La criptomoneda ha estado en boca de todos por el explosivo crecimiento de su precio. Pero hay otro valor detrás que tampoco para de crecer y es el del consumo eléctrico de toda su red. ¿Cuál es el origen de este costo? ¿Y cómo se relaciona con su modelo de seguridad?
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¡Bitcoin! Durante el último mes Bitcoin se instaló en boca de todos y esto fue gracias al exponencial aumento de su precio. En poco más de un mes un bitcoin pasó de valer 5.800 USD (principios de noviembre) a alcanzar picos de 19.700 USD en estos últimos días de diciembre. Si tomamos los valores promedio del mes de enero, su precio se multiplicó por 20 en un año.
Bajo este crecimiento, se han popularizado las historias de personas que adquirieron bitcoins allá por el 2011, donde alcanzó por primera vez la paridad con el dólar, y hoy en día se han convertido en millonarios. Haciendo un paralelismo con historias menos afortunadas, por ejemplo, si hubiera conservado los 0.0018 BTC que me regalaron en la Ekoparty 2014 (en esos días 0,61 USD) hoy tendría unos 35 USD y por el año 2020 unos módicos 1800 USD (o McAfee tendría que comerse algo).
Dejando un poco de lado el precio de la criptomoneda, el valor que me sorprendió, al no tenerlo nunca presente en la ecuación, fue el del consumo eléctrico de toda la red Bitcoin.
Digieconomist mantiene actualizado un índice de consumo eléctrico de Bitcoin, en el que utiliza un modelo basado en la perspectiva económica (emplea variables como la ganancia de los mineros, el porcentaje de dichas ganancias destinado a la energía y el costo promedio del kWh). Si comparamos el consumo de la red con el de los países a nivel mundial, el índice ubica a Bitcoin en el puesto n°59, muy cerca de Catar, con un valor estimado de 34,96 TWh anuales y en aumento. Es más, algunas proyecciones prevén que para el año 2020, la minería consumiría toda la energía producida en el mundo si se continúan con los niveles de crecimiento actuales.
Existe mucho debate detrás de dichos números, pero es innegable que el impacto eléctrico de la red es considerable y un problema a resolver en el futuro cercano. Ahora bien, ¿De dónde surge ese consumo?
El consenso distribuido
Bitcoin, como todas las criptomonedas disponibles en la actualidad, implementa la criptografía como parte central de su protocolo. En este sentido, Bitcoin utiliza el algoritmo de curva elíptica ECDSA para verificar que los fondos solo puedan ser transferidos por sus legítimos propietarios y SHA-256 tanto para la creación de direcciones bitcoin como para el mantenimiento de la “estrella” de su protocolo: la cadena de bloques o blockchain.
La blockchain es un registro público y descentralizado de todas las transacciones históricas de la red. Cada bloque de esta cadena es una colección de transacciones que han ocurrido en un intervalo de tiempo determinado (aproximadamente unos 10 minutos). Cuando hablamos de público y descentralizado, hacemos referencia a que cada nodo de la red cuenta con una copia de la blockchain. De esta manera se evitan los problemas de seguridad que acarrean los registros centralizados.
Entonces podríamos pensar, si no existe una autoridad central: ¿Cómo se garantiza la integridad del registro transaccional? ¿Cómo se evita que un usuario malintencionado modifique la cadena de bloques o realice un “doble gasto” de un bitcoin?
Las respuestas las aportan los algoritmos de consenso. Un algoritmo de consenso está conformado por una serie de reglas que son utilizadas para determinar que copia de la blockchain es válida y cuál no. Por lo tanto, la cadena solo puede ser actualizada (adición de un nuevo bloque de transacciones) a partir del consenso de la mayoría de los usuarios del sistema y, una vez efectuada, la información nunca puede ser borrada.
Aquí entran en juego los mineros quienes “compiten entre sí” para confirmar los nuevos bloques de transacciones y obtener como recompensa una cantidad determinada de la criptomoneda (en la actualidad 12,5 bitcoins). De esta manera los mineros cumplen una doble función, garantizan la integridad del registro transaccional e incorporan nuevos bitcoins a la red.
Para que exista un determinado interés en el minado de bitcoin el proceso utilizado para la confirmación de bloques emplea un sistema de Proof of Work.
Proof of Work (Prueba de Trabajo)
El concepto de Proof of Work se basa en requerir un cierto tipo de trabajo que obligue al minero invertir un determinado esfuerzo, basado en su costo e insumo de tiempo. El sistema es asimétrico, ya que debe ser difícil realizar el trabajo pero muy fácil verificarlo.
Bitcoin implementa el sistema hashcash como prueba de trabajo. En el mismo, un minero debe calcular un hash con determinadas características a través de ciertas variables de input definidas. Entre las variables se encuentran el hash del bloque anterior, la información de las transacciones a confirmar, el timestamp y un dato aleatorio llamado nonce. Este dato aleatorio es aquel que el minero puede ir modificando hasta obtener el tipo de hash requerido (una vez obtenido, todas las variables son publicadas para que la red realice la comprobación).
