Segwit, la solución al tamaño de bloque

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Segwit puede ser capaz de proporcionar una solución técnica acerca de si Bitcoin o cualquier otra criptomoneda debe aumentar su límite del tamaño de bloque, creando así un escenario interno en la estructura de la cadena de bloques.

Segwit también denominado ‘Testigo Segregado’, se piensa que va a revolucionar al Bitcoin como una solución a acelerar las transacciones, mientras que otros se desilusionan en seguir su modelo y prefieren consolidar hacia un Hard Fork como alternativa a concebir una nueva criptomoneda a partir de la misma blockchain de la original.

¿Qué es el Segwit?

Para comprender esto, primero deberás discernir algunos conceptos básicos. ¿Cómo funcionan las transacciones con Bitcoin?

«Supongamos que Ana quiere enviar una cierta cantidad de bitcoins a Bill. ¿Cómo funciona el sistema de transacción con Bitcoin? Las transacciones con Bitcoin son muy diferentes de las transacciones del monedero tradicional de la divisa FIAT.

Si Ana le diera U$ 2 a Bill, ella tomaría físicamente los 2 dólares de su monedero y se los daría a Bill. Sin embargo, las cosas no funcionan así en Bitcoin. No posees físicamente ningún Bitcoin, lo que tienes es la prueba de que tienes bitcoins».

Hay dos cosas más que debes saber:

• Los mineros validan tus transacciones colocando los datos dentro de las minas que han bloqueado. A cambio de dar este servicio, cobran una comisión por transacción.
• Cuando se trata de la moneda FIAT, no se hace un seguimiento de cómo y de dónde se obtiene esa nota específica. Por ejemplo: abres tu monedero en este momento y sacas todas las notas y monedas que contiene. ¿Puedes decir exactamente de dónde conseguiste cada una de las notas y monedas específicas? Es muy probable que no. Sin embargo, con Bitcoin, se toma nota del historial de todas y cada una de las transacciones.

Ok, ahora vamos a profundizar en cómo se lleva a cabo una transacción de bitcoins entre Ana y Bill. Hay dos lados en una transacción, la Entrada y la Salida. 

Todas estas transacciones tendrán un nombre que descubriremos al final. Por ahora, veamos la dinámica.

Entrada de la transacción

Para hacer que esta transacción ocurra, Ana necesita obtener bitcoins que ha recibido de varias transacciones anteriores. Recuerda, como se mencionó antes, en bitcoins, cada moneda se contabiliza a través de un historial de transacciones.

Entonces, supongamos que Ana necesita extraer bitcoins de las siguientes transacciones, que se denominaremos TX(0), TX(1) y TX(2). 

Estas tres transacciones se agregarán juntas y eso te dará la transacción de entrada que llamaremos TX(Entrada)

El diagrama se verá de la siguiente forma:

Entonces, esto será desde el lado de entrada, vamos a ver cómo se verá desde el lado de salida.

Salida de la transacción

La salida básicamente tendrá un número de bitcoins que Bill poseerá después de la transacción y cualquier cambio restante sobrante, luego se enviará nuevamente a Ana. 

Este cambio se convierte en su valor de entrada para todas las transacciones futuras.

Una representación diagramada del lado de la salida se verá así:

Ahora bien, esta es una transacción muy simple que tiene solo un resultado (además del cambio), hay transacciones que son posibles con múltiples salidas.

Este es el aspecto del diseño básico de la transacción. Sin embargo, para que todo esto pase, se deben cumplir ciertas condiciones.

Condiciones de la transacción

TX(Entrada) > TX(Salida). La transacción de entrada debe ser siempre mayor que la transacción de salida. 

En cualquier transacción, el déficit entre la entrada y la salida (salida+cambio) son las comisiones de transacción que los mineros recaudan.

Entonces: comisiones de transacción = TX(Entrada) – (TX(Salida) + Cambio)

Del lado de la entrada: TX(0) + TX(1) + TX(2) = TX(Entrada). Si Ana no cuenta con los fondos necesarios para llevar a cabo las transacciones, los mineros simplemente rechazarán las transacciones.

Bill tendrá que demostrar que puede proporcionar la prueba necesaria para obtener los bitcoins. 

