar dos nuevas UTXO, una de 3€ a favor del señor B y otra de 2€ euros a favor del señor A. Obsérvese otra diferencia radical. En el dinero físico, el dinero físico existe en sí (tengo en el bolsillo un billete de 5 euros). En cambio, no se poseen bitcoins (o la moneda digital que sea), lo que se tienen escritas a nuestro nombre[2] en el libro de contabilidad son UTXO y sólo nosotros podremos hacer uso de ellas.

Por supuesto, se puede crear una UTXO a partir de varias UTXO distintas, incluso de distinto propietario. Por ejemplo, si en el próximo Bloque 5 el señor A quiere transferir sus tres bitcoins al señor B entonces generará una UTXO de salida a partir de dos UTXO de entrada: la que se generó en el Bloque 2 como resultado del cambio y la que se generó en el Bloque 4. Es muy interesante la lectura del artículo Transacciones en Bitcoin.

Con este punto de partida, analicemos más detalladamente qué ocurre y cómo la cadena de bloques soluciona los problemas expuestos al final del apartado anterior.

Distinción de clientes

Dado que todo este esquema nos sirve para realizar transacciones entre clientes, es fundamental que cada cliente esté individualizado y que, por ejemplo, el hecho de que la transacción del segundo bloque que transfiere dos monedas del señor A al señor B, suponga que fue A el que la hizo y que sólo B sea a partir de ese momento capaz de transferir esas dos unidades.

Esto se logra generando cada cliente un par de claves ECDSA[3], por lo que cada cual tendrá una clave privada y una clave pública. Por lo general, no interesa en absoluto saber quién es realmente el cliente (¿quién es en realidad el señor A?[4]), muy al contrario, se toma como uno de los objetivos preservar el anonimato. Por ese motivo, no hay certificados, sino simplemente parejas de claves que son suficientes para individualizar a cada uno de los clientes.

De este modo, una UTXO se caracteriza por incluir un pequeño problema criptográfico que debe ser resuelto al gastarla y requiere la clave privada del destinatario. Esta es la manera de asegurarse de que una UTXO sólo será gastada por aquel al que fue dirigida. Así, por ejemplo, la transacción del Bloque 1 originó una UTXO con un problema que sólo puede resolverse con la clave privada de A. La trasacción del Bloque 2 supone el gasto por parte del señor A de dicha UTXO (gracias a que dispone de su clave privada) y la creación de otra UTXO cuyo gasto exige la clave privada del señor B.

Por otro lado, la clave pública sirve para identificar al cliente. Y, así, cuando se transfiere criptomoneda al señor B, se transfiere a su dirección pública, que deriva de aplicar algoritmos de hash a su clave pública.

En realidad, en el mundo de las criptomonedas se maneja el concepto de wallet (o monedero o billetera). Cada cliente está representado por su wallet, de manera que cuando se hacen transacciones a alguien se hacen transferencias a la dirección de su wallet. Sin embargo, a diferencia de lo que podría parecer por su nombre y la analogía con el mundo físico, los wallets no contienen monedas, sino la clave privada asociada al cliente, a partir de la cual se obtiene la clave pública correspondiente. Usando está clave pública y aplicando algoritmos de resumen (véase claves de bitcoin) se calcula la dirección del wallet. que es el dato que debemos proporcionar a aquel que queremos que nos transfiera criptomoneda. El wallet es personal e intransferible y, mientras no nos lo roben, podemos estar seguros de que dispondremos de las monedas que la cadena de bloques determina que son nuestras. Más adelante, profundizaremos en el conocimiento de estas billeteras.

Secuencialidad

El orden de los bloques esta definido por el hecho de que cada bloque incluye un hash (SHA-256) del bloque anterior. Nótese, además, que manipular un bloque (pongamos que se intenta alterar a posteriori la transacción incluida en el bloque 2) supone que habrá que cambiar todos los bloques subsiguientes, porque dejarán de ser válidos los hashes contenidos en ellos.

Manipulación

Las transacciones incluidas dentro de los bloques que componen la cadena deben ser legítimas e inmutables:

  • Nadie debería tener la potestad de decidir caprichosamente qué transacciones son aceptables y cuáles no. Obsérvese que no usamos el adjetivo válido sino aceptable. Las transacciones deben ser válidas, porque de lo contrario serían fraudulentas. Pero aceptable es otra cosa que refiere al concepto de «censura». Nos referimos a que se decida que no se van a aceptar transacciones que incluyan la dirección del señor A. ¿Por qué? Porque se ha decidido que no.

  • Tampoco debería tener nadie la potestad de evitar (o retrasar) el registro de alguna transacción válida con el propósito de que se pueda hacer doble gasto. Por ejemplo, que se pudiera evitar el registro de la transacción del Bloque 2, de modo que no se registre que el señor A ha gastado los 3₿. El gasto de esa cantidad responde a algo que el señor B ha dado o hecho al señor A, pero, si no se registra, no recibirá su pago. Durante ese tiempo en que no se registra, el señor A seguirá teniendo la posibilidad de gastar los 3₿ y, si lo hace y esta segunda transacción sí se registra, entonces ya será imposible que se registre la primera transacción y el señor B nunca recibirá el pago.

