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Camino a la sostenibilidad en Ethereum ¿a costa de todo?
17 de octubre de 2022

El mundo blockchain está feliz por que se ha producido la esperada implantación del cambio “The Merge” en la red de Ethereum. Yo no comparto este optimismo.Este cambio, que algunos ya han denominado como “el más grande hito en la historia de las criptomonedas”, pretende, entre otras cosas, pero como uno de sus principales objetivos, reducir el consumo energético de la red gracias a la modificación derivada del procedimiento de ejecución de minería de la red, el protocolo de consenso “Proof-of-Work” (prueba de trabajo) al haberlo cambiado al protocolo “Proof-of-Stake” (prueba de participación). En el primer caso, la inclusión de nuevos bloques en la cadena se produce cuando uno de los mineros, en competición abierta con todos los otros mineros declarados de la red, resuelve el desafío criptográfico embebido en el bloque. Dado que todos los mineros están tratando de resolver este problema al mismo tiempo, y que el problema matemático en sí mismo no es trivial, supone una elevada ejecución de operaciones en CPU/GPU lo que lleva a un consumo de energía importante en cada nodo. Y como el número de nodos mineros en la red es relativamente alto, el consumo global de la red es alto. Este consumo agregado es lo que ha cambiado con la implantación de “The Merge” el pasado 15 de septiembre. Sin datos aún para poder apoyar, o desmentir, esta hipótesis, la comunidad Ethereum ha estimado que el gasto de energía será, aproximadamente, un 99,5% inferior al anterior con PoW. De ser así, será una gran noticia para el conjunto del planeta; una no tan buena noticia para las compañías del sector energético que se lucraban a costa de los mineros; y una no tan deseable noticia, realmente, para los que pensamos que las redes blockchain deben ser totalmente descentralizadas si quieren aportar una diferencia significativa con otras tecnologías.

Os preguntareis por qué escribo que no es una noticia deseable para la descentralización que se haya producido el “The Merge”. Lo explico.

Tenemos que empezar viendo la distribución de nodos mineros en el mundo. Podíamos observar, ya antes de este hito, una cierta tendencia a la centralización en grandes pools de minería asociados a fondos de capital riesgo (sí, esos chicos tan importantes para la economía mundial) tanto en China como en EE. UU. y, en menor medida, en otras partes del mundo. Esto no era una buena noticia para la salud de la red Ethereum puesto que, en definitiva, significaba que una “asociación” de estos mineros podría alterar la cadena y, en el peor de los casos, reescribirla. No había ocurrido aún, en mi opinión, porque la dificultad del protocolo PoW contrarrestaba a ese hipotético plan de perversos mineros asociados. No había garantía que un pequeño minero pudiese minar un bloque, como de hecho ocurrió en un par de ocasiones en este año, y fastidiara el plan. Sin embargo, el paso a PoS hace mucho más sencillo, que no fácil, esta manipulación de las cadenas de bloques. Recordemos que el protocolo PoS se basa en el concepto de que un nodo que quiere ser validador se debe comprometer con la red manteniendo una serie de ethers bloqueados como garantía de su buen hacer en el trabajo y que los bloques son propuestos por un validador y refrendado por un grupo selecto de otros nodos validadores (que ya no son todos los mineros en competencia total).

Pero ¿qué ocurre cuando un grupo de nodos validadores, suficientemente grande, asociados a un mismo pool, están participando en este juego? Pues que, realmente, aunque el protocolo establece una cierta aleatoriedad en la asignación de validadores cada cierto tiempo, podemos ver, usando un simple ejercicio de probabilidad, que es muy probable que el pool, en su conjunto, pueda manipular los datos si los validadores de las rondas son todos “amigos” asociados al mismo pool.

