Cómo funciona una blockchain, del hash a la confirmación

Una blockchain es una lista que solo crece por el final y cuyas anotaciones ya no pueden cambiarse sin que se note. Para ello le bastan tres piezas: una función de cálculo que reduce los datos a una longitud fija, una regla que encarece las nuevas anotaciones y muchos ordenadores que comprueban lo mismo de forma independiente entre sí.

Qué es un hash y por qué no se puede invertir

Un hash es una huella digital de los datos. Bitcoin utiliza el procedimiento SHA-256: tanto si introduces una letra como un archivo de 10 gigabytes, el resultado es siempre un valor de 256 bits, escrito como 64 caracteres en hexadecimal. Dos propiedades lo hacen útil. Primera: mover una sola coma cambia por completo el valor resultante. Segunda: no hay camino de vuelta; el texto no se puede reconstruir a partir de la huella, solo se puede adivinar y comparar.

El tamaño del espacio numérico hace inútil adivinar. 256 bits significan 2 elevado a 256 valores posibles, un número de 78 cifras. Precisamente esa imposibilidad es la base del paso siguiente. Cómo se comporta un hash cuando cambias una sola letra puedes probarlo en la demo de hash.

Cómo los bloques forman una cadena

Un bloque se compone de una cabecera y de las transacciones. La cabecera es pequeña: el whitepaper de 2008 calcula con unos 80 bytes por cabecera de bloque y llega así a 80 bytes por 6 por 24 por 365, es decir, 4,2 MB al año para todas las cabeceras juntas. Entre otras cosas, la cabecera contiene la marca de tiempo, un valor raíz de todas las transacciones incluidas y, lo decisivo, el hash del bloque anterior.

Esa referencia hacia atrás es la cadena. Quien modifica a posteriori el bloque 500.000 cambia su hash; la referencia hacia atrás del bloque 500.001 deja de encajar y todos los bloques siguientes pasan a ser inválidos. Un falsificador tendría que rehacer todo el trabajo de cálculo desde el punto modificado y, además, ser más rápido que el resto de la red.

Lo que cabe en un bloque está limitado. Al principio regía un límite de 1.000.000 bytes por bloque. La propuesta BIP 141 lo sustituyó en 2017 por un límite de peso de 4.000.000 unidades de peso, calculado como el tamaño base por 3 más el tamaño total. Cuántas transacciones caben depende de su tamaño y de su estructura. La cifra tan citada de 7 transacciones por segundo procede de un artículo de la Bitcoin Wiki que deriva el rendimiento expresamente del antiguo límite de 1.000.000 bytes por bloque y no tiene en cuenta el paso a las unidades de peso. Se sigue citando como orden de magnitud aproximado, pero no sirve como medición actual.

Todo esto lo distribuyen los nodos. Un nodo completo descarga cada bloque, comprueba por sí mismo cada firma y cada regla, y solo transmite lo que supera la comprobación. No pide permiso a nadie ni confía en ningún otro ordenador. El whitepaper describe el proceso en 6 pasos: las transacciones se difunden, cada nodo las reúne en un bloque, busca la solución de cálculo, difunde el hallazgo, los demás lo comprueban y su conformidad consiste en seguir trabajando sobre ese bloque. Quien quiera imponer una regla distinta tiene que convencer a los operadores de esos nodos.

Por qué la dificultad se reajusta cada 2016 bloques

Para que un bloque sea válido, su hash tiene que quedar por debajo de un valor objetivo. Para conseguirlo, los mineros cambian un número contador en la cabecera y prueban una y otra vez hasta que encaja. Lo difícil que resulta lo regula la propia red: cada 2016 bloques se recalcula el valor objetivo. Con intervalos de 10 minutos, 2016 bloques serían exactamente dos semanas; si la última ronda fue más rápida, la dificultad sube, y si fue más lenta, baja.

