Guía de lectura del libro blanco de Bitcoin

Un correo que casi nadie respondió

Era el viernes 31 de octubre de 2008, a las 18:10 UTC.

La crisis financiera atravesaba su momento más alarmante. Lehman Brothers había quebrado apenas seis semanas antes y los gobiernos se apresuraban a movilizar sumas enormes para rescatar a sus bancos. En medio de todo aquello, la Cryptography Mailing List, alojada en metzdowd.com, recibió un correo con el asunto “Bitcoin P2P e-cash paper”, firmado por Satoshi Nakamoto.

Comenzaba con una sola frase: “I've been working on a new electronic cash system that's fully peer-to-peer, with no trusted third party” (“He estado trabajando en un nuevo sistema de efectivo electrónico totalmente entre pares, sin ningún tercero de confianza”). Incluía el enlace a un artículo de nueve páginas.

Hubo pocas respuestas, muchas de ellas escépticas, aunque algunas pedían más detalles técnicos. Los miembros de aquella lista ya habían visto un buen número de propuestas de dinero digital, y la mayoría nunca había pasado del papel. Pocos podían imaginar que ese correo daba comienzo a una historia que todavía sigue escribiéndose.

Dieciocho años después, volvimos a leer el artículo. Lo que más nos llamó la atención fue su manera de razonar. Cada sección se ocupa de un único problema, y cada respuesta conduce con naturalidad a la siguiente pregunta. Leer las doce secciones es como acompañar al autor mientras resuelve un problema difícil de principio a fin.

Esta guía está pensada para lectores sin formación técnica. Primero explicamos algunas palabras que no se pueden esquivar y después recorremos el artículo sección por sección. En cada una tratamos tres cosas: el problema que aborda, cómo lo resuelve y el nuevo problema que deja planteado. El texto original, en inglés y en chino, está expuesto en el muro del libro blanco de la sala Orígenes. Si lees esta guía primero, el original te resultará mucho más accesible.

Seis palabras que conviene conocer antes de empezar

El libro blanco (whitepaper) es breve, pero emplea bastantes términos técnicos. Si tienes claros estos seis, todo lo demás será mucho más fácil.

Hash: piensa en él como una huella digital de los datos. Cualquier contenido, desde una sola palabra hasta un libro entero, puede pasar por una función hash para producir una cadena corta de longitud fija. Basta con cambiar una coma para que la huella cambie por completo, y sin embargo nadie puede reconstruir el contenido original a partir de la huella. Bitcoin usa hashes en todas partes para comprobar si algo ha sido alterado.

Clave privada y clave pública: un par de llaves digitales que van juntas. La clave privada la guardas en secreto; la pública puedes compartirla con quien quieras. Imagina un buzón con cerradura: la clave pública es la dirección del buzón, que cualquiera puede conocer, y la clave privada es la llave que lo abre, que solo tienes tú.

Firma digital: con tu clave privada “firmas” un contenido. Cualquiera puede usar la clave pública correspondiente para comprobar que lo firmaste tú, pero nadie puede falsificar la firma sin tu clave privada. Funciona como una firma manuscrita imposible de copiar.

Bloque y cadena de bloques: el libro contable de Bitcoin se escribe página a página. Cada página se llama bloque y contiene un lote de transacciones. Cada página lleva la huella de la anterior, de modo que todas quedan enlazadas en orden y, juntas, forman la cadena de bloques.

Nodo: una computadora que participa en la red de Bitcoin guardando y verificando una copia del libro contable. Cualquiera puede tener uno.

Prueba de trabajo: un acertijo matemático que solo se resuelve probando una y otra vez. Encontrar la respuesta exige muchísimo cálculo, pero comprobarla le lleva a los demás un instante. Bitcoin lo utiliza para decidir quién añade la siguiente página al libro contable.

Con estas seis palabras en la mano, podemos empezar.

Sección 1 · Introducción: todo empieza por el costo

Qué dice: hoy casi todos los pagos en línea dependen de un “tercero de confianza”, como un banco o una empresa de pagos, que actúa como intermediario. Nakamoto señala que esa dependencia tiene un precio.

Un ejemplo. Cuando compras algo por internet, normalmente puedes pedir un reembolso después de pagar. Eso protege al comprador, pero supone un riesgo para el vendedor: alguien podría recibir la mercancía y luego afirmar falsamente que nunca llegó. Para protegerse, los comercios piden más datos a sus clientes y asumen parte de las pérdidas por fraude. Esos costos acaban reflejándose en el precio de todo y hacen que los pagos pequeños dejen de ser rentables.

