Fundamentos de blockchain

Imagina que una clase lleva una página compartida de quién ha pagado a quién. ¿Cómo evitarías que alguien borrase una línea sin que se note y escribiera otro importe? Una blockchain responde con matemáticas en lugar de con alguien al mando. Este laboratorio es un juguete: unos pocos archivos cortos de Python que muestran las ideas, sin moneda, sin red y sin valor.

• Hash: una huella de longitud fija calculada a partir de unos datos. Cambia una letra y la huella es completamente distinta.
• Bloque: un grupo de registros, con el hash del bloque anterior.
• Cadena: bloques en orden, cada uno con el hash del anterior.
• Nonce: un número que se cambia una y otra vez hasta que el hash tiene el aspecto que piden las reglas.
• Minado: probar nonces hasta que el hash de un bloque empieza con suficientes ceros.
• Firma: la prueba de que un mensaje viene de quien tiene una clave secreta.

ls lista la carpeta de trabajo: tres archivos cortos de Python, el cuaderno y la carpeta steps. El primer script construye tres bloques. Cada línea muestra el número del bloque, el hash del bloque anterior y el suyo propio, acortados. El bloque 0 no tiene nada antes, así que su hash anterior son solo ceros. El hash anterior de cada uno de los demás es el de la línea de arriba. Todos los hashes empiezan por 000, que es lo que el minado les obligó a hacer.

El script comprueba la cadena, cambia un importe dentro del bloque 1 y vuelve a comprobar. La primera respuesta es (True, None): válida, ningún bloque malo. Tras el cambio es (False, 1): no válida, y el bloque 1 es el lugar. La huella del bloque 1 ya no coincide con su contenido. Falsificar la huella no sirve. Minar otra vez el bloque 1 lo deja bien, pero ahora la respuesta es (False, 2), porque el bloque 2 sigue guardando el hash antiguo del bloque 1.

Para añadir un bloque, las reglas piden un hash que empiece por algunos ceros. La única forma de encontrarlo es probar un nonce, luego el siguiente y el siguiente. El script mina el mismo bloque con cuatro dificultades. Hicieron falta 15 intentos para un cero, 835 para dos, 7992 para tres y 109028 para cuatro. Cada cero más cuesta mucho más trabajo, y la respuesta es la misma cada vez porque el bloque y el punto de partida están fijados.

Nadie guarda un saldo. El script da 10 a Asha, 5 a Ben y 0 a Cara, y luego repite cuatro pagos por orden. La última línea dice que se rechazó el pago de 8 de Cara a Asha, porque Cara solo tenía 6 en ese momento. Los saldos son Asha 6, Ben 0 y Cara 9.

Cualquiera puede escribir «Asha pays Ben 5». Una firma muestra que lo escribió Asha. Esta está hecha solo de hashes: una clave secreta de 256 pares, una clave pública que es el hash de cada uno y una firma que revela un secreto de cada par. El mensaje firmado se comprueba como True. Cambia una letra del mensaje, deja la misma firma y se comprueba como False. Una clave así firma un solo mensaje, así que es una lección y no algo para usar.

Dos personas pueden añadir bloques distintos a la misma cadena a la vez, y entonces hay dos cadenas. El script construye las dos a partir de los mismos dos primeros bloques. La cadena A tiene 3 bloques y la B tiene 4. Las dos son válidas. La regla es seguir la cadena con más trabajo, aquí 768 frente a 1024, así que gana B y el bloque extra de A se descarta.

Abre JupyterLab desde la barra y haz doble clic en start.ipynb. Construye una cadena, la comprueba, cambia un bloque y vuelve a comprobar. Haz clic en una celda y pulsa Mayús y Intro para ejecutarla. La última celda es el sitio de tu propia pregunta, y chain.py es lo bastante corto para leerlo entero.