LA NECESIDAD DE LA PRUEBA DE TRABAJO
Empecemos por decir que sin prueba de trabajo, Bitcoin no existiría y por lo tanto no contaríamos aún con una blockchain que realmente funcione. La prueba de trabajo es lo que ha hecho que Bitcoin sea la red pública más segura creada en la historia. Es a través de este mecanismo de consenso que nodos, que no confían entre si, pueden entrar y salir de la red sin restricciones, sin que esto implique poner en riesgo la integridad de la red.
Los nuevos bitcoins y las comisiones que se generan dentro de la red Bitcoin son una tentación muy grande para los hackers, pero el gran esfuerzo computacional que se requiere para obtenerlos fuera de las reglas de juego los ahuyenta.
Para que los hackers tomen control de la red Bitcoin tendrían que controlar la mayoría de la capacidad de procesamiento de la red, algo que se denomina «ataque del 51%». La capacidad de procesamiento se denomina hash rate total e indica cuántos hashes en promedio se generan en cada segundo en la red; mientras mayor sea este número más difícil será para un atacante tomar control de la red. La hash rate total actual de Bitcoin es 110 ExaH/s(1) o lo que es lo mismo, 110 millones de billones de hashes por segundo. Este tamaño de hash rate total es la principal protección de Bitcoin y está vinculado directamente a la dificultad de su prueba de trabajo.
LOS PROBLEMAS
Esta seguridad tiene un costo asociado, no solo económico, y es motivo de muchas críticas que llegan incluso a pedir que Bitcoin se apague. Estos son los problemas de la prueba de trabajo.
Elevado consumo de energía eléctrica
La dificultad cada vez mayor de la prueba de trabajo que es realizada por cada nodo minero implica una gran cantidad de consumo de electricidad. Se estima que el consumo eléctrico anual de la red de Bitcoin es de 143 TWh(2) a julio 2021. Para ponerlo en contexto, esto equivale al consumo de energía eléctrica de Chile más Perú.
El consumo ha venido creciendo en los últimos años dado el incremento del precio de bitcoin. Mayor precio -> mayor competencia -> mayor dificultad de prueba de trabajo -> mayor consumo de energía.
Y dado que el origen de la energía eléctrica consumida por los mineros es no renovable principalmente, la huella de carbono que deja es similar a la de un país como Israel.
Existen movimientos como el Crypto Climate Accord que buscan que los mineros migren hacia energía renovable: hidroeléctrica, eólicas, geotérmica y solar. Con esto se busca asegurar la sostenibilidad de las redes blockchain públicas a largo plazo.
Una carrera armamentista
Satoshi Nakamoto no esperaba que los mineros entrasen en un equivalente a una carrera armamentista en la competencia por el hash rate. El promedio total de monedas generadas en la red diariamente se mantiene. Máquinas más rápidas solo obtienen una mayor participación que las más lentas. Si cada uno compra máquinas más veloces, no obtendrían más monedas que antes.
Deberíamos hacer un pacto de caballeros para posponer la carrera armamentista de GPU tanto como se pueda por el bien de la red. Es mucho más fácil poner al día a los nuevos usuarios si no tienen que preocuparse por los controladores y la compatibilidad de la GPU. Es agradable ver cómo en este momento cualquier persona con solo una CPU puede competir de manera bastante equitativa.
Satoshi Nakamoto – 2009
La realidad ha sido que tal pacto de caballeros no se dio. La competencia para generar más hashes por segundo llevó a utilizar cada vez procesadores más potentes: se pasó de CPU (los procesadores de las computadoras caseras) a GPU (Graphics Processing Unit – unidades de procesamiento gráfico) y luego a ASIC (Application Specific Integrated Circuit – circuitos integrados para aplicaciones específicas) que son especiales para generar hashes y que no hacen prácticamente nada más.
Dada esta situación, quien está en mejor posición para ganar la prueba de trabajo es quien tiene los mayores recursos para comprar la mayor cantidad de equipos ASIC y renovarlos conforme se vuelven obsoletos, al aparecer una nueva generación de equipos más eficientes. No cualquiera tiene estos recursos y lo que ha venido ocurriendo es que los mineros más grandes han desplazado a los más pequeños generando una mayor concentración de poder de procesamiento, algo que va contra el principio de descentralización de la blockchain.
Esta concentración de poder medido en hash rate se observa en el dominio que los pools mineros tienen de la red de bitcoin con más del 50% de generación de nuevos bloques y obtención de nuevos bitcoins.