Ana bloqueará las transacciones con la dirección pública de Bill. Bill tendrá que presentar su clave privada para desbloquear las transacciones y obtener acceso a sus comisiones.

Ana también necesitará verificar tener los derechos necesarios para enviar los bitcoins en primer lugar. La forma en que lo hace es firmando la transacción con su firma digital (también conocida como su clave privada)

Cualquiera puede decodificar esto usando su clave pública y verificar que fue Ana quien envió los datos. Esta prueba se llama «Datos de firma». Recuerda esto porque será muy importante más adelante.

Entonces, ¿cuál va a ser el nombre de toda esta transacción?

La entrada (incluidos los datos de firma) y los datos de salida se suman y se procesan utilizando el algoritmo hash SHA 256. El hash de salida es el nombre que se le da a esta transacción.

Detalles del código de transacción

Así es como se ve la transacción en el código del formulario. Supongamos que Ana quiere enviar 0.0015 BTC a Bill, y para hacerlo, envía entradas que valen 0.0015770 BTC. 

Así es como se ve el detalle de la transacción:

Lo primero que vas a ver:

Es el nombre de la transacción, también conocido como el valor de hash de entrada y salida.

Vin_sz es la cantidad de datos de entrada desde que Ana envía los datos utilizando solo una de sus transacciones anteriores, su valor es 1.

Vout_sz es 2 porque las únicas salidas son Bill y el cambio.

Estos son los datos de entrada:

¿Ves los datos de entrada? Ana solamente está usando una transacción de entrada (en el ejemplo de arriba, esta será TX (0)), esta es la razón por la cual vin_sz era 1.

Debajo de los datos de entrada están sus datos de firma.

Debajo de todo esto están los datos de salida:

La primera parte de los datos significa que Bill obtiene 0.0015 BTC.

La segunda parte significa que 0.00005120 BTC es lo que Ana está recibiendo como cambio.

Ahora, ¿Recuerdas que los datos de entrada fueron de 0.0015770 BTC? Esto es mayor que (0.0015 + 0.00005120). El déficit de estos dos valores es la comisión de transacción que los mineros están cobrando.

Entonces, esta es la anatomía de una transacción simple.

Sin embargo, antes de continuar, analicemos un tipo especial de transacción llamada transacción de Coinbase. 

Básicamente, es la primera información de transacción que está en el bloque, y significa la recompensa minera que obtienen los mineros al extraer el bloque.

A partir de ahora, la recompensa es 12.5 BTC. Estas transacciones no tienen datos de entrada y solo tienen datos de salida. Recuerda esto porque se volverá un tema importante más adelante.

¿Cuál es el problema de la escalabilidad del Segwit?

Ahora recuerda, todas las transacciones que suceden en la cadena de bloques se llevan a cabo porque los mineros realmente extraen estos bloques y colocan las transacciones en los bloques para validarlos. 

Pero, solo hay muchas transacciones que puedes poner en el bloque. Cuando se concibió al Bitcoin por primera vez, no existía el límite de bloque.

Sin embargo, Satoshi Nakamoto (fundador(es) de Bitcoin), se vio obligado a agregar el límite porque previeron un posible ataque DoS (ataque de denegación de servicio) que los hackers y trolls pueden infligir en la cadena de bloques.

Pueden completar los bloques con transacciones de correo no deseado, y pueden extraer bloques que podrían ser innecesariamente grandes para obstruir el sistema. Como resultado, a los bloques se les dio un límite de tamaño de 1 MB.

Esto era viable al principio, pero a medida que su popularidad se hacía cada vez más grande, comenzaron a sumarse varias transacciones. 

Este gráfico muestra la cantidad de transacciones que han estado sucediendo cada mes:

Como puedes ver, el número de transacciones mensuales solo está aumentando y con el límite del tamaño de bloque actual de 1 MB, Bitcoin solo puede manejar 4.4 transacciones por segundo.

Una de las principales razones por las que las transacciones son voluminosas y ocupan tanto espacio es debido a los datos de firma que contienen (te había comentado que tuvieras esto en cuenta). 

El hecho es que el 65% del espacio que utiliza la transacción está ocupado por los datos de la firma.

A medida que el número de transacciones ha aumentado a pasos agigantados, también aumentó la velocidad a la que los bloques se completaron. 