El efectivo no tiene ese problema. Entregas el dinero, recibes la mercancía y el pago queda cerrado. En línea, hasta entonces, no había forma de hacer lo mismo.

La pregunta que deja: ¿podría existir un pago en línea tan definitivo como el efectivo, sin ningún tercero? Y sin un tercero, ¿quién decide a quién pertenece una moneda electrónica?

El tono de la introducción es de una calma llamativa. Se lee como el planteamiento de un ingeniero ante un problema técnico por resolver: parte del costo y avanza paso a paso.

Sección 2 · Transacciones: una moneda es una cadena de firmas

Qué resuelve: si ningún banco lleva las cuentas, ¿cómo demuestras que una moneda es tuya?

La respuesta de Nakamoto es sorprendentemente sencilla. Define “an electronic coin as a chain of digital signatures”, es decir, una moneda electrónica como una cadena de firmas digitales.

Imagina un comprobante de traspaso que va pasando de mano en mano. Al principio dice “esta moneda pertenece a A”. Cuando A le da la moneda a B, A escribe “para B” al pie y firma. Cuando B se la pasa a C, B hace lo mismo. Cualquiera puede leer el comprobante de arriba abajo y confirmar que cada traspaso lo firmó el propietario anterior.

En términos técnicos, esa “firma” es la firma digital descrita antes: el propietario actual usa su clave privada para firmar un hash de la transacción anterior y de la clave pública del siguiente propietario.

Esto responde también a una pregunta que mucha gente se ha hecho: ¿dónde está, en realidad, un bitcoin? Está registrado en la cadena de bloques, como esa cadena de firmas que puede rastrearse de un traspaso al siguiente. “Tener bitcoin” significa, en el fondo, poseer la clave privada capaz de firmar el próximo traspaso.

El problema que deja: una firma demuestra un traspaso, pero no impide que alguien haga trampa. A podría firmar un comprobante que diga “para B” y otro que diga “para C”, vendiendo la misma moneda dos veces. B y C revisarían cada uno su comprobante y encontrarían una firma auténtica. Este es el problema del doble gasto, y la mayor parte del resto del artículo se dedica a resolverlo.

Sección 3 · Servidor de marcas de tiempo: poner las transacciones en orden

Qué resuelve: para descubrir la trampa de A, basta con saber qué transacción fue primero. La anterior vale y la posterior queda anulada. Pero sin una autoridad central, ¿quién decide el orden?

Nakamoto parte de una idea ya existente: el servidor de marcas de tiempo. Imagina un notario que reúne periódicamente el último lote de transacciones, les pone un sello con la hora y publica ese sello a la vista de todos. Lo esencial es que cada sello nuevo incluye la huella del anterior, igual que cada página del libro contable empieza copiando la huella de la página previa.

Así, los sellos quedan enlazados en una cadena. Si alguien modifica en secreto una página intermedia, la huella de esa página cambia, las copias de todas las páginas posteriores dejan de coincidir y la manipulación queda al descubierto de inmediato.

Sin embargo, que algo sea fácil de detectar no significa que sea difícil de hacer. Alguien capaz de volver a copiar todas las páginas posteriores aún podría salirse con la suya. Lo que en la práctica vuelve extremadamente difícil la manipulación es la prueba de trabajo, que se presenta en la sección siguiente.

El problema que deja: un notario real es una autoridad central, y Bitcoin no quiere ningún centro. En una red donde todos son iguales, ¿quién pone el sello?

Sección 4 · Prueba de trabajo: que votar tenga un costo

Qué resuelve: sin notario, toda la red tiene que decidir en conjunto quién sella la siguiente página. La idea obvia es votar y que decida la mayoría.

En internet, sin embargo, votar tiene un defecto fatal: crear una identidad no cuesta casi nada. El artículo señala que, si la mayoría se basara en “one-IP-address-one-vote” (una dirección IP, un voto), cualquiera capaz de hacerse con muchas IP podría subvertirla. Es como una encuesta en línea en la que alguien que registra diez mil cuentas falsas obtiene diez mil votos.

Por eso, el poder de voto tiene que vincularse a algo que no pueda crearse gratis. Nakamoto eligió el poder de cómputo.

