Cynthia Petion & Eddie Petion Guía Blockchain 2024  #6
Árboles de Merkle
SPV en Bitcoin
Izquierda: Basta con presentar solo un pequeño número de nodos en un árbol de Merkle para demostrar la validez de una bifurcación.
Derecha: Cualquier intento de cambiar cualquier parte del árbol de Merkle llevará eventualmente a una inconsistencia en algún lugar previo de la cadena.
Una característica importante de escalabilidad de Bitcoin es que el bloque se almacena en una estructura de datos multinivel. El "hash" de un bloque es en realidad solo el hash del encabezado del bloque, aproximadamente 200 bytes de datos que contienen la marca de tiempo, el nonce, el hash del bloque anterior y el hash raíz de una estructura de datos llamada el árbol de Merkle que almacena todas las transacciones en el bloque. Un árbol de Merkle es un tipo de árbol binario, compuesto por un conjunto de nodos con un gran número de nodos hoja en la parte inferior del árbol que contienen los datos subyacentes, un conjunto de nodos intermedios donde cada nodo es el hash de sus dos hijos, y finalmente un único nodo raíz, también formado por el hash de sus dos hijos, representando la parte "superior" del árbol. El propósito del árbol de Merkle es permitir que los datos en un bloque se entreguen fragmentados: un nodo solo puede descargar el encabezado de un bloque de una fuente, la pequeña parte del árbol relevante para ellos de otra fuente, y aún así tener la certeza de que todos los datos son correctos. La razón por la que esto funciona es que los hashes se propagan hacia arriba: si un usuario malicioso intenta insertar una transacción falsa en la parte inferior de un árbol Merkle, este cambio causará un cambio en el nodo anterior, y luego un cambio en el nodo anterior, finalmente cambiando la raíz del árbol y por lo tanto el hash del bloque, causando que el protocolo lo registre como un bloque completamente diferente (casi con total seguridad con una prueba de trabajo no válida).
Se podría decir que el protocolo del árbol de Merkle es esencial para la sostenibilidad a largo plazo. Un "nodo completo" en la red Bitcoin, uno que almacene y procesa la totalidad de todos los bloques, ocupa unos 15 GB de espacio en disco en la red Bitcoin a fecha de abril de 2014, y está creciendo más de un gigabyte al mes. Actualmente, esto es viable para algunos ordenadores de escritorio y no para teléfonos, y más adelante en el futuro sólo las empresas y entusiastas podrán participar. Un protocolo conocido como "verificación de pago simplificada" (SPV) permite que existan otra clase de nodos, llamados "nodos ligeros", que descargan los encabezados del bloque, verifican la prueba de trabajo en los encabezados de bloque, y luego descargan solo las "bifurcaciones" asociadas con las transacciones que son relevantes para ellos. Esto permite que los nodos ligeros determinen con una sólida garantía de seguridad cuál es el estado de cualquier transacción de Bitcoin, y cuál es su saldo actual con tan solo descargar una pequeña porción de toda la blockchain.
Aplicaciones alternativas de la blockchain
La idea de tomar el concepto subyacente de blockchain y aplicarla a otros conceptos también tiene un largo historial. En 2005, Nick Szabo publicó el concepto de "títulos de propiedad seguros con autoridad del propietario(opens in a new tab)
", un documento que describe cómo los «nuevos avances en la tecnología de bases de datos replicadas» permitirían un sistema basado en cadena de bloques para almacenar un registro de quién posee qué tierra, creando un marco elaborado que incluye conceptos de la vivienda, la posesión adversa y el impuesto sobre la tierra de Georgia. Lamentablemente, no había ningún sistema efectivo de bases de datos replicadas disponible en ese momento, por lo que el protocolo nunca se implementó en la práctica. Sin embargo, después de 2009, una vez que se desarrolló el consenso descentralizado de Bitcoin, un número de aplicaciones alternativas comenzaron a surgir rápidamente.
    Namecoin: creada en 2010, Namecoin(opens in a new tab)
se describe como una base de datos de registro de nombres descentralizada. En protocolos descentralizados como Tor, Bitcoin y BitMessage, existe la necesidad de identificar las cuentas de alguna manera para que otra gente pueda interactuar con ellas, pero en todas las soluciones existentes la única clase de identificador disponible es un hash pseudoaleatorio como 1LW79wp5ZBqaHW1jL5TCiBCrhQYtHagUWy. Idóneamente, a uno le gustaría poder tener una cuenta con un nombre como «George». Sin embargo, el problema es que si una persona puede crear una cuenta llamada «George», otras personas podrían usar el mismo proceso para registrar «George» para sí mismas y suplantarlos. La única solución es un paradigma de «primero que realiza la inscripción», donde la primer persona en registrar triunfa y la segunda falla: un problema perfectamente adaptado para el protocolo de consenso de Bitcoin. Namecoin es la implementación más antigua y exitosa de un sistema de registro de nombres utilizando tal idea.
Monedas de color: el propósito de lasmonedas de color(opens in a new tab) es servir como un protocolo que le permita a la gente crear su propia moneda digital o, en el importante caso trivial de una moneda con una unidad, tókenes digitales, en la cadena de bloques de Bitcoin. En el protocolo de monedas de color, alguien «emite» una nueva moneda al asignar públicamente un color a una UTXO específica de Bitcoin, y el protocolo define recursivamente el color de otra UTXO para que sea el mismo que gastaron las entradas de la transacción creándolas (se aplican algunas reglas especiales en caso de entradas de color mixto). Esto permite a los usuarios tener sus carteras con solo UTXO de un color específico y enviarlas como bitcoins normales, siendo rastreados por la cadena de bloques para determinar el color de cualquier UTXO que reciban.
    Metacoin: la idea detrás de una metacoin es tener un protocolo que está montado sobre Bitcoin, usando transacciones de Bitcoin para almacenar las transacciones de metacoin, pero con una función de transición de estado diferente, APPLY'. Dado que el protocolo de metacoin no puede evitar que aparezcan transacciones de metacoin inválidas en la cadena de bloques de Bitcoin, se añade una regla por la que si APPLY'(S,TX) da error, el protocolo por defecto es APPLY'(S,TX) = S. Esto proporciona un mecanismo fácil para crear un protocolo arbitrario de criptomonedas, con potenciales funcionalidades avanzadas que no se pueden implementar sobre el propio Bitcoin, pero con un coste de desarrollo muy bajo, ya que las complejidades de minado y de trabajo en red ya las gestiona el protocolo de Bitcoin. Metacoins se han utilizado para implementar algunas clases de contratos financieros, registros de nombre e intercambios descentralizados.
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