  • Tampoco es admisible que se quiera revertir la cadena desechando bloques que ya fueron aceptados. O dicho de otro modo, que la cadena ya constituida no sea inmutable. Imaginemos, por ejemplo, que alguien malintencionado pretende robar las tres monedas que obtiene el señor B gracias a la transacción del bloque 2 rescribiendo esa transacción para que las monedas se destinen al wallet de C. Tendría que hacer ese cambio y luego, rescribir los bloques siguientes para alterar los hashes: si lograra hacer prevalecer esta cadena alternativa en los nodos, se habría consumado el fraude.

En definitiva, los mineros tienen que consensuar una cadena de bloques, pero no hay ninguna entidad que supervise y valide su comportamiento, porque esto supondría depender de algo o alguien y eso es precisamente lo que se pretende evitar con esta tecnología. Bitcoin proporcionó la primera solución práctica al problema[5] de alcanzar un objetivo común cuando no se puede estar seguro de la fiabilidad de todos los agentes implicados. Y la solución es, criptográfica. En realidad, en estas cadenas de bloques no se admite que el hash de cada bloque sea un número cualquiera de 256 bits (recordemos que se usa SHA-256), sino que debe cumplir un requisito (por ejemplo, que las 30 primeras cifras sean 0). Pero un resumen criptográfico está determinado por el contenido que se resume, así que ¿cómo se le pueden poner exigencias al hash? Saldrá el que tenga que salir. Aquí es donde entra en juego el nonce. El nonce es un número de 4 bytes cuya función es exclusivamente alterar el valor del resumen. En consecuencia, para que un bloque sea válido, un minero tiene que ir alterando el valor del nonce hasta dar con uno para el que el hash resultante cumpla las condiciones impuestas. Obtenido, remitirá el bloque al resto de mineros para que lo confirmen, y, si es así, lo añadan al final de la cadena. No hay fórmula para obtener un nonce apropiado: simplemente hay que ir probando una y otra vez hasta dar con uno. Cuando más estrictas son estas condiciones, mayor dificultad para obtenerlo. Este proceso de obtención del bloque (del nonce, en realidad) es lo que se conoce como prueba de trabajo y es la razón por la que a los nodos de esta red se les conoce como «mineros»: deben encontrar por trabajo bruto un bloque adecuado antes de poder añadirlo a la cadena, del mismo modo que un minero tiene que cavar en una mina para obtener el mineral. En el caso particular del bitcoin, la dificultad es dinámica y se recalcula cada 2016 bloques (unas dos semanas) para que aproximadamente se mine un bloque cada 10 minutos.

Por tanto, la posibilidad de que un minero sea capaz de minar el siguiente bloque depende de su capacidad de cálculo. Si su capacidad es superior al 50%, entonces tiene más probabilidades que todos los demás mineros juntos de minar el siguiente bloque, y, en consecuencia, de decidir qué transacciones incluir en él. A esto se le conoce como ataque del 51%.

Nota

¿Qué puede ocurrir si alguien tiene mucha capacidad de cálculo? Supóngase que ese alguien realiza una transacción gastando criptomoneda en ella y es capaz de minar un bloque donde no ha incluido tal transacción. La transacción sigue pendiente, pero en el ínterin el destinatario ha podido ya realizar la contraprestación por ella. El siguiente bloque también lo mina él, pero en vez de incluir la transacción pendiente incluye otra transacción en la que vuelve a gastar la misma UTXO para transferir a una dirección que posee él mismo. Si esto ocurre, la primera transacción sigue pendiente y además recibió su contraprestación, pero ya ningún nodo la aceptará como válida, porque una transacción incluida en el último bloque ha gastado ya ese dinero. Esto es lo que se conoce como doble gasto.

Nota

El algoritmo de consenso, esto es, el mecanismo que permite decidir la validez de los bloques es la base del funcionamiento de la cadena de bloques, ya que la utilidad que aporta una blockchain sobre una solución centralizada es que nadie puede controlarla. Perdida la descentralización, la blockchain es absurda, porque una solución centralizada siempre es más eficiente desde un punto de vista técnico. Bitcoin usa como algoritmo de consenso, la prueba de trabajo (PoW por sus sigas en inglés), la cual se suele criticar por el enorme consumo energético que supone. Por este motivo, se han ideado otros algoritmos de consenso. El más usado es la prueba de participación (PoS por sus siglas en inglés). La prueba de participación escoge qué minero[6] añadirá el nuevo bloque a la cadena, basándose en su riqueza, no en su potencia de cálculo. Todo aquellos que pretenden forjar el siguiente bloque deben reservar (congelar) una cantidad de criptomoneda, que recibe el nombre de participación, de modo que su probabilidad de ser escogido es proporcional a tal dedicación monetaria. Además, a aquel que intente añadir un bloque inválido o a aquel que vote como válido un bloque que no lo sea, se le retirará como penalización su participación de criptomoneda. Como esta estrategia no se basa en la potencia de cálculo, no consume grandes cantidades de energía. Sus detractores alegan, sin embargo, que tiende a concentrar (centralizar) la cadena, ya que aquellos más ricos tenderán a hacerse más ricos aún y, además, es prácticamente imposible arrebatarles su posición predominante. Ethereum a mediados de septiembre de 2022 cambió su estrategia de PoW a PoS[7].

