Sidechains: Por qué estos investigadores piensan que resolvieron una pieza clave del rompecabezas

Las nuevas cadenas de bloques nacen todo el tiempo. Bitcoin fue la cadena de bloques por años, pero ahora hay cientos. El problema es que si quieres usar las características ofrecidas en otra cadena de bloques, debes comprar los tokens para esa otra cadena de bloques.

Pero todo eso puede cambiar pronto. Una tecnología en desarrollo llamada sidechains promete facilitar el movimiento de tokens a través de blockchains y, como resultado, abrir las puertas a un mundo de posibilidades, que incluye construir puentes con los sistemas financieros heredados de los bancos.

En octubre de 2017, Aggelos Kiayias, profesor de la Universidad de Edimburgo y científico jefe de IOHK, compañía de investigación y desarrollo de blockchain; Andrew Miller, profesor de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign; y Dionysis Zindros, investigador de la Universidad de Atenas, lanzó el documento " Pruebas no interactivas de prueba de trabajo " (NiPoPoW), presentando una pieza crítica para el rompecabezas de las cadenas laterales que había estado ausente durante tres años. Esta es la historia de cómo llegaron allí.

Pero, primero, ¿qué es exactamente una cadena lateral?    

Misma moneda, diferente Blockchain

Una cadena lateral es una tecnología que le permite mover sus fichas de una cadena de bloques a otra, usarlas en esa otra cadena de bloques y luego moverlas hacia atrás en un punto posterior en el tiempo, sin la necesidad de un tercero.  

En el pasado, el blockchain padre ha sido típicamente Bitcoin, pero una cadena padre podría ser cualquier blockchain. Además, cuando un token se mueve a otra cadena de bloques, debe mantener su mismo valor. En otras palabras, un bitcoin en una cadena lateral de Ethereum seguiría siendo un bitcoin.  

La mayor ventaja de las cadenas laterales es que permitirían a los usuarios acceder a una serie de nuevos servicios. Por ejemplo, podría mover bitcoin a otra cadena de bloques para aprovechar las características de privacidad, las velocidades de transacción más rápidas y los contratos inteligentes.  

Las cadenas laterales tienen otros usos, también. Una cadena lateral podría ofrecer una forma más segura de actualizar un protocolo, o podría servir como un tipo de firewall de seguridad, de modo que en caso de un desastre catastrófico en una cadena lateral, la cadena principal no se vea afectada. "Es un tipo de responsabilidad limitada", dijo Zindros en un video que explica cómo funciona la tecnología.

Finalmente, si los bancos crearan sus propias redes de blockchain privadas, las cadenas laterales podrían permitir las comunicaciones con esas redes, permitiendo a los usuarios emitir y rastrear acciones, bonos y otros activos.

Conversaciones tempranas

Los primeros diálogos sobre sidechains aparecieron por primera vez en las salas de chat de Bitcoin en 2012, cuando los desarrolladores de Bitcoin Core estaban pensando en formas de actualizar de forma segura el protocolo de Bitcoin.

Una idea era una "vinculación unidireccional", donde los usuarios podían mover bitcoin a una cadena de bloques separada para probar un nuevo cliente; sin embargo, una vez que se movieron esos activos, no pudieron volver a la cadena principal.  

"Estaba pensando en esto como una herramienta de ingeniería de software que podría usarse para hacer cambios generalizados", dijo Adam Back, ahora CEO de Blockstream, empresa de desarrollo de blockchain, en una entrevista con la revista Bitcoin . "Se podría decir que vamos a hacer una nueva versión [de Bitcoin], y creemos que estará lista en un año, pero mientras tanto, puede optar por ingresar y probarla".

Según Back, en algún momento del año siguiente, en el canal IRC de Bitcoin, el desarrollador de Bitcoin Core Greg Maxwell sugirió una idea para un "par de dos vías", donde el valor podría transferirse a la cadena alternativa y luego volver a Bitcoin en un momento posterior.

Una clavija de dos vías abordó otra preocupación creciente en ese momento. Las monedas alternativas, como Litecoin y Namecoin, eran cada vez más populares. El temor era que estas "altcoins" diluirían el valor de bitcoin. Tenía sentido, pensaban los desarrolladores de Bitcoin Core, mantener Bitcoin como un tipo de moneda de reserva, y relegar las nuevas características a las cadenas laterales. De esa forma, "si quisiera usar una función diferente, no tendría que comprar un activo especulativo", dijo Back.