En consecuencia, producir una prueba de trabajo resulta ser un proceso aleatorio que puede incurrir una gran cantidad de pruebas para obtener un resultado válido (este gran esfuerzo se traduce en capacidad de cálculo o hashrate). De esta manera se “garantiza la honestidad” del minero, ya que una acción desleal sería más costosa que la recompensa obtenida por minar honestamente.
En este punto podría surgir una nueva pregunta ¿Qué pasaría si alguien acumula el 51% de la capacidad de cálculo de toda la red?
Ataque del 51%
Una vez que una transacción es confirmada en un bloque, no puede ser revertida sin que alguien destine una cantidad determinada de energía para reescribir la cadena. Si un atacante no acumula más de la mitad del poder de cálculo de la red y mientras los nodos honestos puedan comunicarse rápidamente, la probabilidad para que una transacción sea revertida decrece exponencialmente con el número de confirmaciones que esta reciba.
Sin embargo, si un minero o un grupo de ellos controla el 51% o más del hashrate de toda la red de minado las probabilidades de éxito del ataque aumentan a un 100% [Bitcoin’s Security Model Revisited de Yonatan Sompolinsky y Aviv Zohar]. Como los atacantes pueden generar bloques más rápido que el resto de la red y simplemente perseverar su propia versión de la cadena de bloques hasta que sea más larga que la rama creada por la red honesta. Esta situación de control sobre la red podría permitirles prevenir que nuevas transacciones sean confirmadas, bloqueando pagos entre un grupo o la totalidad de los usuarios, y realizar lo que se conoce como doble gasto de las monedas.
El costo económico que requiere esta capacidad de cómputo se contabiliza en unos 4,3 mil millones de dólares, sólo en hardware, al que se le debería agregar unos 7,7 millones de dólares diarios en gastos por consumo eléctrico (153.827.827 kWh). Un minero con fines de lucro obtendría desproporcionadamente mayores ganancias a través de la minería honesta que intentando perpetrar ataques de mayoría.
El escenario más probable en el que se emplearía este ataque sería que un gobierno intente obtener el control de Bitcoin, adquiriendo la mayoría del poder de cómputo de la red (ya sea directamente o imponiendo normas a los mineros privados dentro de sus territorios), para lograr desestabilizarla [bitcoinwiki].
Así, el precio de la moneda se convierte en uno de los principales partícipes de la seguridad del protocolo (gracias al accionar del sistema de Pruebas de Trabajo). Si el bitcoin es depreciado, no habría incentivo económico para falsificar transacciones. Si por el contrario, aumenta su valor, se incrementarían las ganancias provenientes de la recompensa por el minado honesto por sobre cualquiera otra actividad derivada de un accionar malicioso.
La huella de carbón
El mayor interés por la criptomoneda (precio) incentiva a la incorporación de nuevos usuarios y mineros a la red. A mayor valor unitario del bitcoin, mayor es la recompensa por la minería y consecuentemente mayor el interés en minar y el consumo eléctrico de la red.
De acuerdo a Digiconomist, la mayoría del porcentaje del poder de cómputo de la red se sustenta en la energía producida por las plantas de carbón de China (donde se alojan la mayor cantidad de mineros del mundo). Por este motivo, el problema del consumo eléctrico masivo se traslada a la sustentabilidad de la matriz energética mundial más que al consumo en sí.
La huella de carbón actual por una transacción bitcoin es de 119 kg de CO2. Un viaje (sólo ida) en avión y clase económica desde Buenos Aires a Rosario (300 km) implica una huella de 115 kg de CO2.
Conclusiones
Es innegable que el sistema de Proof of Work no es eficiente en términos energéticos y consecuentemente acarrea un alto impacto ecológico. Sin embargo, dicho consumo e impacto es utilizado para garantizar un alto grado seguridad del protocolo. Entonces la pregunta se centra en: ¿Vale la pena pagar el costo? La respuesta es personal. Como todo sistema tiene sus pro y sus contras. Si elegimos la opción ecológica ¿Existen alternativas? ¿Puede modificarse el protocolo?
Proof of Work no es el único algoritmo de consenso. Otros algoritmos energéticamente más eficientes (y con niveles de seguridad equivalentes) como por ejemplo Proof of Stake (o Prueba de Participación) han sido desarrollados en los últimos años y podrían introducirse en Bitcoin si existe consenso de sus usuarios. El consenso opera como piedra fundamental desde el desarrollo del código hasta en la definición de su cadena de bloques y cualquier otra variable o elemento que componga al protocolo (SHA-256 no será seguro por siempre…)
Sitios de interés
https://www.coindesk.com/price/