Ver también

En 101blochains.com hay algunos buenos artículos sobre algoritmos de consenso: el completo Consensus Algorithms: The Root Of Blockchain Technology, que puede complementarse con el breve Beginner’s Guide: What Is Consensus Algorithm?; o otro que compara PoW con PoS: PoW Vs. PoS: A Comparison Between Two Blockchain Consensus Algorithms.

Colisiones

Por colisión entendemos que dos o más nodos obtengan de manera más o menos contemporánea el siguiente bloque de la cadena. En nuestro ejemplo, implica añadir el bloque 5. Gracias a la prueba de trabajo, esta coincidencia se producirá solamente si dos nodos han logrado minar con poca diferencia de tiempo entre sí el bloque. Si se produce esta última circunstancia, entonces ambos nodos difundirán su bloque en la red y nos encontraremos con nodos que tienen como bloque 5 el de uno y nodos que tienen como bloque 5 el otro. La cadena, no obstante, debe ser única, así que la bifurcación se resolverá en el siguiente bloque. Alguno de los nodos logrará resolver antes el bloque 6 y habrá partido para crearlo de uno de los dos bloques 5 alternativo. Cuando esto ocurra, los nodos tomarán como solución para la cadena de bloques estos bloques 5 y 6 y desecharán el otro bloque 5. Este candidato a bloque 5 que finalmente no forma parte de la cadena se denomina bloque huérfano. Es relativamente frecuente la aparición de un bloque huérfano, lo que no es tan habitual es que haya dos bloques huérfanos consecutivos (en nuestro ejemplo, que también se hubieran generados dos bloques 6 alternativos cada uno procedente de uno de los bloques 5 y la unicidad de la cadena se hubiera resuelto en el bloque 7), pero puede suceder.

Ver también

Puede conocer más sobre bloques huérfanos en este artículo de bit2me.com sobre ellos.

Incentivos

La labor de los mineros implica grandes costes en equipos y electricidad, por lo que sin la existencia de incentivos, nadie minaría. Para asegurar su existencia, pueden obtener como compensación criptomoneda por dos conceptos:

  • Por bloque minado. Las nuevas monedas se crean al minar bloques y dar esa recompensa al minero que ha logrado añadirlo. En el caso del bitcoin como su creador decidió que su cantidad total estuviera limitada a 21 millones, la recompensa decrece con el tiempo. Empezó siendo de 50₿ y cada 210.000 bloques (unos 4 años aproximadamente) se divide a la mitad. A este hecho de dividir a la mitad la recompensa se lo conoce como halving.

  • Comisión a las transacciones. En el caso particular de bitcoin, esta será la forma de financiar la red cuando se llegue a la cantidad máxima.

9.1.3.7.3. Smart contracts

Hasta ahora nos hemos limitado a presentar el contenido de los bloques como un conjunto de apuntes en los que se registra la transferencia de una criptomoneda (A ⟶ B la cantidad de 5₿). O sea, la criptomoneda que sustenta la blockchain (p.e. Bitcoin) se comporta como moneda de valor tal y como lo hace el dinero fiat (euro, dólar, etc.). Sin embargo, el texto que una blockchain certifica como válido e inalterable puede ser cualquiera, así que ¿por qué limitarse a ello?

Un contrato inteligente (smart contract) es un acuerdo entre partes (o sea, un contrato) que en vez de estar redactado en una lengua natural adquiere la forma de un código informático a fin de que sus cláusulas puedan ejecutarse automáticamente cuando se cumplen las condiciones estipuladas en él. Esto supone que la cadena de bloques (o sea, la red de mineros) no sólo registra los términos del contrato, sino que se encarga de ejecutar el código.

Por ejemplo, imaginemos que una nueva empresa tecnológica (lo que últimamente viene a llamarse startup) requiere de financiación para empezar sus proyectos. Para ello puede recurrir a las fuentes de financiación habituales (préstamos bancarios, campaña de crowdfunding, etc.), pero también puede articular la financiación a través de un contrato inteligente que comprenda:

  • La generación de unas participaciones.

  • La compra de estas participaciones por parte de los inversores interesados.

  • Tal compra financia la actividad comercial de la empresa.

