A medida que las cadenas de bloques se vuelven cada vez más populares y generalizadas, una preocupación creciente es su sostenibilidad. Diseños actuales, más notablemente la cadena de bloques subyacente a la criptomoneda Bitcoin, están asegurados mediante las llamadas "pruebas de trabajo, "que requiere enormes cantidades de poder computacional. Este es un problema ecológico que desafía la viabilidad a largo plazo de las criptomonedas. En una colaboración continua, El profesor Krzysztof Pietrzak del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria) y el inventor de BitTorrent / CEO de Chia Network, Bram Cohen, buscan abordar este problema haciendo uso del espacio en disco en lugar del trabajo computacional. Investigar sobre uno de los dos componentes clave de este enfoque:"pruebas de trabajo secuencial, "también conocido como" algoritmos de retardo verificables, "recibió el premio al mejor artículo de este año en EUROCRYPT, una de las dos conferencias de criptografía más importantes del mundo.

Bitcoin es, con mucho, la moneda digital de mayor éxito. Su naturaleza descentralizada la distingue de todas las monedas digitales propuestas anteriormente. En lugar de tener una entidad central, todas las transacciones de Bitcoin se registran en una secuencia pública de bloques conocida como blockchain. Para agregar un bloque a la cadena de bloques, un usuario (o "minero") debe proporcionar una "prueba de trabajo, " es decir, deben resolver una especie de rompecabezas o desafío criptográfico. Siempre que más de la mitad del poder computacional dedicado a resolver estos acertijos sea aportado por partes honestas, la cadena de bloques actúa como robusta, Libro mayor no manipulable que realiza un seguimiento de todas las transacciones de Bitcoin. Los mineros se ven incentivados por la promesa de recibir Bitcoins como recompensa por agregar bloques, actualmente vale alrededor de US $ 100, 000 (unos 80 EUR, 000) por cada bloque encontrado. Esto conduce a un uso masivo de energía; según algunas estimaciones, el consumo equivalente de Dinamarca. Pero el problema no es solo ecológico, también es económico. Las altas recompensas necesarias para incentivar a los mineros, a la larga, generar inflación o altos costos de transacción.
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Los investigadores han estado buscando alternativas a las pruebas de trabajo para asegurar blockchains. "Creemos que el enfoque más prometedor es utilizar el espacio en disco, ", dice Krzysztof Pietrzak." Existen enormes cantidades de espacio en disco no utilizado, en los centros de datos, pero también computadoras portátiles personales y similares, que podrían usarse para la minería casi sin costo marginal ".

Diseñar cadenas de bloques que utilicen espacio en disco en lugar de pruebas de trabajo es un problema desafiante. Una propuesta reciente, la red de Chia (chia.net), reemplazará las pruebas de trabajo con dos componentes clave.

El primero de ellos es "pruebas de espacio, "que utilizan los mineros para demostrar que dedican espacio en disco. Como esas pruebas son extremadamente baratas de generar una vez que se ha inicializado el espacio dedicado, se requiere otro componente para hacer cumplir una dinámica en la que los nuevos bloques solo aparecen cada pocos minutos, similar a lo que ocurre en Bitcoin. Este segundo componente utiliza lo que se denomina "prueba de trabajo secuencial" o "algoritmo de retardo verificable". Esencialmente, este es un protocolo en el que el usuario puede demostrar que ha realizado un cálculo secuencial largo al recibir algún tipo de desafío. Ser secuencial significa que, a diferencia de las pruebas de trabajo "normales", tener enormes cantidades de poder computacional disponible no hace que el cálculo sea más rápido. Por lo tanto, sirve como prueba de que ha transcurrido un tiempo determinado desde que se recibió la impugnación.

En su galardonado artículo, Cohen y Pietrzak construyen la primera prueba práctica y públicamente verificable de trabajo secuencial. Las construcciones anteriores requieren que el verificador mantenga una trampilla secreta para verificar una prueba, o el probador para dedicar una gran cantidad de espacio en disco para generar una prueba.

Los algoritmos existentes eran extremadamente complicados, o las pruebas solo podrían ser verificadas por una parte que tuviera algún tipo de trampilla secreta, o el probador requirió una gran cantidad de espacio en disco para generar una prueba. Desafortunadamente, la nueva construcción no se puede utilizar fácilmente para la aplicación principal en la que estaban interesados ​​los autores, los diseños de cadenas de bloques, ya que carece de una propiedad crucial:la singularidad. En particular, una prueba válida se puede adaptar a una prueba válida diferente sin tener que repetir el cálculo secuencial. Esto es un problema ya que el proceso para agregar un nuevo bloque es como una lotería, y sin la propiedad de unicidad, un adversario podría generar muchas pruebas diferentes de trabajo secuencial, y solo anuncia el que le da la mejor oportunidad de ganar también esta lotería en la próxima ronda. "La creación de un diseño en el que las pruebas tengan una representación canónica sin utilizar maquinaria criptográfica pesada es una cuestión abierta apasionante, "dice Pietrzak.