Funciona así. Quien quiera sellar la siguiente página debe resolver primero un acertijo matemático. No hay atajos: la única forma es seguir probando, como tirar los dados una y otra vez hasta sacar un número lo bastante pequeño. Quien encuentra primero una respuesta gana el derecho a añadir la página y publica la solución, y todos los demás pueden comprobarla en un instante.

Como probar cuesta electricidad y equipos reales, el poder de cómputo que controlas equivale, en la práctica, a tu número de votos. Las cuentas falsas no sirven de nada, porque las cuentas falsas no resuelven acertijos.

A esto Bitcoin añade una regla: todos aceptan la cadena “más larga” o, más exactamente, la cadena que tiene detrás más trabajo acumulado. Esa es la decisión de la mayoría. Y para adaptarse a equipos cada vez más rápidos y a un número variable de participantes, la dificultad del acertijo se ajusta automáticamente para que los bloques sigan llegando a un ritmo medio estable, de aproximadamente uno cada diez minutos.

Volvamos ahora a la inquietud que dejó la sección 3. Quien quisiera alterar una página tendría que volver a copiar todas las posteriores, resolver de nuevo el acertijo de cada una y hacerlo más rápido que todos los participantes honestos juntos. En la práctica, eso es casi imposible.

El primer malentendido frecuente: el artículo afirma que “proof-of-work is essentially one-CPU-one-vote” (la prueba de trabajo es, en esencia, una CPU, un voto). A menudo se interpreta que todos pueden participar en igualdad de condiciones. Leída en su contexto, la frase quiere decir que votar debe tener un costo real, en lugar de depender de cuántas identidades tengas.

Hoy la minería está dominada por chips especializados y grandes instalaciones industriales, muy lejos de lo que describe el artículo; el muro de los equipos de minería, en la sala La máquina de la confianza, documenta cómo se llegó hasta ahí. El artículo sostiene que el poder de voto debe vincularse al poder de cómputo. No hace ninguna predicción sobre cómo acabará repartido ese poder de cómputo.

Sección 5 · Red: menos de una página

Qué resuelve: todas las piezas están listas; ¿cómo funciona la red en la práctica?

A Nakamoto le bastan seis pasos:

1. Alguien realiza una nueva transacción y la transmite a todos los nodos.
2. Cada nodo reúne las nuevas transacciones que recibe en un bloque candidato.
3. Cada nodo empieza a trabajar en el acertijo de prueba de trabajo de su bloque.
4. Quien lo resuelve primero transmite el bloque a todos los nodos.
5. Los demás nodos verifican el bloque y solo lo aceptan si todas sus transacciones son válidas y no se han gastado antes.
6. Los nodos demuestran que aceptan el bloque empezando a trabajar en el siguiente bloque encima de él.

Si dos nodos resuelven el acertijo casi en el mismo instante, la red tiene brevemente dos cadenas de igual longitud. Cada nodo sigue trabajando sobre la que recibió primero. Cuando llega el siguiente bloque, gana la cadena que pasa a ser más larga y la otra simplemente se descarta. Los nodos siempre consideran correcta la cadena más larga y siguen prolongándola.

Un sistema mundial que sigue funcionando hoy se describe en menos de una página.

La pregunta que deja: resolver acertijos cuesta dinero en electricidad y equipos; entonces, ¿por qué alguien lo haría?

Sección 6 · Incentivo: que la honestidad sea el mejor negocio

Qué resuelve: dar a la gente un motivo para participar.

La respuesta es una recompensa. La primera transacción de cada bloque crea una cantidad fija de monedas nuevas y se la entrega a quien resolvió el acertijo. Así se le compensa por la electricidad y el equipo, y es la única vía por la que entra en circulación bitcoin nuevo. Como se parece a extraer oro de la tierra, invirtiendo recursos para dar existencia a monedas nuevas, esta labor pasó a llamarse minería, y quienes participan en ella, mineros. Cuando termine la emisión de monedas nuevas, las comisiones por transacción tomarán el relevo.

Lo mejor de esta sección llega en la segunda mitad. Nakamoto imagina a un atacante con más poder de cómputo que todos los nodos honestos juntos y analiza con serenidad sus opciones. Podría usar ese poder para hacer trampa, revirtiendo discretamente sus propios pagos, o podría minar honestamente y ganar monedas nuevas. Nakamoto concluye que respetar las reglas le sale más rentable, porque ganaría más monedas nuevas de las que podría obtener haciendo trampa. Además, cualquier ataque socavaría la confianza en Bitcoin y arrastraría a la baja el valor de las monedas que ya posee.

