Los investigadores del MIT han desarrollado una nueva criptomoneda que reduce drásticamente los datos que los usuarios necesitan para unirse a la red y verificar transacciones, hasta en un 99 por ciento en comparación con las criptomonedas más populares de la actualidad. Esto significa una red mucho más escalable.

CRIPTOMONEDAS, como el popular Bitcoin, son redes construidas en blockchain, un libro mayor financiero formateado en una secuencia de bloques individuales, cada uno contiene datos de transacciones. Estas redes están descentralizadas, lo que significa que no hay bancos u organizaciones para administrar fondos y saldos, por lo que los usuarios unen fuerzas para almacenar y verificar las transacciones.

Pero la descentralización conduce a un problema de escalabilidad. Para unirse a una criptomoneda, los nuevos usuarios deben descargar y almacenar todos los datos de transacciones de cientos de miles de bloques individuales. También deben almacenar estos datos para utilizar el servicio y ayudar a verificar las transacciones. Esto hace que el proceso sea lento o computacionalmente impráctico para algunos.

En un documento que se presentará en el Simposio de seguridad de redes y sistemas distribuidos el próximo mes, los investigadores del MIT presentan Vault, una criptomoneda que permite a los usuarios unirse a la red descargando solo una fracción de los datos totales de la transacción. También incorpora técnicas que eliminan cuentas vacías que ocupan espacio, y permite verificaciones utilizando solo los datos de transacciones más recientes que se dividen y comparten en la red, minimizar los requisitos de procesamiento y almacenamiento de datos de un usuario individual.

En experimentos, Vault redujo el ancho de banda para unirse a su red en un 99 por ciento en comparación con Bitcoin y en un 90 por ciento en comparación con Ethereum. que se considera una de las criptomonedas más eficientes de la actualidad. En tono rimbombante, Vault aún se asegura de que todos los nodos validen todas las transacciones, proporcionando una seguridad estricta igual a sus contrapartes existentes.

"Actualmente hay muchas criptomonedas, pero están encontrando cuellos de botella relacionados con unirse al sistema como un nuevo usuario y con el almacenamiento. El objetivo general aquí es permitir que las criptomonedas escalen bien para cada vez más usuarios, "dice el coautor Derek Leung, estudiante de posgrado en el Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL).

Junto a Leung en el artículo están los investigadores de CSAIL Yossi Gilad y Nickolai Zeldovich, quien también es profesor en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática (EECS); y el reciente alumno Adam Suhl '18.

Saltando sobre bloques

Cada bloque en una red de criptomonedas contiene una marca de tiempo, su ubicación en la cadena de bloques, y una cadena de números y letras de longitud fija, llamado "hash, "Esa es básicamente la identificación del bloque. Cada nuevo bloque contiene el hash del bloque anterior en la cadena de bloques. Los bloques en Vault también contienen hasta 10, 000 transacciones, o 10 megabytes de datos, que los usuarios deben verificar. La estructura de la cadena de bloques y, en particular, la cadena de hashes, asegura que un adversario no pueda piratear los bloques sin ser detectado.

Los nuevos usuarios se unen a las redes de criptomonedas, o "bootstrap, "descargando todos los datos de transacciones anteriores para garantizar que estén seguros y actualizados. Para unirse a Bitcoin el año pasado, por ejemplo, un usuario descargaría 500, 000 bloques por un total de unos 150 gigabytes. Los usuarios también deben almacenar todos los saldos de las cuentas para ayudar a verificar a los nuevos usuarios y garantizar que los usuarios tengan fondos suficientes para completar las transacciones. Los requisitos de almacenamiento son cada vez más importantes, a medida que Bitcoin se expande más allá de los 22 millones de cuentas.

Los investigadores construyeron su sistema sobre una nueva red de criptomonedas llamada Algorand, inventada por Silvio Micali, el profesor de ingeniería Ford en el MIT, eso es seguro, descentralizado y más escalable que otras criptomonedas.