Para convertir el concepto de sidechains en una realidad, Back junto con Maxwell y algunos otros desarrolladores de Bitcoin Core formaron Blockstream en 2014. En octubre de ese año, el grupo lanzó " Habilitación de innovaciones de Blockchain con cadena lateral pegged " , un documento que describe cadenas laterales en una nivel alto. Miller aparece también como coautor de ese documento.

Cómo funcionan las cadenas laterales

Un componente importante de sidechains es una prueba de verificación de pago simplificada (SPV) que muestra que los tokens se han bloqueado en una cadena para que los validadores puedan desbloquear de forma segura un valor equivalente en la cadena alternativa. Pero para trabajar con sidechains, una prueba de SPV tiene que ser lo suficientemente pequeña como para caber en una sola transacción de coinbase, la transacción que premia a un minero con nuevas monedas. (No debe confundirse con la compañía Coinbase).

En el momento en que los investigadores de Blockstream publicaron su artículo, sabían que necesitaban una prueba SPV comprimida para hacer funcionar las cadenas laterales, pero aún no habían desarrollado la criptografía detrás de esto. Entonces ellos delinearon ideas generales de alto nivel.

El artículo de Blockstream describe dos tipos de clavijas de dos vías: una clavija bidireccional simétrica, donde ambas cadenas son independientes con su propia minería; y una vinculación bidireccional asimétrica, donde los mineros sidechain son validadores completos de la cadena matriz.

En una vinculación bidireccional simétrica, un usuario envía sus bitcoins a una dirección especial. Al hacerlo, se bloquean los fondos en la cadena de bloques de Bitcoin. Esa salida permanece bloqueada durante un período de competencia de quizás seis bloques (una hora) para confirmar que la transacción se ha realizado, y luego se crea una prueba de SPV para enviarla a la cadena lateral.

En ese punto, aparece una transacción correspondiente en la cadena lateral con la prueba SPV, verificando que el dinero ha sido bloqueado en la cadena de bloques de Bitcoin, y luego las monedas con el mismo valor de cuenta se desbloquean en la cadena lateral.

Las monedas se gastan y cambian de manos y, en un momento posterior, se envían de regreso a la cadena principal. Cuando las monedas vuelven a la cadena principal, el proceso se repite. Se envían a una salida bloqueada en la cadena lateral, transcurre un período de espera y se crea una prueba de SPV que se envía de vuelta a la cadena de bloques principal para desbloquear las monedas en la cadena principal.  

En una vinculación bidireccional asimétrica, el proceso es ligeramente diferente. La transferencia de la cadena padre a la cadena lateral no requiere una prueba de SPV, porque los validadores de la cadena lateral también conocen el estado de la cadena principal. Sin embargo, aún se necesita una prueba de SPV cuando las monedas vuelven a la cadena principal.

La búsqueda de una prueba compacta

En una cadena lateral, una prueba SPV compacta debe contener una versión comprimida de todos los encabezados de bloque en la cadena donde los fondos están bloqueados desde el bloque de generación durante el período de concurso, así como los datos de transacción y algunos otros datos. De esta manera, una prueba de SPV también puede considerarse como una "prueba de prueba- de-trabajo" para un resultado en particular.

La inspiración para la prueba SPV compacta proviene de una estructura similar a una lista de enlaces conocida como " lista de omisiones " desarrollada hace 25 años. Al aplicar esta estructura a una prueba compacta de SPV, el truco estaba en encontrar una forma de saltear encabezados de bloques mientras se mantenía un alto nivel de seguridad para que un adversario no pudiera falsificar una prueba.

Al resolver el problema, Blockstream mostró un borrador inicial de su papel de cadenas laterales a Miller, quien había estado reflexionando sobre los SPV compactos desde hace algunos años.

En agosto de 2012, en una publicación en un foro de BitcoinTalk titulado " The High-Value-Hash Highway ", Miller describió una idea para una "lista de omisiones de merkle" que un cliente ligero de Bitcoin podría usar para determinar rápidamente la cadena más larga y comenzar a usarla . En esa publicación, describió la importancia de la estructura de datos como "absolutamente asombrosa".

Cuando Miller leyó el borrador de Blockstream, detectó una vulnerabilidad en la prueba SPV compacta descrita en el documento. Las discusiones se produjeron, pero "no pudieron encontrar una manera de resolver ese problema sin comprometer la eficiencia", dijo Miller.

Las contribuciones no triviales de Miller al artículo de Blockstream terminaron siendo unos pocos párrafos en el Apéndice B que describen los desafíos en la creación de una prueba SPV compacta.

