Introducción

La forma en que realizamos negocios, gestionamos activos e intercambiamos valor en la era digital está experimentando una transformación revolucionaria. La tecnología Blockchain está en el centro de esta transformación. ¿Pero qué es exactamente blockchain?

Blockchain es un libro de contabilidad compartido e inmutable que simplifica el proceso de registrar transacciones y rastrear activos dentro de una red empresarial. Los activos intangibles como la propiedad intelectual, las patentes, los derechos de autor y las marcas son ejemplos de activos intangibles. En otras palabras, si tiene valor, se puede rastrear y comercializar en una red blockchain. Esto reduce los riesgos y al mismo tiempo reduce significativamente los costos para todas las partes involucradas.

En el mundo empresarial, la información oportuna y precisa es fundamental. Debido a que proporciona datos inmediatos, compartidos y completamente transparentes almacenados en un libro de contabilidad inmutable, blockchain se destaca como una tecnología que puede entregar esta información rápidamente. Sólo los miembros con los permisos necesarios tienen acceso a este libro de contabilidad. Una red blockchain puede manejar el seguimiento de pedidos, pagos, cuentas y producción. Además, debido a que todos los miembros tienen una visión unificada de la verdad, cada detalle de la transacción se puede ver de principio a fin. Esta transparencia no sólo aumenta la confianza sino que también abre la puerta a nuevas eficiencias y oportunidades.

Nonce: de lo básico a blockchain

El término “Nonce” puede parecer técnico y complejo, pero su esencia es simple. Un nonce es un número único que juega un papel importante en blockchain y criptografía. Se deriva de la frase "número usado sólo una vez".

Un nonce, en el caso de Bitcoin, es un número de cuatro bytes que se agrega a un bloque cifrado o hash en el mundo de blockchain. Cuando se repite, este número debe cumplir con ciertas restricciones de nivel de dificultad impuestas por la red blockchain. La función principal del nonce es ser el número que los mineros de blockchain se esfuerzan por resolver. Un minero recibe la recompensa del bloque después de resolver con éxito el nonce.

El Nonce juega un papel importante en la seguridad de blockchain. La seguridad de una cadena de bloques depende de su capacidad para generar y validar números cifrados grandes conocidos como "hashes". La función criptográfica que genera un hash es determinista, lo que significa que siempre producirá el mismo resultado dada la misma entrada. Esta naturaleza determinista garantiza que, si bien generar un hash es eficiente, deducir la entrada original resulta difícil, lo que aumenta la seguridad de la cadena de bloques.

Para fortalecer la seguridad de la cadena de bloques, los datos de los bloques anteriores se cifran o se "hacen hash" en una secuencia de números, que forma el encabezado del bloque siguiente. Este encabezado de bloque contiene metadatos críticos, como el número de versión de la cadena de bloques, el hash del bloque anterior, la raíz de Merkle, la marca de tiempo, el objetivo de dificultad y, lo más importante, el nonce.

El nonce se utiliza para autenticar la información dentro de un bloque. Durante el proceso de minería, se genera un número aleatorio, se agrega al hash del encabezado actual y luego se repite. Después de eso, el nuevo valor se compara con un hash objetivo. Si el valor hash resultante coincide con los requisitos, el minero resuelve con éxito el problema y recibe el bloque. Si este no es el caso, el valor nonce se incrementa y se repite. Este proceso iterativo continúa hasta que un minero alcanza el objetivo con éxito.

Debido a la alta dificultad de la minería, la mayoría de los bloques son abiertos por grupos de minería, ya que los mineros individuales pueden carecer del poder de hash necesario. Es poco probable que el valor del nonce se adivine correctamente en el primer intento, lo que requiere que los mineros prueben muchos valores del nonce antes de determinar el correcto. El tiempo necesario para generar una solución está determinado por el nivel de dificultad, que mide la dificultad de crear un hash por debajo del objetivo. Para garantizar la coherencia de la red, la dificultad de los bloques sigue siendo uniforme, lo que brinda a todos los mineros la misma oportunidad de deducir el hash correcto.

Minería, Nonce y rompecabezas criptográficos

El mundo blockchain es vasto y uno de sus aspectos más fascinantes es el proceso de minería. Muchas redes blockchain dependen de la minería para garantizar su seguridad y continuidad. Pero ¿cómo encaja el nonce en este rompecabezas?

La minería es un proceso computacional en el que las transacciones se agregan al libro de contabilidad público, la cadena de bloques. Los mineros validan y verifican las transacciones para garantizar que sean válidas. Estas transacciones se agregan a un bloque una vez que han sido verificadas. Sin embargo, antes de que se pueda agregar un bloque a la cadena de bloques, los mineros deben resolver un complejo rompecabezas matemático, que es donde entra en juego el nonce.