Con criptomonedas tradicionales, los usuarios compiten para resolver ecuaciones que validan bloques, con el primero en resolver las ecuaciones recibiendo fondos. A medida que la red se amplía, esto ralentiza los tiempos de procesamiento de las transacciones. Algorand utiliza un concepto de "prueba de participación" para verificar los bloques de manera más eficiente y permitir que se unan nuevos usuarios. Por cada bloque, se selecciona un "comité" de verificación representativo. Los usuarios con más dinero (o participación) en la red tienen una mayor probabilidad de ser seleccionados. Para unirse a la red, los usuarios verifican cada certificado, no todas las transacciones.

Pero cada bloque contiene información clave para validar el certificado inmediatamente antes, lo que significa que los nuevos usuarios deben comenzar con el primer bloque de la cadena, junto con su certificado, y validar secuencialmente cada uno en orden, que puede llevar mucho tiempo. Para acelerar las cosas los investigadores dan a cada nuevo certificado información de verificación basada en un bloque unos cientos o 1, 000 bloques detrás de él, llamado "ruta de navegación". Cuando se une un nuevo usuario, hacen coincidir la miga de pan de un bloque anterior con una miga de pan 1, 000 cuadras adelante. Esa ruta de navegación se puede emparejar con otra ruta de navegación 1, 000 cuadras adelante, etcétera.

"El título del artículo es un juego de palabras, "Dice Leung." Una bóveda es un lugar donde puedes almacenar dinero, pero la cadena de bloques también le permite 'saltar' sobre bloques cuando se une a una red. Cuando estoy arrancando Solo necesito un bloque de una forma en el pasado para verificar una forma de bloque en el futuro. Puedo saltarme todos los bloques intermedios lo que nos ahorra mucho ancho de banda ".

Dividir y descartar

Para reducir los requisitos de almacenamiento de datos, los investigadores diseñaron Vault con un novedoso esquema de "fragmentación". La técnica divide los datos de la transacción en porciones más pequeñas, o fragmentos, que comparte en la red, por lo que los usuarios individuales solo tienen que procesar pequeñas cantidades de datos para verificar las transacciones.

Para implementar el uso compartido de forma segura, Vault utiliza una estructura de datos conocida llamada árbol binario de Merkle. En árboles binarios un único nodo superior se ramifica en dos nodos "secundarios", y esos dos nodos se dividen en dos nodos secundarios, etcétera.

En los árboles de Merkle, el nodo superior contiene un solo hash, llamado hash raíz. Pero el árbol se construye desde abajo hasta. El árbol combina cada par de hash hijos en la parte inferior para formar su hash padre. Repite ese proceso hasta el árbol, asignar un nodo padre de cada par de nodos hijos, hasta que combine todo en el hash raíz. En criptomonedas, el nodo superior contiene un hash de un solo bloque. Cada nodo inferior contiene un hash que significa la información del saldo de una cuenta involucrada en una transacción en el bloque. El hash de equilibrio y el hash de bloque están vinculados.

Para verificar cualquier transacción, la red combina los dos nodos secundarios para obtener el hash del nodo principal. Repite ese proceso trabajando en el árbol. Si el hash combinado final coincide con el hash raíz del bloque, la transacción se puede verificar. Pero con las criptomonedas tradicionales, los usuarios deben almacenar toda la estructura del árbol.

Con Vault, los investigadores dividen el árbol Merkle en fragmentos separados asignados a grupos separados de usuarios. Cada cuenta de usuario solo almacena los saldos de las cuentas en su fragmento asignado, así como hashes de raíz. El truco es hacer que todos los usuarios almacenen una capa de nodos que atraviese todo el árbol Merkle. Cuando un usuario necesita verificar una transacción desde fuera de su fragmento, trazan un camino hacia esa capa común. De esa capa común, pueden determinar el saldo de la cuenta fuera de su fragmento, y continuar con la validación normalmente.

"Cada fragmento de la red es responsable de almacenar una porción más pequeña de una estructura de big data, pero esta pequeña porción permite a los usuarios verificar las transacciones de todas las demás partes de la red, "Dice Leung.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.