Más aún, cuando el beneficio ahora no viene dado por el propio proceso de minería sino por las propinas que las transacciones dejan a los mineros validadores, con lo que el lucrativo negocio que tenían anteriormente ha disminuido. ¿Cuál es su nuevo incentivo para seguir minando? ¿solo las propinas? Recordemos que minar ethers era el más lucrativo de los diferentes procesos de minería hasta el momento. Tal vez por este cambio de tendencia asociado al protocolo, se ha empezado a producir una venta masiva de tarjetas GPU en el mercado de segunda mano, lo que sustenta esta hipótesis de que hay una desbandada generalizada de “inversores” mineros dejando únicamente en el proceso a los grandes interesados. Y eso no es bueno para la verdadera descentralización. Porque los que se están quedando son muchos de los asociados a los grandes pools y muy pocos de los individuales.

Me resulta curioso que el propio Vitalik Buterin, en declaraciones a ciertos medios, haya defendido que siempre quiso tener el PoS desde el inicio, pero que le aconsejaron implantar inicialmente PoW para poder extender la red Ethereum a un número suficientemente grande de personas, que no se hubiera podido conseguir de otro modo, y provocar una adopción de la tecnología junto con una perversa situación de dependencia de casos de uso sobre la red. No soy amigo de las teorías conspiranoicas así que pienso que más bien se uso PoW porque es un buen algoritmo de descentralización de la decisión y porque hace unos años no teníamos tan asumido la conciencia de reducir el consumo de energía asociado ni teníamos una guerra en Europa ni un entorno económico inflacionario global. Pero, si era o no verdad que PoS era el destino de Ethereum desde el inicio, eso sólo Buterin nos lo podrá confirmar.

Ahora solo queda observar y esperar que “The Merge” realmente no se convierta en un proceso involutivo.

Juan Luis Gozalo Web 3.0 Product Manager en Open Canarias October 2022


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Blockchain y consumo de energía
3 de octubre de 2022

Hace unos meses se produjo un importante debate sobre la posibilidad de prohibir determinados criptoactivos: los vinculados a blockchains que utilizan mecanismos de consenso de prueba de trabajo (PoW, proof of work), y que es el método utilizado por las principales redes blockchain, como Bitcoin y Ethereum (esta última red se encuentra inmersa en el proceso de sustituirlo por otro más eficiente). Esto ha ocurrido en el marco de la Unión Europea, en relación con la propuesta de Regulación de Mercados de Criptoactivos (MiCA). Aunque la Comisión de Asuntos Económicos y Monetarios del Parlamento Europeo votó en contra de dicha prohibición, nos enfrentamos a un importante debate relacionado con la sostenibilidad de estas infraestructuras, sobre todo por el inmenso desperdicio de energía que suponen los mencionados mecanismos de consenso.

¿Pero de verdad existe ese desperdicio? Definitivamente, sí. Conviene recordar cómo funciona la prueba de trabajo en la blockchain: los bloques los ordenan los mineros, sellándolos con el resultado de una serie de operaciones criptográficas, que finalmente recompensan con una cantidad de criptomoneda al nodo minero que logre un valor determinado, generando el bloque para ser verificado por el resto de los nodos. El objetivo es que sea más beneficioso esa recompensa que utilizar la capacidad de cómputo para manipular la cadena de bloques. Este es el método más seguro para evitar comportamientos deshonestos, ya que alternativas como la prueba de participación no proporcionan las mismas garantías. Pero seamos objetivos: es un enorme desperdicio de cómputo (y por extensión, de energía), que no aporta valor, salvo a la seguridad de la red (y a los mineros). Si encima nos situamos en el contexto actual, con un conjunto de medidas de ahorro energético para paliar el impacto de la guerra de Ucrania, debemos reconocer que es necesario encontrar soluciones a este despilfarro de energía desde la Ingeniería del Software. Por cierto, no me vale el argumento de que gran parte de que esa energía proviene de fuentes 100% renovables (de verdad, no sé de dónde sacan ese dato), porque sigue siendo eso: un desperdicio.