  • Si la actividad comercial prospera los inversores pueden recibir retribuciones extra (algo así como unos dividendos en el mundo de la bolsa tradicional).

Dicho de este modo tan vago, la descripción no se diferencia en nada de un método tradicional de financiación, así que afinaremos lo que hace la empresa:

  • Escribe el código de un contrato inteligente que supone la creación de un token. Un token es la representación de un determinado valor dentro del ámbito definido para ese contrado por una entidad particular. Conceptualmente, son exactamente lo mismo que las fichas dentro de un casino: no tienen valor alguno fuera de él, pero dentro representan un valor que podremos canjear en cualquier momento. Así pues, la idea es generar una cantidad determinada de tokens (por ejemplo, un millón) y que esta represente el total de la empresa, de este modo la participación de cada inversor viene determinada por el número de tokens que adquiera.

  • Lanza los tokens con la esperanza de que los inversores los adquieran y de esta forma consiga la financiación necesaria. Como el contrato es inteligente, si en un plazo prestablecido no se llega al mínimo necesario, el código puede restituir lo invertido en token a los inversores; y, si se alcanza, puede entregar el dinero recaudado con esos token a la empresa. Todo de forma automática. Por supuesto, los token pueden transferirse entre usuarios con lo que puede crearse un mercado de intercambio de token análogo al que se crea de intercambio de criptomonedas, los cuales valdrán más o menos dependiendo de la marcha de la empresa (o de las expectativas que logre crear).

  • Puede gratificar a los poseedores de los token, si así lo estipula el contrato con más token o dinero.

La pregunta que puede asaltarnos ahora es: en estas cadenas pensadas para la suscripción y ejecución de contratos inteligentes, ¿qué papel pintan las criptomonedas? La respuesta es que todo blockchain tiene asociada su propia criptomoneda (ETH en el caso de Ethereum), porque es la criptomoneda la que hace atractiva la blockchain a los mineros. La criptomoneda sigue sirviendo para gratificar la generación de nuevos bloques, sigue sirviendo para permitir el registro de transacciones y, en el caso de blockchains destinadas a contratos inteligentes, sirven también para pagar la ejecución del código. En consecuencia, tiene utilidad y, por tanto, resultan valiosas (y, sí, se intercambian por moneda fiat igual que el bitcoin).

Advertencia

Tanto para los token como para las criptomonedas hay mercado de compraventa, por lo que se pueden adquirir o vender cambiándolos por moneda fiat y, en consecuencia, podremos consultar cuál es su cotización. Por esta razón es muy común ver aplicado el término de criptomoneda indistintamente a ambos. Pero no son lo mismo, antes bien son muy diferentes: sobre una criptomoneda no hay control centralizado, puesto que nadie controla su blockchain[8]. Un token, en cambio, no tiene una blockchain propia y, además, es emitido por una entidad particular, por lo que su valor estará supeditado al comportamiento del agente.

Si echamos un vistazo a coinmarketcap.com para consultar las cotizaciones de las principales "criptomonedas" a comienzos de agosto de 2022, veremos que token y criptomonedas se hallan confundidos en una misma lista:

No

Nombre

Naturaleza

1

Bitcoin

criptomoneda

2

Ethereum

criptomoneda

3

Theter

token (omnilayer, ethereum et alia)

4

USD Coin

token (ethereum et alia)

5

BNB

criptomoneda

Un ejemplo de token con una finalidad totalmente distinta a la anterior es BAT, creado para que el navegador Brave gratifique la publicidad que reciben sus usuarios. La idea tras el token es que el usuario, una vez que ha instalado el navegador, habilite el sistema de recompensas del navegador que a cambio de mostrarle publicidad a través del sistema de notificación de su sistema operativo gratifica cada anuncio con una determinada cantidad del token BAT. El token se acomula y puede cederse a los sitios web preferidos del usuario o, simplemente, canjearse por otra criptomoneda en algunos exchanges, dependiendo de cuál sea su cotización.

Nota

Hay dos términos más con los que se suelen referir criptomonedas y tokens:

altcoin

Cualquier criptomoneda o token que no sea Bitcoin, por ser ella la primera que se creó.

shitcoin

Cualquier criptomoneda o token creada con el mero fin de especular o estafar a sus compradores. Obviamente, para llegar a esta conclusión es necesaria una valoración de la confianza que despiertan sus creadores, su utilidad y cuáles novedades aporta, por lo que la aplicación del término es muy subjetiva.

stablecoin

Son tokens cuyo propósito es mantener su valor ligado al valor de un activo externo como el oro o una moneda fiat (típicamente el dólar). Tether o USD Coin son dos ejemplos de ello: se crearon para que su valor siempre sea de un dólar estadounidense.

Tipos de token

Hay, fundamentalmente, dos tipos:

Utility token (token de utilidad)

que son aquellos que se adquieren a la entidad particular a cambio de la promesa de recibir en el futuro un servicio o una ventaja. En ningún caso suponen propiedad. Por ejemplo, una startup que tenga intención de crear una plataforma de video por streaming puede ofertar token que den derecho a descuentos en la cuota mensual; u otra de almacenamiento en la nube un token que de derecho a MB de almacenaje. El citado BAT es un token de utilidad.