En la mayoría de los casos, la gente tenía que esperar hasta que se crearan nuevos bloques para que sus transacciones se llevaran a cabo.

Esto creó un atraso en las transacciones, de hecho, la única manera de priorizar sus transacciones fue pagar una comisión de transacción lo suficientemente alta como para atraer e incentivar a los mineros a priorizar sus transacciones.

Esto introdujo el sistema de ‘reemplazo por comisión’. Básicamente, así es como funciona. Supongamos que Ana está enviando 5 bitcoins a Bill, pero la transacción no se realiza debido a un retraso. 

Ella no puede «borrar» la transacción porque los bitcoins una vez gastados, nunca pueden volver.

Sin embargo, Ana puede realizar otra transacción de 5 bitcoins con Bill, pero esta vez con comisiones de transacción que son lo suficientemente altas como para incentivar a los mineros. 

A medida que los mineros pongan su transacción en el bloque, también sobrescribirá la transacción anterior y la anulará.

Si bien el sistema de ‘reemplazo por comisión’ es rentable para los mineros, es un inconveniente para los usuarios que pueden no ser tan buenos. 

De hecho, aquí hay un gráfico del tiempo de espera que un usuario deberá pasar si pagó las comisiones de transacción mínimas posibles:

Si pagas las comisiones de transacción más bajas posibles, tendrás que esperar un tiempo medio de 13 minutos para que tu transacción se complete.

Una posible solución que se pensó para acelerar las transacciones fue la presentación de la Red Lightning Network.

Cómo es la red Lightning Network

Lightning Network es un sistema de micropagos por fuera de la cadena que está diseñado para hacer que las transacciones funcionen más rápido en la blockchain.

Fue conceptualizado por Joseph Poon y Tadge Dryja en su libro blanco técnico que tenía como objetivo resolver el límite del tamaño de bloque y de los problemas en el retraso de la transacción. Opera sobre Bitcoin y generalmente se denomina «Capa 2».

Como señala Jimmy Song en su artículo mediano:

«La red Lightning Network funciona creando una transacción con doble firma. Es decir, tenemos un nuevo cheque que requiere que ambas partes firmen para que sea válido.

El cheque especifica cuánto se envía de una parte a otra. A medida que se realizan nuevos micropagos de una parte a otra, se cambia el monto del cheque y ambas partes firman el resultado».

La red permitirá a Ana y a Bill realizar transacciones entre ellos sin que una tercera parte, incluso los mineros, los mantengan cautivos. 

Para activar esto, la transacción debe ser firmada por Ana y Bill antes de que se emita en la red. Esta doble firma es crítica para que la transacción se realice.

Sin embargo, aquí es donde enfrentamos otro problema.

Como la verificación doble depende en gran medida del identificador de transacción, si por algún motivo se cambia el identificador, esto causará un error en el sistema y la red Lightning Network no se activará.

En caso de que te preguntes cuál es el identificador de la transacción, es el nombre de la transacción, también conocido como el hash de las transacciones de entrada y salida, en el ejemplo que se ha mencionado antes como el identificador de transacción.

Ahora, te estarás preguntando, ¿Qué causaría que cambie el identificador de transacción? Esto nos lleva a un error interesante en el sistema de Bitcoin llamado «Transaction Malleability».

¿Qué es la maleabilidad de la transacción?

Antes de que puedas comprender qué es la maleabilidad de las transacciones, es importante recapitular una de las funciones más importantes en el modelo cripto-económico: el hash. 

Para darte una breve descripción general, una función de hash puede tomar cualquier entrada de cualquier longitud pero la salida que da siempre es de una longitud fija.

Sin embargo, hay otra función importante del hash que necesitarás saber para comprender y se llama «error de maleabilidad de la transacción». 

Cualquier pequeño cambio en los datos de entrada cambiará drásticamente el hash de salida.

Por ejemplo, puedes verificar esta prueba que se ha realizado con el algoritmo SHA-256, también conocido como el algoritmo hash utilizado por Bitcoin:

¿Viste eso? ¡Acabamos de cambiar la letra T de mayúscula a minúscula y verás lo que pasó a la salida!