Dicho de otro modo, la seguridad de Bitcoin no depende de que todo el mundo sea bueno. Las reglas están diseñadas para que cumplirlas sea lo más rentable. Las secciones anteriores muestran que el sistema es técnicamente posible. Esta explica por qué alguien elegiría hacerlo funcionar, que en una red abierta suele ser la pregunta más difícil.

Si las comisiones bastarán por sí solas para sostener suficiente poder de cómputo a largo plazo, una vez que termine la emisión de monedas nuevas, es una pregunta que surgió más tarde y que sigue en debate.

Sección 7 · Recuperar espacio en disco: qué hacer cuando el registro crece

Qué resuelve: cada transacción permanece para siempre en el libro contable, así que este no deja de crecer y, tarde o temprano, una computadora corriente no podría almacenarlo.

La solución de Nakamoto recurre a una estructura llamada árbol de Merkle. Piénsalo así: se toman todas las transacciones de un bloque, se agrupan por pares y se calcula una huella para cada par. Luego se agrupan esas huellas por pares y se calculan otras nuevas. Se sigue fusionando hacia arriba, nivel por nivel, hasta que queda una única huella, llamada raíz de Merkle. La huella del propio bloque solo necesita incluir esa raíz.

La ventaja es que, cuando la última transacción de una moneda queda sepultada bajo suficientes bloques, las transacciones gastadas anteriores pueden borrarse. Solo se conservan unas pocas huellas imprescindibles del árbol, y la cadena puede seguir verificándose por completo. Nakamoto llegó incluso a calcular que conservar solo la “cabecera” de cada bloque ocuparía apenas unos pocos megabytes al año.

Sección 8 · Verificación simplificada de pagos: sin necesidad del registro completo

Qué resuelve: incluso comprimido, puede que los usuarios corrientes no quieran almacenar ni verificar todo el libro contable. ¿Pueden limitarse a confirmar que un pago dirigido a ellos ha quedado registrado?

Sí pueden. El usuario conserva solo las cabeceras de los bloques y, cuando lo necesita, pide a la red una prueba breve de que su transacción figura en el árbol de Merkle de un bloque determinado. Se parece a seguir un paquete: no necesitas acceder a todo el sistema de la empresa de mensajería, solo al número de seguimiento, para confirmar que tu envío va en camino. Muchas de las billeteras ligeras actuales tienen su origen en esta idea.

El artículo es igual de claro sobre el precio que se paga: este método depende de que los nodos honestos sean mayoría en la red y es menos seguro que tener tu propio nodo completo. Por eso el artículo sugiere que las empresas que reciben pagos con frecuencia sigan teniendo sus propios nodos completos.

Sección 9 · Combinar y dividir valor: el “cambio” en Bitcoin

Qué resuelve: si cada moneda tuviera que enviarse por separado, un solo pago podría requerir cientos de transacciones, algo poco práctico.

El diseño de Nakamoto permite que una transacción tenga varias entradas y varias salidas. Imagina que tienes un billete de 50 dólares y otro de 20, y debes pagar 60. Entregas los dos (dos entradas) y obtienes 60 dólares pagados al vendedor más 10 de vuelta (dos salidas, una de ellas el cambio para ti).

Esto explica algo de las billeteras de Bitcoin: tu saldo no es una sola cifra. Está formado por varios fragmentos de “cambio” sin gastar, de distintos importes.

Sección 10 · Privacidad: seudónimo, no anónimo

Qué resuelve: si el libro contable está abierto a todo el mundo, ¿queda expuesta cada transacción?

Los bancos tradicionales protegen la privacidad manteniendo sus libros ocultos a terceros. Bitcoin no puede hacerlo, porque el registro tiene que ser público para que todos puedan verificarlo. Nakamoto toma otro camino: el registro es público, pero en él figuran claves públicas y no nombres. Desde fuera se ve cómo el dinero pasa de una dirección a otra, pero no quién está detrás de cada una. Es como una bolsa de valores que publica todas las operaciones sin revelar el nombre del comprador ni del vendedor.

Como protección adicional, el artículo recomienda usar un nuevo par de claves en cada transacción, para que los pagos no puedan vincularse a un mismo propietario.