Este tipo de token no están sujetos al marco regulatorio legal. Sus ofertas iniciales reciben el nombre de ICO (oferta inicial de criptomonedas).

Security token (token de seguridad)

que son aquellos que representan la propiedad de un activo por lo que, consecuentemente, se consideran instrumentos de inversión y su emisión está sujeta al marco regulatorio[9]. Sus ofertas iniciales reciben el nombre de STO (oferta de token de seguridad).

Dependiendo de cuál sea el activo que respalden, toman distinto nombre:

  • Equity token (token de acciones), que representa la participación en la propiedad de una empresa y pueden asimilarse, por tanto, al concepto tradicional de acción. Puede suponer como ésta el derecho a dividendo o a voto.

  • Debt token (token de deuda) que representan un préstamo y que, en consecuencia, suponen la restitución futura del dinero más un interés.

  • Asset-backend token (token de activos), que representan la adquisición de parte un activo físico y están respaldados por éste. El activo puede ser de muy diversa naturaleza: propiedades inmobiliarias, materias primas, etc.

9.1.3.7.4. Casas de cambio (exchanges)

En principio, para realizar una transacción de la criptomoneda sólo es necesario conectarse con un cliente a la red que sustenta la blockchain y conocer la dirección del destinatario. Esto puede ser suficiente si se usa la criptomoneda para el pago de un servicio o un producto (lo cual no es aún muy frecuente). Pero ¿cómo hacemos cuando nuestra intención es intercambiar criptomoneda por moneda fiat o por otra criptomoneda?

Un exchange es una plataforma a la que acuden usuarios para cambiar una criptomoneda por dinero fiat u otra criptomoneda. Por tanto, son el equivalente digital a la tradicionales casas de cambio. Son los valores de intercambio en estas plataformas, basados en la oferta y la demanda. los que definen el valor de la criptomoneda. Por supuesto, el valor no es el mismo en todas las plataformas, pero no puede ser muy dispar, porque tiende a equilibrarse ya que valores bajos atraen a compradores (lo cual aumenta la demanda) y valores altos atraen a vendedores (lo cual aumenta la oferta). Por ejemplo, estos son los valores actuales para Bitcoin en distintos exchanges.

Desde el punto de vista de su funcionamiento, hay dos tipos de exchanges:

Centralizado (CEX)

Es aquel en que una entidad actúa como intermediario confiable por lo que debe transferírsele de antemano a la entidad el dinero fiat o la criptomoneda que se desea vender. Esto último significa que deberemos transferir nuestra criptomoneda a una billetera creada y gestionada por el propio exchange para nosotros. Lo habitual es que se desconozca la clave privada de la billetera y que sea el propio exchange el que la utilice cuando sea preciso en una transacción. Esto supone, de facto, que perdemos el control sobre ella y que nuestras criptomonedas estén expuestas a ataques al exchange o la quiebra de la entidad. En este tipo de casas de cambio pueden intercambiarse criptomonedas por dinero fiat o criptomonedas entre sí.

Las operaciones de intercambio se lleva a cabo cuando comprador y vendedor se ponen de acuerdo en un precio de venta tal y como ocurre cuando se compran y venden acciones en el mercado tradicional. Por lo tanto, habrá clientes que ofrezcan la compra o venta de una criptomoneda a un determinado precio (makers) y clientes que directamente compran o venden al precio ofrecido por algún maker (takers). Los primeros crean oferta y los segunda eliminan oferta y suelen pagar unas comisiones al exchange más elevadas.

Dado que estas entidades son empresas sujetas a la regulación de los estados, exigirán conocer la identidad real y el domicilio de la persona que opera con ellos (el llamado KYC, «conozca a su cliente»).

coinmarketcap.com nos ofrece una lista de exchanges centralizados.

Descentralizado (DEX)

Es aquel en que no hay entidad intermediaria, sino que la transacción se lleva a cabo a través de un contrato inteligente. Lo habitual es que estén limitadas al intercambio de criptomonedas propias de la blockchain en la que se formaliza el contrato inteligente.

Advertencia

¿Distintas criptomonedas todas propias de una misma blockchain? ¿Es eso posible? Evidentemente no, según lo explicado ahora. En realidad, los intercambios se realizan entre la criptomoneda y los tokens asociados a la misma blockchain.

Un DEX muy utilizado es uniswap.org, que permite intercambios de criptomoneda y tokens en la blockchain de Ethereum. El sitio web y una billetera de aplicación (véase wallets) adecuada, bastan para efectuar el intercambio.

Nota

En principio, implementar un DEX que sea capaz de intercambiar criptomonedas de distinta blockchain puede llevarse a cabo a través de los atomic swaps.

coinmarketcap.com nos ofrece una lista de exchanges decentralizados.