La dificultad 1 corresponde al valor objetivo más alto posible y está fijada en el código como 0x1d00ffff; la dificultad actual es ese valor inicial dividido por el valor objetivo vigente. Cuánta potencia de cálculo hay detrás lo muestra una cifra de la encuesta de la Universidad de Cambridge: a finales de 2024, la potencia de red derivada era de 796 EH/s, es decir, 796 trillones de intentos de hash por segundo. La relación entre recompensa y potencia de cálculo la explicamos en el artículo sobre el halving.

Cuántas confirmaciones bastan

Una transacción se considera confirmada en cuanto está en un bloque. Cada bloque adicional por encima es una confirmación más. La extendida regla práctica de las 6 confirmaciones no es una constante de la naturaleza: la Bitcoin Wiki explica que se basa en el supuesto de que un atacante no aporta mucho más del 10 % de la potencia de cálculo y de que un riesgo residual inferior al 0,1 % es aceptable.

El whitepaper analiza este caso en su sección 11, con dos supuestos claros: el atacante solo empieza a trabajar en secreto en su propia cadena una vez enviada la transacción, y los bloques honestos tardan de media el tiempo esperado. Para un atacante con el 10 % de la potencia de cálculo, su probabilidad de éxito cae entonces del 20,46 % tras 1 bloque al 1,32 % tras 3 bloques y al 0,0243 % tras 6 bloques. Con el 30 % de la potencia de cálculo, sigue siendo del 17,74 % tras 5 bloques y solo baja al 4,17 % tras 10 bloques. Por eso, para importes muy grandes, la wiki sugiere 144 bloques, aproximadamente un día.

El tiempo de espera es aleatorio, no va con reloj. En 10 minutos se encuentra un bloque con una probabilidad de alrededor del 63 %; en 30 minutos, del 95 %, y en 60 minutos, del 99,7 %.

Prueba de trabajo y prueba de participación, frente a frente

Ambos procedimientos resuelven la misma tarea: determinan quién puede escribir el siguiente bloque y encarecen el engaño. La diferencia está en lo que se pone en juego. En la prueba de trabajo (proof of work) son la electricidad y el hardware; en la prueba de participación (proof of stake), un capital depositado que se destruye en parte en caso de mala conducta. Ethereum hizo el cambio el 15 de septiembre de 2022.

El cambio redujo el consumo eléctrico anual en más de un 99,988 % y las emisiones de CO2 en alrededor de un 99,992 %, hasta unas 870 toneladas de CO2 equivalente al año. Estas cifras aparecen en las páginas del propio proyecto Ethereum, donde proceden de un estudio del Crypto Carbon Ratings Institute y se describen expresamente como una estimación basada en datos públicos, no como una cifra oficial. Quien las lea debe saber, por tanto, que quien las publica habla en nombre propio. Qué otras diferencias hay entre ambas redes lo contamos en la comparativa entre ethereum y bitcoin.

Qué puedes comprobar tú mismo en una cadena

Antes de confiar en una cadena, puedes aclarar cuatro puntos sin conocimientos especializados. Primero, la potencia de cálculo o la participación depositada: en las redes pequeñas, a veces basta una fracción de la potencia de las grandes para superar el 50 %, y ahí está precisamente el peligro de un ataque de mayoría, en el que el atacante recrea el bloque modificado y todos los posteriores y coloca al lado una cadena más larga.

Segundo, el número de nodos independientes: cuantos más ordenadores guarden una copia completa y comprueben ellos mismos cada regla, más difícil será imponer un cambio. Tercero, las confirmaciones: para un importe pequeño suele bastar 1 confirmación, 6 son el compromiso habitual y 144 se consideran una opción prudente para sumas muy grandes. Cuarto, la cuestión de quién mantiene el software y cómo se deciden los cambios.

También forma parte del cuadro lo que una blockchain no hace: no comprueba contenidos, solo reglas. Una anotación falsa que cumple todas las reglas se queda ahí para siempre. Y no sustituye a la custodia: la clave la tienes tú o un proveedor. Lo básico lo explicamos en el artículo sobre bitcoin, y los términos técnicos, en el glosario.

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