HashCash: el ancestro de la prueba de trabajo de Bitcoin

Bitcoin es una tecnología nacida a partir de la combinación de otros desarrollos tecnológicos anteriores. Para la creación de este software, Satoshi Nakamoto utilizó partes de otros proyectos a su conveniencia, tomando lo que era útil para su proyecto. En el caso de la prueba de trabajo (Proof of work; PoW), fue una herencia de Hashcash, un sistema para evitar el spam en los correos electrónicos, creado por Adam Back.

Más de 10 años después, el producto de esta unión sigue andando, trabajando sin errores desde hace más de 5 años, de manera que la elección de Nakamoto parece haber sido correcta.

Si bien el Hashcash de Back no fue diseñado para cumplir los mismos objetivos, su relación con Bitcoin es clara, no solo porque hay una mención directa al proyecto en el whitepaper original de Nakamoto, sino porque de él se deriva la utilización de la PoW en Bitcoin.

En este trabajo especial le presentaremos Hashcash, un importante antecedente para la concreción y desarrollo de Bitcoin como buen dinero, escaso y sobre todo, tolerante al doble gasto.

¿Qué es Hashcash?

Si bien el whitepaper de esta tecnología fue publicado por Back en 2002, los miembros del mailing list del movimiento cypherpunk recibieron información sobre el protocolo en 1997. El objetivo principal de Hashcash era minimizar la recepción de grandes cantidades de correos electrónicos no deseados, utilizando la colisión de hashes para ello.

He estado hablando de un esquema de franqueo basado en colisión hash parcial en las listas criptográficas de los últimos días. La idea de usar hashes parciales es que pueden ser arbitrariamente costosos de computar (por elegir el número deseado de bits de colisión), y sin embargo puede ser verificado al instante.

Adam Back

Este sistema se basa en el hashing,  proceso que se emplea para la generación de un número o hash único para cada correo, lo que requiere la realización de un cálculo matemático para su creación y resolución. Con el hashing, cualquier dato se puede formalizar, convirtiéndose en un número único, aparentemente aleatorio pero con una longitud predeterminada.

El hash puede definirse como “una función algorítmica que emite una dirección alfanumérica que resume y protege la información insertada a través de una entrada”.

También los metadatos de un correo electrónico (dirección, destinatario, emisor, etc.) pueden ser formalizados de esta manera, como en el caso del sistema de Back. En el sistema propuesto, cada correo enviado debe agregar un “nonce” propio, dándole una identidad formal o hash único a cada cual.

No obstante, en Hashcash no todos los hashes son considerados válidos: solo aquellos hashes cuya versión binaria empiece con una cantidad de ceros determinada, lo que hace más complicado hallar el número, pues implica una mayor cantidad de cómputo. Esto significa que la única manera de encontrar un hash determinado es probar varios hashes, hasta que se produzca la solución necesaria, sino, el correo será rechazado por el receptor. Todo esto requiere recursos computacionales, por ello se le considera un sistema de prueba de trabajo.

Un elemento significativo es que, en la propuesta de Back, cada hash correctamente formado y solucionado representa “dinero” (cash), de allí el nombre. Según el propio criptógrafo, se trata de una mejora a la propuesta Ecash, de David Chaum.

No obstante, los hashes no podían ser reutilizados, de manera que los hashes recibidos por un destinatario determinado, en realidad no podían ser intercambiados.

La prueba de trabajo en Bitcoin

Hashcash es un antecedente directo de Bitcoin. A pesar de que existían sistemas previos, que plantean una prueba de trabajo con fines similares, solo el trabajo de Back fue reseñado por Nakamoto, inclusive en el propio libro blanco de Bitcoin.

La PoW está directamente relacionada con uno de los elementos centrales de la propuesta de Nakamoto: el servidor de marcas de tiempo, a través del cuál se asigna una identidad única a cada bloque, con un orden cronológico y que permite seguir un registro global de todas las transacciones que se realizan en la red. Este elemento es básico para el consenso de la red y para mantener el registro descentralizado, fundamental en todo el diseño de Nakamoto.