Una cosa más que debes entender acerca de la cadena de bloques es que es inmutable, lo que significa que una vez que los datos se han insertado en un bloque, nunca más se podrán cambiar. 

Si bien esto demuestra una red de seguridad contra la corrupción, hubo una debilidad que nadie vio venir.

¿Qué pasa si los datos fueran manipulados antes de que ingresaran al bloque? Incluso si las personas se enteraran más tarde, ¡No había nada que nadie pudiera hacer al respecto porque los datos una vez ingresados en un bloque nunca se pueden eliminar! 

Eso en esencia es por qué la maleabilidad de las transacciones es un problema.

Ahora, ¿Por qué ocurre la maleabilidad de las transacciones?

Resulta que la firma que acompaña a los datos de entrada se puede manipular, lo que a su vez puede cambiar la identificación de la transacción. De hecho, puede hacer que parezca que la transacción ni siquiera ocurrió en primer lugar. Veamos esto en un ejemplo.

Supongamos que Bill quiere que Ana le envíe 3 BTC. Ana inicia una transacción de 3 BTC a la dirección pública de Bill y luego la envía a los mineros para su aprobación. 

Mientras la transacción está esperando en la cola, Bill utiliza la maleabilidad de las transacciones para alterar la firma de Ana y cambiar la identificación de la transacción.

Ahora existe la posibilidad de que esta transacción manipulada sea aprobada antes de que Ana sea aprobada, lo que a su vez sobreescribe la transacción de Ana. Cuando Bill obtiene sus 3 BTC, simplemente puede decirle a Ana que no recibió los 3 BTC que le debía. 

Luego, Ana verá que su transacción no se realizó y lo reenviará. Como resultado, Bill terminará con 6 BTC en lugar de los 3 BTC.

Así es como la maleabilidad de las transacciones puede funcionar y este es un problema serio. Mira esto:

Estas son estadísticas del ataque de maleabilidad del 2015 con Bitcoin. Las líneas rojas representan aproximadamente las transacciones mal hechas en la red.

Ahora, ¿Recuerdas lo que se ha mencionado al principio? La maleabilidad de la transacción estaba sucediendo porque los datos de la firma eran templables. 

Por lo tanto, no solo los datos de la firma consumían espacio en el bloque, sino que también representaban una amenaza grave con la maleabilidad de las transacciones.

El Segwit y las cadenas laterales

Las cadenas laterales como concepto han estado en los círculos del Bitcoin desde hace bastante tiempo. 

La idea es muy directa, tienes una cadena paralela que corre junto con la cadena principal. La cadena lateral se unirá a la cadena principal a través de un punto de dos vías.

Esto es lo que parecía ser la idea principal de Blockstream acerca de la cadena de bloques del Bitcoin y de la cadena lateral:

Lo que el Dr. Wiulle pensó era simple ¿Por qué no agregar una característica a esta cadena lateral? 

Esta característica incluiría los datos de firma de todas las transacciones, separándolas en el proceso de la cadena principal. Esta característica se llamaría Testigo Segregado como Segwit.

Así es como se vería un bloque una vez que se implementa el Segwit:

De esa manera, al eliminar los datos de firma de las transacciones, se matan dos pájaros de un tiro, el espacio del bloque se vacía y las transacciones se volvían maleables.

Sin embargo, había una cosa más que necesitaba ser trabajada. La activación del Segwit solo fue posible a través de un Hard Fork, que es lo que todos querían evitar. Los desarrolladores querían ver alternativas de un Soft Fork.

El Segwit como Soft Fork

Para utilizar el Segwit como un Soft Fork, los desarrolladores tuvieron que proponer 2 ingeniosas innovaciones. Estas son los siguientes:

• Organiza los datos de la firma en las cadenas laterales en forma de un árbol de Merkle
• Guarda una parte de los datos de firma en una nueva parte del bloque

Antes de continuar, realicemos un breve repaso de los árboles de Merkle.

¿Qué es el árbol de Merkle?

El diagrama de arriba muestra cómo es un árbol de Merkle. En un árbol de Merkle, cada nodo sin hoja es el valor hash de sus nodos secundarios.

Nodos hoja: son los nodos del nivel más bajo del árbol. Entonces, en el diagrama de arriba, los nodos hoja serán los bloques L1, L2, L3 y L4.