9.1.3.7.5. Billeteras

Ya se ha expuesto que el dinero en posesión de cada cliente está determinado por el saldo que resulta de leer las transacciones registradas en la blockchain (recordemos que el señor A posee 3 bitcoins, porque \(5-3+1=3\)). No hay, pues, ningún lugar físico o digital en el que tenga almacenadas sus criptomenedas. Entonces, ¿qué es una billetera o un monedero o un wallet? Desde luego no es lo equivalente a su homónimo físico (el monedero que llevamos en el bolsillo), porque no almacena dinero.

Un wallet (o billetera digital) es el mecanismo que permite al cliente de una blockchain almacenar y gestionar las claves criptográficas que lo individualizan. Obsérvese que preferimos usar el término individualizar en vez de identificar, porque las claves criptográficas no certifican nuestra identidad física real en absoluto (eso lo haría un certificado digital), pero sí nos diferencian de los demás, porque cada cual tiene un par distinto de claves.

El wallet del señor A almacena sus claves, así que, si cualquier otro cliente realiza una UTXO a su dirección, sólo el señor A, que es el único que tiene acceso a su wallet, podrá consumir esa UTXO y, en consecuencia, posee esas criptomonedas. Todo es anónimo y, en principio, seguro… siempre que un tercero malintencionado no tenga acceso al wallet y se haga con las claves, en cuyo caso podría gastar todas las UTXO dirigidas a ese wallet enviándolas a un wallet distinto del que él sea propietario.

Hay varios tipos de billeteras que podemos clasificar en dos grupos:

Billeteras calientes (hot wallets)

Son aquellas que almacenan las claves en lugares con conexión continua a internet.

  1. Billeteras online (o billeteras web):

    Billeteras proporcionadas por plataformas online (exchanges) en las que generalmente es el propio servicio el que gestiona las claves y el usuario sólo dispone de credenciales de identificación a la propia plataforma. Su uso es muy sencillo, pero se pierde por completo el control sobre la criptomoneda propia que es, precisamente, uno de los pilares en los que se fundamente el dinero digital: cualquier ataque a la entidad gestora o su quiebra, provocará la pérdida irremediable de los fondos.

  2. Billeteras de aplicación:

    Billeteras almacenadas localmente y gestionadas desde una aplicación cliente de escritorio o móvil (Electrum, Trust wallet). Estas aplicaciones permiten interactuar directamente con la blockchain sin necesidad de descargarla totalmente. Lo habitual (y deseable) es que permitan exportar e importar las claves.

    En este caso, las claves no salen del dispositivo en que se instala la aplicación y suelen encontrarse cifradas con alguna contraseña que impida su uso por terceros con acceso.

Billeteras frías (cold wallets)

Son aquellas que almacenan las claves en un dispositivo ajeno a internet.

  1. Billeteras hardware

    Son dispositivos físicos especialmente diseñados para almacenar las claves y que éstas nunca salgan de él. Para operar con las claves que contiene, se conectan por USB, pero sin posibilidad de extraer las claves. También disponen de mecanismos para evitar su manipulación física por lo que son altamente seguros. Las más utilizadas son Trezor y Ledger.

  2. Billeteras en papel

    Son literalmente un papel donde se encuentran escritas las claves. Como escribirlas y leerlas manualmente se presta a errores de transcripción, suele recurrirse a un generador de claves que genere el papel con los códigos transcritos y una versión en formato QR, que facilite su posterior lectura. Por otro lado, cuando se quiera hacer uso de los fondos, no sólo habrá que leer la clave, sino introducirla en una billetera de aplicación con lo que se perderá la ventaja de seguridad de haber usado una billetera fría y sería recomendable utilizar una nueva billetera de papel para los fondos sobrantes.

    Para generar la billetera en papel con formato QR podemos recurrir a aplicaciones online con bitaddress.org, que genera las claves en el lado del cliente mediante Javascript.

    Ver también

    Para una discusión sobre estas billeteras es interesante el artículo Paper Wallets — A Relic of the Past (aunque, claro, está escrito en un blog de un fabricante de billeteras hardware).

Es importante tener presente que aquello que individualiza no es el wallet en sí, sino la clave privada[10] que éste almacena. En consecuencia, si exportamos las claves de una billetera de aplicación y creamos una billetera en papel, ambas billeteras, en realidad, son la misma billetera y, de hecho, nos podría servir como copia de seguridad por si olvidamos las claves de la aplicación que descifran la clave o perdemos el sistema en el que corría dicha aplicación. Hay, además de la copia, otra estrategia para recuperar una billetera tras su pérdida: generar la clave privada a partir de una semilla que podamos recordar, en vez de hacerlo de forma aleatoria. De este modo, ante la pérdida bastará con facilitar (recordar) la semilla, para regenerar la clave. Antes de entenderlo por completo, sin embargo, nos conviene profundizar en las claves.