Ahora bien, conviene aportar algunos elementos de juicio que muchos colegas que atacan a la blockchain parecen haber olvidado. La idea que subyace en la prueba de trabajo creo que podemos ubicarla en los inicios de la expansión de Internet, a principios de los 90. En ese momento empezaron los envíos de correo masivo (el spam), y para proteger a los servidores se comenzó a requerir a los clientes un coste computacional previo al envío, como algunas operaciones aritméticas complejas, para desincentivar esos envíos masivos. Existen incluso ejemplos anteriores, pero es en 1999 cuando Markus Jakobsson y Ari Juels caracterizan el concepto de prueba de trabajo con la siguiente definición: “un probador le demuestra a un verificador que ha realizado una cierta cantidad de trabajo computacional en un intervalo de tiempo específico”. Sin ir más lejos recientemente, en un diseño de arquitectura basado en una red p2p, nos planteamos en Open Canarias la prueba de trabajo como mecanismo para prevenir que un atacante generara miles de nodos por segundo para colapsar el tráfico de la red.

Pero existe otro escenario donde el desperdicio de energía es flagrante, pero en cierto modo resulta inevitable: la ofuscación de passwords (palabras clave) con las que nos autenticamos en las aplicaciones y servicios. Esta ofuscación se realiza también con una función de hash, que deriva un resultado a partir del cual no se puede extraer la password original. Cuando hablamos de funciones de hash podemos pensar en estándares como MD5, SHA-1 o SHA-256, pero el problema es que estas funciones son rápidas y eficientes, y un atacante puede realizar millones de combinaciones hasta encontrar la que permite el acceso ataque de fuerza bruta. En realidad, usamos métodos como PBKDF2 (Password-Based Key Derivation Function 2), en el que forzamos una ralentización a través de la aplicación de múltiples iteraciones, que inhabilitan al mismo tiempo el potencial de cálculo de las GPUs (sí, la utilizadas por los mineros). Este enorme incremento del coste computacional que se produce miles de millones de veces al día tiene un efecto directo: un desperdicio inmenso de energía ¿Alguien se atreve a calcularlo?

Llegados a este punto, y más allá de estos escenarios específicos de desperdicio de energía, debemos reconocerle a la industria del software el “mérito” de ser, probablemente, el mayor depredador de energía. Mientras que otras industrias han tratado de hacer que sus productos, servicios y cadenas de suministro sean más eficientes desde el punto de vista energético, la realidad es que en el desarrollo de software la huella energética no es uno de los factores a tener en cuenta. Cada pedacito de tiempo ahorrado en la ejecución de un programa, o en la desactivación de servicios innecesarios, generalmente reducirá nuestro consumo de energía, pero esto tampoco sirve si los lenguajes más populares, como Python o Javascript, representan un auténtico despilfarro de tiempo de cómputo, y a pesar de eso los seguimos utilizado para todo tipo de escenarios, incluso para los que no fueron concebidos. Bueno, vamos a dejarlo ahí, porque este tema se merece un desarrollo más amplio, y además requiere de la aportación de evidencias empíricas sobre estas afirmaciones.

Como conclusión, me gustaría trasladar un mensaje de sosiego para este tipo de discusiones. Recuerdo el debate sobre el MiCA en las redes sociales, y cómo los talibanes a favor y en contra de la tecnología blockchain se atrincheraban en sus posiciones. Esta tecnología no deja de ser una solución al problema de representar y transferir valor a través de Internet, y el despilfarro de energía de la prueba de trabajo tiene sentido al objeto de ofrecer el máximo grado de seguridad y confianza en esas transacciones. Otras tecnologías de registro distribuido en general, y algunas blockchain en particular, aportan soluciones a otros muchos problemas, y probablemente aporten una reducción de la huella energética en muchos procesos económicos e industriales. En realidad, es la Ingeniería del Software en general la que debe adquirir un mayor compromiso con la sostenibilidad, y dejar de inhibirnos ante el problema que ocasionamos (sin dejar de reconocer líneas de trabajo como la de Coral Calero en la UCLM).

Antonio Estévez Septiembre 2022