Nodos secundarios: son los nodos debajo de su nivel que son alimentados por sus nodos secundarios. En el diagrama, los nodos etiquetados como ‘Hash 0-0’ y ‘Hash 0-1’ son los nodos secundarios del nodo etiquetado como ‘Hash 0’.

Nodos raíz: el nodo individual del nivel más alto etiquetado como ‘Hash Superior’ es el nodo raíz, también conocido como Raíz de Merkle.

Todas las transacciones dentro de un bloque se organizan en forma de un árbol de Merkle, y la raíz de Merkle de todos los datos se guarda dentro del bloque. Se puede acceder a todas las transacciones atravesando la raíz de Merkle.

Entonces, ¿Qué sugirieron los desarrolladores del Segwit? ¿Por qué no ejecutar otro árbol de Merkle, pero solo con los datos de firma? Esa fue la primera innovación.

La segunda innovación fue saber exactamente dónde poner la raíz de Merkle de los datos de la firma. 

Los desarrolladores sabían que para activar la bifurcación del Segwit, la raíz de la firma debía colocarse en el bloque. El lugar que eligieron fue el punto de transacción de Coinbase.

Ahora recuerda, que se ha mencionado esto antes, la transacción de Coinbase es la primera transacción que tiene lugar en un bloque, esta es básicamente la transacción que le otorga a los mineros su recompensa y no tiene ningún valor de entrada de ningún tipo.

Lo que los desarrolladores no se dieron cuenta fue que al hacerlo, sin darse cuenta tropezaron con algo que tendría repercusiones mucho más amplias.

Al colocar la firma de Merkle en un nuevo lugar en el bloque, fueron aumentando cada vez más el tamaño de bloque, ¡Sin aumentar el límite del tamaño de bloque en primer lugar!

Así que básicamente, lo que lograron fue que aumentaron el tamaño de bloque e hicieron que toda la transición fuera compatible con versiones anteriores, también conocido como el Soft Fork. 

Este fue un avance importante que le dio a la red Bitcoin una solución temporal para sus problemas de escalabilidad.

La convención de escalabilidad de Hong Kong y detractores del Segwit

En la convención de Hong Kong de 2015, el Dr. Wiulle presentó la propuesta del Segwit, que en gran medida se recibió muy bien. Se suponía que esta era la respuesta que todos estaban buscando. 

Se esperaba que todos saltasen a bordo, sin embargo, no funcionó de esa manera. Algunos de los mineros tenían un gran problema con el Segwit.

Cuando los desarrolladores crearon el Segwit, le agregaron una cláusula especial. Solo se podía activar cuando tuviera el 95% de aprobación de los mineros. 

Después de todo, es un gran cambio en el sistema y se dieron cuenta de que conseguir una gran mayoría era el camino a seguir. Sin embargo, esto causó una interrupción en el sistema.

Algunos de los mineros no querían que se activara. Ellos tenían miedo dado que el espacio de bloques disponible aumentara, habría más espacio disponible para las transacciones, lo que reducía el tiempo de espera.

Esto a su vez, reduce las comisiones de transacción y lograría eliminar el sistema de ‘reemplazo por comisión’, que son sus principales modos de ingresos (además de la recompensa por bloque). Entonces, como resultado, la implementación del Segwit se estancó.

Esto a su vez, enfureció a los usuarios. En el contexto de una cadena de bloques, los usuarios son personas que ejecutan nodos en la red de la blockchain. Se dieron cuenta de que había que hacer algo para alentar a los mineros a que minaran bloques activados.

Junto con los mineros, hubo algunos desarrolladores que no estaban contentos con la solución del Segwit. Desde su punto de vista, una solución temporal no era lo suficientemente buena, algo más permanente, como un aumento en el tamaño de bloque, era más necesario.

Uno de los clientes de Bitcoin que ofrece un aumento en el tamaño de bloque llamado ‘Bitcoin Unlimited’, estaba ganando mucho apoyo. 

El CEO de DCG, Barry Silbert, creía que la comunidad de Bitcoin estaba bajo una gran confusión, y si no se abordaba el problema, podría generar muchas tensiones en el futuro.

Llamó a todos para una reunión en Nueva York. El resultado de esta reunión es lo que se conoce como ‘El acuerdo de Nueva York’.