9.1.3.7.6. Apéndice práctico

9.1.3.7.6.1. Obtención de claves

El propósito de este apartado es echarle un vistazo a cómo son las claves criptográficas y, a efectos puramente ilustrativos ver cómo se generan partiendo de una herramienta que ya conocermos: openssl. Las claves de otras criptomonedas pueden diferir en los detalles, pero conceptualmente son iguales.

Nota

El apartado tiene un interés práctico muy reducido, por cuanto las aplicaciones cliente para Bitcoin como Electrum permiten generar claves (incluso claves a partir de una semilla). Sin embargo, es probable que obtenerlas a mano, nos ayude a conocerlas mejor.

Nota

También podemos generar muchos de los formatos aquí expuestos, usando la web bitaddress.org. Haremos referencia a ella a lo largo del texto.

Antes de empezar, haremos dos definiciones que usaremos mucho:

alias bin2hex="xxd -p -c 65"
alias hex2bin="xxd -p -r"
alias sha256="openssl dgst -sha256 | awk -v ORS= '{print \$2}'"
alias rmd160="openssl dgst -rmd160 -provider legacy | awk -v ORS= '{print \$2}'"

La primera definición permite trascribir bytes en su codificación hexadecimal (según la tabla ASCII extendida) y la segunda justamente realiza el proceso contrario. Las otras dos definiciones permiten calcular resúmenes criptográficos: la primera un SHA256 y la segunda un RIPEMD-160.

Una clave privada de bitcoin es una clave de 256 bits generada con la curva eclíptica «secp256k1», así que para generar a mano una basta con:

$ openssl ecparam -genkey -name secp256k1 -noout > key.pem
$ cat key.pem
-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
MHQCAQEEIOHXAYuXWlfjGiHVcyb17cjGgRDwPo1MX2CdmVIj1YiVoAcGBSuBBAAK
oUQDQgAE4AIVQf2ZIYd1RLFPrD2yM1+z1SYV44WsiSVzVCvwu6A2x3E1oOvHNsEG
jaMp4R/94/6lpo6tP14MOCMLOmazdQ==
-----END EC PRIVATE KEY-----

Este archivo key.pem contiene la clave de 265 bits, pero también información adicional para poder interpretarla como cuál es la curva elíptica con la que se generó. Sin embargo, si todas las claves para Bitcoin se generan del mismo modo, ¿por qué no prescindir de la información adicional y expresar estrictamente los 256 bytes de la clave? Así pues, expresamos la clave en su formato binario ASN.1 y recortamos los bytes que anteceden y suceden a la clave:

$ openssl ec -in key.pem -outform DER | tail -c+8 | head -c32 | bin2hex
51920d4b6f072f3396e308687e05b98150e7beae84585cb61f125aeadff2b570

Esos 64 dígitos hexadecimales representan exactamente los 32 bytes (256 bits) que componen la clave privada y esta es una de las representaciones (la hexadecimal) en la que podemos ver escrita la clave privada, aunque no es la más frecuente. Y es aquí donde debemos hacer un inciso antes de continuar la exposición. Justamente 256 bits son la longitud de un resumen critográfico hecho con SHA-256, así que una alternativa a generar aleatoriamente la clave con openssl es escoger una relación de palabras lo suficientemente larga (semilla), generar su resumen SHA-256 y tomar la secuencia de 32 bytes resultantes como la clave:

$ key=$(printf "Pablito clavó un clavito" | sha256)
$ echo "$key"
146bf21792fbf84d6bd9f703459b3f505bb38cf071ba1ce3ceacff91286e5eb9

Nota

Alternativamente, en la sección «Brain Wallet» de bitaddress.org, podemos generar la clave a partir de la semilla. Nos mostrará el formato WIF, pero trasladándolo a la sección «Wallet Details» podremos obtener otros. Esta sección es algo árida, pero sirve para ilustrar cómo las claves criptográficas hasta ahora vistas (y que hemos ido generando con openssl) son las que sustentan también la blockchain, aunque la forma de mostrarlos difiera del formato PEM.

Nota

En realidad, esta sencilla estrategia para obtener una clave a partir de una semilla, no es la que se usa. El método estándar (que soportan muchas billeteras hardware) es más complejo (el BIP-39) y se basa en escoger como semilla un número de palabras contenidas en un diccionario. La explicación de este método puede hallarse en el artículo Understanding BIP39 and Your Mnemonic Phrase.