“Para implementar un servidor de marca de tiempo distribuido P2P, tendremos que usar un sistema de prueba de trabajo similar al Hashcash de Adam Back”, se lee en el libro blanco publicado por Nakamoto en 2009. El servidor de marcas de tiempo es lo que se conoce como blockchain.

La diferencia fundamental es que, mientras Back consideraba como dinero los hashes correctamente creados y resueltos, permitiendo el funcionamiento del sistema anti-spam, en Bitcoin estos hashes tienen funciones diferentes y no constituyen el valor de los bitcoins por sí mismos.

En la red de intercambio de valor creada por Nakamoto, la creación de hashes y la prueba de trabajo permiten establecer una identidad única para los bloques, así como incentivar la competencia entre los mineros, que son los que crean nuevos bloques en la red: el primero en dar con el hash correcto recibirá una recompensa, añadiendo un bloque de transacciones nuevo a la cadena.

La tecnología de hashcash, con sus revisiones, permite prevenir el doble gasto de los bitcoins que circulan en la red. La probabilidad de que un atacante pueda reversar las transacciones, para gastar dos veces los bitcoins, es baja (por no decir nula), y disminuye a medida que las transacciones reciben confirmaciones. Además, hay que considerar que el hashrate de Bitcoin es el mayor de todas las criptomonedas existentes, y se ubica en 43.088.722 TH/s, por lo que un ataque semejante sería extremadamente caro.

Además, con la adición de cada nuevo bloque se ponen en circulación nuevas monedas, de manera que la resolución de los hashes también sirve para la emisión de bitcoins sin un ente central que realice la operación. Así, al añadir la prueba de trabajo ideada por Back a Bitcoin, Nakamoto pudo resolver el problema tanto el problema del doble gasto como el de la emisión de nuevas monedas de manera descentralizada.

“Es un diseño muy interconectado donde la minería está haciendo varias cosas. Ya sabes, es incentivar, es liberar las monedas”, ha dicho Back sobre la implementación de su idea en Bitcoin.

Adam Back y su relación con Bitcoin

Cuando Back escribió a los cypherpunks sobre Hashcash en 1997 estaba a punto de terminar su PhD. En ciencias de la computación y sistemas distribuidos, siendo un activo miembro de las discusiones que allí se dieron. Privacidad, libertad financiera y criptografía fueron algunos de los temas sobre los que Back opinó durante su participación en la lista.

A pesar de haber sido citado en el libro blanco y estar en el pequeño grupo de personas que conoció de primera mano Bitcoin, Back nunca se involucró en el desarrollo del software original y ha afirmado varias veces no haber conocido nunca a Nakamoto. “Realmente me interesé en Bitcoin a inicios de 2013”, ha afirmado.

A partir de entonces, Back se ha involucrado cada vez más con la tecnología, e incluso cofundó Blockstream, una empresa enfocada en el desarrollo de la tecnología de Bitcoin y la creación de servicios asociados a su protocolo. Otros miembros de la empresa son Gregory Maxwell, Pieter Wuille o Matt Corallo, reconocidos desarrolladores de Bitcoin Core.

La idea de Blockstream es profundizar el desarrollo de Bitcoin. La empresa, registrada en Canadá, recaudó USD 21 millones en 2014, en una ronda de financiamiento inicial liderada por Reid Hoffman cofundador de LinkedIn, y primer inversionista de marcas como Facebook o Airbnb.

Cabe decir que, debido a la relación de Blockstream con Bitcoin Core, algunos han insinuado que Bitcoin se ha convertido en una red centralizada, bajo el control de la empresa. Sin embargo, según un estudio de WhaleCalls, entre el 12 y el 20% de las modificaciones hechas al protocolo han sido impulsadas y llevadas a cabo por desarrolladores relacionados con la empresa.

Hashcash y la PoW diseñada para su funcionamiento ha sido utilizada con otros fines. La prevención de ataques de denegación de servicio, las garantías de la integridad del análisis web, así como servicios asociados a la comprobación de contraseñas en línea han utilizado la tecnología implícita en el invento de Back.

La influencia de Back es significativa en Bitcoin, especialmente por el análisis e implementación de su tecnología hecha por Nakamoto. Se le podría considerar uno de los grandes abuelos de la comunidad, y Hashcash un referente claro para su propio funcionamiento.

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