El acuerdo de Nueva York

El 21 de mayo de 2017, miembros prominentes de la comunidad de Bitcoin se reunieron en Nueva York para la convención. 

Después de muchas deliberaciones, se llegó a un compromiso entre los aumentos del pro-segwit y del pro-blocksize. El resultado de la reunión fue básicamente un acuerdo de 2 etapas.

Etapa 1: El Segwit se puso en marcha. El porcentaje de mineros que necesitaron dar su consentimiento para que esto funcione se redujeron del 95% al 80%. 

Se publicó el soft fork, cualquier minero que minara bloques que no fueran amigables automáticamente serían rechazados de la cadena de bloques. 

Los mineros que mostraron su apoyo a esto comenzaron a incluir las letras ‘NYA’ en sus bloques.

Etapa 2: Seis meses después de la activación del Segwit, la cadena de bloques se sometió a un hard fork y los tamaños de bloques aumentaron de 1 MB a 2 MB.

Consecuencias sobre el acuerdo de Nueva York

Hubo algunos detractores acerca del Segwit2x. De hecho, esto condujo a una serie de eventos que finalmente dieron origen al Bitcoin Cash. 

Sin embargo, muchos de los miembros de la comunidad decidieron que este era el mejor camino para seguir adelante con Bitcoin.

Todos estaban muy entusiasmados con la próxima activación del Segwit que iba a ser a mediados de julio de 2017; pero luego sucedió algo, debido a muchas complicaciones, ¡Los mineros desaparecieron!

El Segwit no se activó cuando debería haberlo hecho y eso causó pánico generalizado porque se consideró que esto dividiría aún más a la comunidad de Bitcoin Core.

Esto bajó el precio del BTC de U$ 2500 a U$ 1900, el valor más bajo en más de un mes. Esta caída en el precio sorprendió a la comunidad minera y los puso en acción.

Para el 20 de julio, la primera etapa de activación del Segwit, el BIP 91 se bloqueó. El 8 de agosto se alcanzó el punto de no retorno y finalmente el 24 de agosto de 2017 se activó el Segwit.

Conclusiones sobre el Segwit y sus características

Pros

• Aumenta la cantidad de transacciones que un bloque puede realizar
• Disminuye las comisiones de transacción
• Reduce el tamaño de cada transacción individual
• Las transacciones ahora se pueden confirmar más rápido porque el tiempo de espera ha disminuido
• Ayuda en la escalabilidad del Bitcoin
• Dado que la cantidad de transacciones en cada bloque aumentó, puede aumentar las comisiones totales que un minero puede cobrar
• Elimina la maleabilidad de las transacciones
• Ayuda en la activación del protocolo Lightning Network
• Elimina el problema del hash cuadrático: el hash cuadrático es un problema que viene junto con el aumento del tamaño de bloque. El problema es que en ciertas transacciones, el hash de las firmas se escala de forma cuadrática y no lineal

Básicamente, doblar la cantidad de transacciones en un bloque duplicará la cantidad de transacciones y eso a su vez, duplicará la cantidad de datos de firma que estarán dentro de cada una de esas transacciones.

Esto haría las transacciones aún más voluminosas y aumentaría el tiempo de transacción. Esto abre puertas a las partes malintencionadas que quieran enviar spam a la cadena de bloques.

El Segwit resuelve esto al cambiar el cálculo del hash de la firma y como resultado, hace que todo el proceso sea más eficiente.

Contras

• Los mineros ahora obtendrán comisiones de transacción menores para cada transacción individual
• La implementación es compleja y todas los monederos deberán implementarse por separado
• Aumentará significativamente el uso de recursos, ya que aumentará la capacidad, las transacciones y el ancho de banda
• A medida que se exhiba la creación de Bitcoin Cash, finalmente se dividirá la comunidad de Bitcoin Core
• Otro problema con el Segwit es el mantenimiento. La cadena lateral que contiene los datos de firma también deberá ser mantenida por los mineros. Sin embargo, a diferencia de la cadena de bloques principal, los mineros no tienen beneficios financieros al hacerlo, tendrá que hacerse de forma voluntaria o se deberá pensar en algún esquema de recompensa para incentivar a los mineros