Ahora bien, tenemos estrictamente los 32 bytes y para obtener la clave pública más adelante, necesitaremos obtener el archivo completo con la clave. Esto no es difícil, porque al generarse siempre con el mismo algoritmo las claves para Bitcoin, los bytes que codifican la metainformación son siempre los mismos. Por ello, la clave puede obtenerse así:

$ printf "%s%s%s" "302e0201010420" "$key" "a00706052b8104000a" | hex2bin | openssl ec -inform DER | tee key.pem
read EC key
writing EC key
-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
MHQCAQEEIBRr8heS+/hNa9n3A0WbP1Bbs4zwcboc486s/5Eobl65oAcGBSuBBAAK
oUQDQgAEBhH21ypZ1+kxclZ+VCKNCa+jrwyj5oXg1poHlbNhSld/lIhzM5sPGAD5
NrCYJjNXvwGcFzrkwsl/nQ2cqVOGrw==
-----END EC PRIVATE KEY-----

Con lo que tendremos en key.pem la clave privada originada por la semilla «Pablito clavó un clavito»[11]. Si la perdiéramos, nos sería muy fácil regenerarla con sólo recordarla y seguir los pasos. Tomemos esta clave, en vez de la anterior y prosigamos porque aún no hemos acabado, ya que las claves criptográficos suelen facilitarse del siguiente modo:

  • La clave privada en formato WIF, esto es, en una codificación Base58, que es semejante a Base64, pero elimina caracteres no alfanuméricos (p.e. el signo «+») y caracteres que pueden confundirse entre sí (p.e. el cero y la o mayúscula, o la «i» y la «l» minúsculas).

  • Más que la clave pública (que aún no hemos calculado siquiera), lo que se facilita es una dirección pública basada en ésta.

Advertencia

Necesitará codificar en Base58. Debian tiene un paquete para ello (base58).

El formato WIF para la clave privada se forma añadiendo a la clave privada parte de un hash calculado a partir de ella, lo cual añade redundacia a la expresión y permite detectar errores de transcripción. Se añade también un prefijo que permite distinguir las claves de un cliente de las claves de un nodo:

$ prefijo="80"  # Para la mainnet, "EF" para la testnet
$ hash="$(printf "$prefijo$key" | hex2bin | sha256 | hex2bin | sha256)"
$ echo $hash
4e364fcbb321fdec011ba6332a6080fa9d4d86d50ec35749fe49ece30801d5ad

El hash se calcula haciendo el resumen del resumen siempre usando en ambos casos SHA-256. Sin embargo, de este hash sólo se añaden los cuatro primeros bytes, así que la clave privada en formato WIF se acaba calculando así:

$ sufijo=$(printf "$hash" | head -c8)
$ printf "%s%s%s" "$prefijo" "$key" "$sufijo" | hex2bin | base58
5HyHE2kn2wx26ShQQGKyaNWzoUXJEvFSUKqWHXF7TgQJKeMwqY

Esa, pues, sería la clave privada expresada en formato WIF. También existe el formato WIFC que se calcula exactamente igual. pero añadiendo el caracter «01» justamente después de la clave hexadecimal[12]:

$ hash="$(printf "$prefijo${key}01" | hex2bin | sha256 | hex2bin | sha256)"
$ sufijo=$(printf "$hash" | head -c8)
$ printf "%s%s01%s" "$prefijo" "$key" "$sufijo" | hex2bin | base58
KwuQcWkDmbXqq2RLHgekiHyQ88Uj6S2jRc96FvVHWkuqT9Ef7j72

Pasemos ahora a calcular la clave pública en formato hexadecimal, de la que hay también versión comprimida:

$ pubkey=$(openssl ec -in key.pem -pubout -outform DER | tail -c65 | bin2hex)
$ echo $pubkey
040611f6d72a59d7e93172567e54228d09afa3af0ca3e685e0d69a0795b3614a577f948873339b0f1800f936b098263357bf019c173ae4c2c97f9d0d9ca95386af
$ pubkeyc=$(openssl ec -in key.pem -pubout -outform DER -conv_form compressed | tail -c33 | bin2hex)
$ echo $pubkeyc
030611f6d72a59d7e93172567e54228d09afa3af0ca3e685e0d69a0795b3614a57

Pero lo realmente interesante es obtener la dirección de bitcoin (la normal y la comprimida). La primera es:

$ prefijo="00"  # Para la mainnet, "6F" para la testnet.
$ hash="$prefijo$(printf "%s" "$pubkey" | hex2bin | sha256 | hex2bin | rmd160)"
$ sufijo="$(printf "$hash" | hex2bin | sha256 | hex2bin | sha256 | head -c8)"
$ printf "%s%s" "$hash" "$sufijo" | hex2bin | base58
1BoMhf1btEwwsHcvzxQiiRJowxwLxyz6kp

Y para la segunda hay que hacer exactamente lo mismo con la versión comprimida:

$ hash="$prefijo$(printf "%s" "$pubkeyc" | hex2bin | sha256 | hex2bin | rmd160)"
$ sufijo="$(printf "$hash" | hex2bin | sha256 | hex2bin | sha256 | head -c8)"
$ printf "%s%s" "$hash" "$sufijo" | hex2bin | base58
1PSAfVwy7qDX7htzNKTYJ9cjn1oZr8jzoT

9.1.3.7.6.2. Operando con la blockchain de Bitcoin

Notas al pie