Érase una vez durante el proceso de minería: un nonce es un número pseudoaleatorio que se utiliza principalmente como contador en el proceso de minería en el contexto de la tecnología blockchain. Por ejemplo, los mineros de Bitcoin deben adivinar el nonce correcto varias veces para calcular un hash de bloque que cumpla con requisitos específicos. El primer minero que descubre un nonce que produce un hash de bloque válido gana el derecho de agregar el siguiente bloque a la cadena de bloques y es recompensado por sus esfuerzos.

Comprender el Nonce en Blockchain: una ilustración simple

Para comprender cómo funciona un nonce en blockchain, visualicemos una simulación de bloque.

Para que un bloque sea reconocido como válido a través del mecanismo de prueba de trabajo, su hash resultante debe ser un número bajo o comenzar con un número específico de ceros, determinado por el nivel de dificultad establecido. Por ejemplo, si la dificultad exige que el hash comience con cuatro ceros, entonces ese se convierte en nuestro objetivo. (Las siguientes imágenes provienen de: https://pintu.co.id/)

Bloque inicial: antes de agregar el nonce, este bloque no cumple con los criterios.

En nuestro primer bloque, tenemos datos de transacciones, como una transferencia de 5 BTC de A a B. El hash de estos datos es bc97ee..5052 cuando se expresa en hexadecimal. Al traducir los caracteres iniciales del hexadecimal, 'b' representa 11 y 'c' equivale a 12, lo que hace que el hash se lea 111297…5052 en formato decimal. Esto significa que nuestro hash comienza con el número 1.

Para modificar el número inicial del hash a 0, los mineros introducen una variable que puede alterar el resultado del hash. Esta variable es el nonce, una cifra aleatoria que, cuando se suma, puede producir un hash diferente. Después de agregar el nonce, el minero aplica el algoritmo hash SHA-256 para derivar un nuevo hash.

Bloquear con Nonce “1” - Incluso con el nonce, el bloqueo no alcanza el objetivo.

Bloque con Nonce “23”: a pesar de un nonce diferente, el bloque sigue sin cumplir.

Usando un nonce de 1, el nuevo hash derivado es 306b…ba6a. Sin embargo, esto no satisface nuestro objetivo de empezar con cuatro ceros. Luego, los mineros modifican los valores nonce secuencialmente, aplicando el algoritmo SHA-256 cada vez, con el objetivo de lograr un hash que se alinee con el nivel de dificultad.

Bloque exitoso: con un nonce de “16663”, el hash del bloque comienza con los cuatro ceros requeridos.

Después de numerosas pruebas, se descubrió que un valor nonce de 16.663 produce un hash que comienza con los cuatro ceros deseados.

Este método iterativo de aplicar técnicas de hash y ajustar nonces se denomina minería. Los mineros están en una carrera para identificar el nonce correcto y ejecutar el hash de acuerdo con el objetivo establecido. El primer minero que cree un bloque compatible (encuentre un nonce que dé como resultado un hash por debajo del objetivo) recibe una recompensa, a menudo en Bitcoin.

Descubrimiento de Nonce mediante prueba y error

La minería es un proceso iterativo. Los mineros ajustan el valor nonce y repiten los datos del bloque indefinidamente hasta que encuentran un valor hash que cumpla con los criterios de la red. Esto se compara frecuentemente con una lotería, en la que los mineros hacen numerosas conjeturas para encontrar el número ganador (una vez). La complejidad de este proceso garantiza la seguridad de la red al hacer que sea computacionalmente difícil y requiera muchos recursos cambiar cualquier información una vez agregada a la cadena de bloques.

El papel del hardware

La cantidad de mineros y la potencia computacional que aportan a la red influyen en la dificultad para determinar el nonce correcto. Los recursos informáticos de alto rendimiento pueden procesar ecuaciones matemáticas complejas más rápidamente, lo que brinda a los mineros una ventaja para encontrar el nonce correcto. El nivel de dificultad se ajusta a medida que la red blockchain crece y más mineros se unen a la lucha para garantizar que los bloques se agreguen a un ritmo relativamente constante.

¿Por qué es importante el Nonce?

El nonce garantiza que cada bloque tenga un valor único, incluso si las transacciones contenidas en él son idénticas. Esta singularidad es crucial para la seguridad de blockchain. Al exigir a los mineros que resuelvan el nonce, la red garantiza que a cualquier actor malintencionado le resulte prohibitivamente caro y consumirá mucho tiempo alterar los datos de las transacciones.

El enfoque único de Ethereum hacia el Nonce

Ethereum, una plataforma blockchain líder, ha generado numerosas innovaciones en el espacio blockchain. Una de sus características distintivas es su enfoque del nonce, que difiere ligeramente de otras redes blockchain.