Vulnerabilidad al ataque de 51%
El talón de Aquiles de la prueba de trabajo es el ataque de 51%. Esto sucede cuando un atacante o un grupo de ellos toma el control de más del 50% del poder de procesamiento de la red. Cuando eso ocurre, puede imponer a la red por mayoría su propia cadena de bloques, reconstruyendo la historia de transacciones y por lo tanto liberando monedas que se pueden volver a gastar (problema del doble gasto).
Una red como Bitcoin, con un hash rate total de 110 ExaH/s, es muy poco vulnerable a este ataque porque el agresor requiere tomar el control de más de mitad de esa capacidad de procesamiento, lo cual es extremadamente costoso en equipos y energía. Sin embargo, una blockchain nueva o con pocos mineros y por lo tanto con un hash rate total bajo, es vulnerable, tal como lo muestra el reciente ataque a Bitcoin SV.
Pocas transacciones validadas por segundo
El tiempo promedio que demora en completarse una prueba de trabajo y por lo tanto crearse un nuevo bloque en Bitcoin es 10 minutos. Teniendo en cuenta que actualmente hay en promedio 2,000 transacciones en cada bloque, podríamos decir que se validan en Bitcoin poco más de 3 transacciones por segundo, aunque técnicamente tiene un límite de 7. Este número palidece contra las 1,700 que Visa procesa por segundo(3) o las 80,000 que procesan las bolsas de valores.
Este es el problema de escalabilidad, que se hace más notorio cuando se incrementa la demanda por bitcoins. Se podría resolver en parte incrementando el número de transacciones por bloque, pero esto generaría otro problema: el tamaño de la blockchain que almacena cada nodo minero sería también más grande y no todos los nodos estarían en la posibilidad de asignar Terabytes de almacenamiento para mantener la blockchain, creando así una nueva forma de excluir a participantes y generar nuevamente mayor concentración.
Este problema se hará más evidente cuando bitcoin empiece a comportarse como una moneda y no como hasta ahora como una inversión. En el primer caso el tiempo de procesamiento de una transacción se vuelve mucho más crítico. A nadie le gustaría esperar 10 minutos o más para que el vendedor verifique que ya se le pagó. En abril del 2017 se necesitó 16 horas en promedio para que una transacción sea confirmada e incluida en la blockchain debido a la saturación en las mempools (transacciones en espera de ser procesadas) y la capacidad limitada de cada bloque para incluir transacciones. Es en este momento que las comisiones se incrementan en exceso por la ansiedad de quienes quieren que sus transacciones se validen más rápidamente.
CONCLUSIÓN
La prueba de trabajo y sus consecuencias son el precio de una máquina de confianza. Sin embargo las consecuencias de la prueba de trabajo de Bitcoin no son sostenibles a largo plazo. Se debe optimizar el perfil de consumo de energía eléctrica migrándolo cada vez más hacia energías renovables y reduciéndolo en la medida de lo posible. La baja velocidad de procesamiento de transacciones es por otro lado un grave obstáculo para una mayor aceptación como moneda. Si no se corrigen las debilidades de Bitcoin no llegará a tener un uso generalizado como dinero y otras criptomonedas la reemplazarán en esa función. Bitcoin se mantendría como hasta ahora con una función de resguardo de valor principalmente.
¿Hay alguna forma mejor de conseguir consenso en una situación de participantes que desconfían entre si? Seguramente que sí, de hecho se han venido realizando optimizaciones como la Lightning Network que incrementa la velocidad de validación de transacciones o la SegWit que busca incrementar la cantidad de transacciones por bloque. Pero estos son sólo paliativos. Una mejor respuesta a la necesidad de optimizar la blockchain puede estar en otra forma de consenso denominada prueba de participación o proof of stake (PoS), que no requiere esfuerzo computacional sino un compromiso de poner a disposición de la red una cantidad de criptomonedas o tokens (stake). Se cambian recursos materiales (equipos y energía) por recursos financieros.
El camino de la PoS no es perfecto tampoco, es también susceptible a ataques de otro tipo y si bien algunas blockchain como Cardano y Avalanche ya la han incorporado, debe resistir aún la prueba del tiempo tal como la ha hecho la PoW. La PoS sin embargo marca un camino a seguir, en el que con certeza habrá muchos conflictos para llegar a un acuerdo, pero que será necesario superar para asegurar un futuro de confianza sin intermediarios.
0 Comments