El segundo malentendido frecuente: mucha gente cree que Bitcoin es anónimo. Sin embargo, el propio artículo advierte que una transacción con varias entradas revela que esas entradas pertenecen al mismo propietario, y que las direcciones pueden vincularse, analizarse y, con el tiempo, asociarse a personas reales. El artículo usa la palabra “anonymous”, pero el mecanismo que describe se acerca más a lo que hoy llamamos seudonimato: tu nombre no está en la cadena, pero cada transacción que has hecho sí lo está.

Sección 11 · Cálculos: una seguridad que se puede calcular

Qué resuelve: después de todo esto, ¿hasta qué punto es seguro el sistema? Nakamoto no se queda en la descripción. Hace los cálculos.

Plantea el ataque como una carrera. Supón que has recibido un pago, la transacción ya está escrita en un bloque y se han añadido varios bloques más después de él. Para revertirla, un atacante tiene que iniciar en secreto una cadena aparte desde un punto anterior a esa transacción y luego alcanzar y superar la cadena que los nodos honestos siguen prolongando.

Mientras el atacante tenga menos poder de cómputo que los nodos honestos, cuanto más atrás empiece, menores serán sus probabilidades, y estas se reducen de forma exponencial. El artículo da cifras concretas: un atacante con el 10 % del poder de cómputo de la red que parte con seis bloques de desventaja tiene una probabilidad de alcanzarla de apenas un 0,024 % aproximadamente, es decir, unas 2,4 de cada 10.000.

El tercer malentendido frecuente: el artículo ofrece una probabilidad, no una garantía. Cuantos más bloques se acumulan, más se acerca a cero la probabilidad de reversión, pero en sentido estricto nunca llega a cero. Esto difiere de la noción de firmeza de la liquidación en las finanzas tradicionales. El conocido consejo de “esperar seis confirmaciones” se basa precisamente en este tipo de cálculo: una vez añadidos seis bloques después de una transacción, aproximadamente una hora más tarde, la probabilidad de reversión es tan pequeña que puede ignorarse.

En El asalto al registro, en la sala La máquina de la confianza, puedes ajustar el porcentaje de poder de cómputo del atacante y ver cómo cambian sus probabilidades de alcanzar la cadena desde uno y desde seis bloques de desventaja.

Sección 12 · Conclusión: una condición a la vista

La conclusión es breve. Nakamoto repasa el argumento: firmas digitales para establecer a quién pertenece una moneda, y después la prueba de trabajo y la cadena más larga para impedir el doble gasto. Concluye que el sistema es seguro mientras los nodos honestos controlen la mayoría del poder de cómputo.

Esa conclusión lleva una condición, y el artículo la enuncia con claridad. En los dieciocho años transcurridos desde entonces, buena parte del debate en torno a Bitcoin ha girado, en el fondo, sobre hasta qué punto esa condición se cumple en el mundo real.

Las doce secciones en un párrafo

Si quisiéramos resumir todo el libro blanco en un párrafo, podría quedar así:

Queremos pagar en línea igual que pagamos en efectivo, sin un banco (sección 1). Para ello, una moneda se define como una cadena de firmas (sección 2), pero eso no impide gastar dos veces la misma moneda, así que las transacciones necesitan un orden que todos acepten (sección 3). El derecho a fijar ese orden se gana resolviendo acertijos, los votos se ponderan según el poder de cómputo y todos siguen la cadena con más trabajo acumulado (sección 4). La red lleva las cuentas en conjunto en seis pasos (sección 5), atrae participantes con monedas nuevas y comisiones, y hace de la honestidad la opción más rentable (sección 6). Tres soluciones de ingeniería se ocupan del almacenamiento, la verificación ligera y el cambio (secciones 7 a 9), un registro público sin nombres equilibra la transparencia con la privacidad (sección 10), se calculan las probabilidades de que un ataque tenga éxito (sección 11) y se enuncian con claridad las condiciones para que todo ello funcione (sección 12).

Al cerrar las nueve páginas

Lo que más nos conmueve al releerlo es su contención. No hace grandes promesas. Plantea un problema, ofrece una solución y expone con honestidad las condiciones en las que esa solución se sostiene.

Este es el artículo al que remitía, hace dieciocho años, un correo que apenas llamó la atención.

Si nunca has leído el original, pasa por el muro del libro blanco y dedícale media hora, de la primera a la novena página. Con esta guía como apoyo, te resultará más accesible de lo que esperas.

Los resúmenes de las secciones que acabas de leer son interpretaciones de la redacción, no traducciones del original, y el original siempre prevalece. Si encuentras alguna discrepancia, escríbenos a editorialoffice@btc.com.