Dos tipos de Nonce en Ethereum

Si bien el término "nonce" puede parecer singular en su aplicación, Ethereum lo emplea de dos maneras distintas:

1. Prueba de participación Nonce: Ethereum ha pasado de un mecanismo de prueba de trabajo (PoW) a un mecanismo de prueba de participación (PoS). En PoS, el concepto de nonce utilizado en el proceso de minería tradicional de PoW no es directamente aplicable. En lugar de que los mineros compitan para resolver acertijos hash, se eligen validadores en PoS para crear nuevos bloques en función de la cantidad de monedas que poseen y que están dispuestos a "apostar" o bloquear como garantía. Cuantas más monedas apuesten, mayores serán las posibilidades de ser elegido para validar un bloque de transacciones. Este mecanismo de eficiencia energética no implica el proceso de minería tradicional, lo que elimina la necesidad de un nonce PoW en el contexto de la creación de bloques.
2. Cuenta Nonce: esta sigue siendo una característica única de Ethereum. La cuenta nonce actúa como un contador de transacciones para cada cuenta en la red Ethereum. Cada vez que envía una transacción desde su cuenta Ethereum, este valor nonce aumenta en uno, lo que garantiza que cada transacción desde su cuenta sea única.

Por qué es importante la cuenta Nonce

Orden de transacciones

La cuenta nonce garantiza que las transacciones se procesen en el orden en que se reciben. No hay garantía de que las transacciones enviadas en rápida sucesión se procesen en el orden en que se enviaron en los sistemas distribuidos. Sin embargo, con la cuenta nonce, los mineros deben procesar las transacciones en el orden especificado por el valor del nonce. Por ejemplo, una transacción con un nonce de 1 se procesará solo después de que se haya procesado una transacción con un nonce de 0.

Prevención de ataques de repetición

El nonce de cuenta es fundamental para prevenir ataques de repetición. Sin el nonce, un actor malintencionado puede reenviar o "reproducir" una transacción varias veces, lo que podría generar un doble gasto. Sin embargo, con el nonce cada transacción es distinta, incluso si el monto y el destinatario permanecen constantes. Debido a esta singularidad, la red Ethereum rechazará cualquier transacción repetida con un nonce ya utilizado, evitando ataques de repetición.

Ejemplo práctico

Imagine que posee una dirección de Ethereum y ha enviado varias transacciones desde esta dirección. Cada una de estas transacciones tendrá un nonce único, comenzando desde 0 para la primera transacción e incrementándose en uno para cada transacción posterior. Este nonce no solo representa la cantidad de transacciones que ha enviado, sino que también garantiza la singularidad y seguridad de cada transacción.

El futuro de Nonce en Blockchain

A medida que la tecnología blockchain continúa evolucionando, también lo hace el papel y la importancia del nonce. Este último capítulo explorará los posibles avances, desafíos y las implicaciones más amplias del nonce en el panorama blockchain en constante evolución.

Algoritmos adaptativos Nonce

Con el creciente poder computacional disponible para los mineros, existe una creciente necesidad de algoritmos nonce adaptativos. Estos algoritmos ajustarían la dificultad de encontrar el nonce correcto en tiempo real, asegurando que los bloques se agreguen a la cadena de bloques a un ritmo constante, independientemente del poder de hash total de la red.

Computación cuántica y Nonce

La llegada de la computación cuántica plantea desafíos y oportunidades para la tecnología blockchain. Las computadoras cuánticas podrían encontrar el nonce correcto mucho más rápido que los sistemas actuales. Si bien esto podría acelerar la validación de transacciones, también podría alterar el equilibrio de poder en los sistemas de prueba de trabajo. Los desarrolladores de blockchain ya están investigando algoritmos nonce que serían resistentes a los cuánticos.

Protocolos de seguridad mejorados

A medida que las amenazas cibernéticas se vuelven más sofisticadas, el papel del nonce para garantizar la seguridad de las transacciones será aún más crítico. Los futuros sistemas blockchain podrían emplear múltiples nonces o combinar valores nonce con otras técnicas criptográficas para mejorar la seguridad.

Consideraciones ambientales

El proceso que consume mucha energía para encontrar el nonce correcto en los sistemas de prueba de trabajo ha generado preocupaciones ambientales. Los futuros sistemas blockchain podrían buscar formas más eficientes energéticamente de utilizar nonces o cambiar hacia la prueba de participación u otros mecanismos de consenso que no dependan del proceso de minería que consume mucha energía.

Conclusión

El nonce, aunque parece un concepto simple, juega un papel fundamental en el complejo mundo de blockchain. Sin duda, el nonce se adaptará a medida que evolucione la tecnología, garantizando que blockchain siga siendo segura, eficiente y relevante en la era digital.