Debería "ser posible comprimir en gran medida una lista de encabezados mientras se sigue probando la misma cantidad de trabajo", se lee en la sección, pero "optimizar estos intercambios y formalizar las garantías de seguridad está fuera del alcance de este documento y del tema del trabajo en curso. "

Ese trabajo continuo se mantuvo estancado durante tres años.

SPV compacto

Durante ese tiempo subsiguiente, los investigadores de IOHK comenzaron a tomar un interés más serio en las cadenas laterales. Los planes estaban tomando forma para Cardano, una nueva cadena de bloques de prueba de estaca que IOHK había sido contratada para construir.

Cardano consistiría en dos capas: una capa de liquidación, lanzada en septiembre de 2017, donde se mantendría la oferta monetaria, y una capa de contrato inteligente. Esas dos capas serían dos blockchains habilitados con sidechain. De esta manera, el acuerdo podría seguir siendo simple y seguro de cualquier ataque que pueda ocurrir en la capa de contrato inteligente. Pero si IOHK iba a hacer que Cardano funcionara como se esperaba, tenía que resolver las cadenas laterales.

En febrero de 2016, Kiayias, entonces profesor de la Universidad de Atenas, y dos de sus alumnos, Nikolaos Lamprou y Aikaterini-Panagiota Stouka, publicaron " Pruebas de comprobantes de trabajo con complejidad sublineal " (PoPoW).

El periódico fue el primero en abordar formalmente una prueba SPV compacta. Solo que la prueba descrita en el documento fue interactiva; mientras que, para trabajar en cadenas laterales, necesitaba ser no interactivo.

En una prueba interactiva, el probador y el verificador entran en una conversación de ida y vuelta, lo que significa que podría haber más de una ronda de mensajes. Por el contrario, una prueba no interactiva sería una cadena de texto simple y corta que encajaría perfectamente en una sola transacción en la cadena de bloques.

El documento PoPoW fue presentado en BITCOIN'16 , un taller afiliado a la conferencia de Cifrado Financiero y Seguridad de Datos de la Asociación Internacional de Criptografía Financiera (IFCA). Miller, quien estaba en la conferencia, se acercó a Kiayias y compartió una idea para hacer que el protocolo no sea interactivo.

Fue una "buena observación", dijo Kiayias a la revista Bitcoin , pero hacer la prueba segura "no era nada obvia" y requeriría un trabajo significativo.

Zindros, que acababa de comenzar a trabajar en su doctorado bajo Kiayias, también estaba en la conferencia, y necesitaba un tema para su tesis. Kiayias vio un buen ajuste, "así que seguimos presionándonos, nosotros tres, y adaptamos el protocolo PoPoW y su prueba de seguridad a la configuración no interactiva", dijo Kiayias.

En octubre de 2016, Kiayias se unió oficialmente a IOHK , y un año después, Kiayias, Miller y Zindros lanzaron "Pruebas no interactivas de prueba de trabajo", presentando una prueba SPV compacta cinco años después de que se hablara por primera vez de sidechains en los foros de Bitcoin .

"Si fuera interactivo, no sé si hubiera funcionado; con una prueba no interactiva, es realmente sencillo ", dijo Zindros a la revista Bitcoin .

Más trabajo por hacer

Incluso con NiPoPoW, las cadenas laterales todavía no están completamente especificadas. Quedan varias preguntas, entre ellas, ¿cuán pequeñas pueden ser las pruebas? Después de que una transacción está bloqueada en una cadena, ¿cuánto tiempo debe transcurrir para poder gastarla en la otra? Y, ¿será posible mover un token de una cadena lateral directamente a otra cadena lateral?

"Todavía hay que definir mucha teoría", dijo el presidente de IOHK, Charles Hoskinson, al hablar con la revista Bitcoin.

Además, aunque NiPoPoW está diseñado para trabajar en blockchains de prueba de trabajo, algunos creen que si las blockchains van a ocupar su lugar en el mundo a gran escala, el futuro se basa en protocolos de prueba de participación como Ouroboros , Algorand o Snow. Blanco , que promete ser más eficiente energéticamente que Bitcoin.

En particular, si Cardano, que se basa en Ouroboros, debe trabajar de acuerdo con el plan, los investigadores de IOHK aún deben descubrir una prueba no interactiva de la prueba de prueba (NiPoPoS).

Hoskinson tiene confianza. "Definitivamente podemos hacer eso", dijo. "Definitivamente podemos tener un NiPoPoS. La pregunta es ¿cuántos megabytes o kilobytes va a ser? ¿Podemos reducirlo a 100 KB? Esa es realmente la pregunta ".

Este artículo se publicó originalmente en bitcoinmagazine.com