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Oliver Thiessen
Universidad Cat´olica Nuestra Se˜nora de la Asunci´on [email protected] http://www.uca.edu.py
Abstract. Este paper es un informe del estado del de Bitcoin, la primera moneda digital criptogr´afica. Se explica en que consiste, como surgi´o, el funcionamiento con un cierto nivel de detalles t´ecnicos y el estado de la econom´ıa.
Key words: Bitcoin, Satoshi Nakamoto, moneda criptogr´afica, moneda digital, econom´ıa, peer-to-peer.
1 Introducci´on
El comercio en internet se ha tornado un comercio que conf´ıa exclusivamente en instituciones financieras que sirven como terceros de confianza. Este sistema funciona bastante bien para la mayor´ıa de los casos, pero sufre de algunas de- bilidades: No son posibles las transacciones completamente irreversibles, ya que las instituciones financieras no pueden evitar mediar las disputas, lo cual genera un costo, el cual sube el costo de la transacci´on. Esto a la vez limita el tama˜no m´ınimo de una transacci´on pr´actica de realizarse, imposibilitando as´ı a la posi- bilidad de realizarse transacciones peque˜nas, y hay un costo mayor en la p´erdida de la habilidad de hacer pagos no-reversibles a servicios no-reversibles. Esto au- menta la necesidad de confianza. Vendedores necesitan m´as informaci´on acerca de sus clientes de lo que ser´ıa necesario. Un cierto nivel de fraude se acepta como inevitable. Estos costos e incertidumbres de pago pueden ser evitadas utilizando una moneda f´ısica, pero no existe un mecanismo que permita hacer un pago por un canal de comunicaci´on sin un tercero de confianza. Lo que se necesita es un sistema de pagos basados en pruebas criptogr´aficas en lugar de confianza, permitiendo a cualquier par de personas intercambiar dinero sin necesitarse un tercero de confianza.
Bitcoin es una de las primeras implementaciones de un concepto llamado crypto-currency (en ingl´es: cripto-moneda o moneda criptogr´afica). Se basa en la noci´on que el dinero es cualquier objeto, o cualquier tipo de registro que se acepta como pago en cambio de bienes y servicios. Bitcoin fue dise˜nado considerando el uso de criptograf´ıa para controlar la creaci´on y transferencia de dinero, en vez de confiar en autoridades centrales. Satoshi Nakamoto, creador de Bitcoin, quer´ıa que las personas sean capaces de intercambiar dinero electronicamente de forma segura sin la necesidad de una tercera parte, como lo es un banco o una compa˜n´ıa como PayPal. Las t´ecnicas criptogr´aficas en las que se basa Bitcoin permiten al usuario estar seguro que el dinero recibido es aut´entico, incluso si no se conf´ıa en el pagante.
2 Historia
En el 2008, un programador conocido como Satoshi Nakamoto (el cual se cree es un alias) poste´o un paper a una lista lista de correo electr´onico de criptograf´ıa. Luego, en el 2009 el autor publica un software que puede ser utilizado para intercambiar bitcoins utilizando el esquema. Este software es mantenido por una comunidad open-source coordinada por 4 desarrolladores principales. Seg´un Jeff Garzik, desarrolador de Bitcoin y fundador de Bitcoin Watch (un organismo que monitorea la econom´ıa Bitcoin), ”Satoshi es una figura algo misteriosa. Yo y los otros desarrolladores ocasionalmente nos comunicamos con ´el v´ıa e-mail, pero no siempre el responde. Esto y el foro son las unicas formas en que cualquier persona se ha comunicado con ´el.” En su perfil de P2P Foundation, Nakamoto dijo ser originario de Jap´on. Se considera que el programador (o tal vez el grupo de programadores) eligi´o ocultar su identidad debido al miedo que le tienen a los gobiernos. Bitcoin fue lanzado para el uso en 2009. Los usuarios utilizan software libre distribuido en una red peer-to-peer (P2P). Esto cre´o una agitaci´on entre los activistas que plantean a la criptograf´ıa como un servicio de empoderamiento de las libertades civiles. Bitcoin fue adoptado como un sistema de donaciones resistente a cesuras por organizaciones como Electronic Frontier Foundation, Freenet y Wikileaks.
3 Funcionamiento
Bitcoin utiliza la criptograf´ıa asim´etrica. Todas las transacciones son p´ublicas y almacenadas en una base de datos distribuida. La red implementa un servidor de tiempo (timestamp server) distribuido para evitar el doble gasto, utilizando la idea de cadenas de pruebas de trabajo (proof-of-work). El algoritmo publicado por Nakamoto est´a implementado en C++.
3.1 Direcciones
Bitcoin se basa en la criptograf´ıa de clave p´ublica. Cualquier persona en la red Bitcoin tiene una billetera conteniendo un n´umero arbitrario de pares de claves.
nal del coin. El receptor del coin puede verificar las firmas para verificar la cadena
de posesi´on.
3.4 Servidor de timestamp
El timestamp server toma el hash de un bloque de items a ponerle el timestamp y publicando el hash. Esto implica que el timestamp tuvo que haber existido al momento para poder ser parte del hash. Cada timestamp incluye al times- tamp anterior en su hash, formando una cadena, con cada timestamp adicional reforzando a los anteriores.
3.5 Proof-of-Work
Por definici´on, un sistema pruebas de trabajo (proof-of-work system en ingl´es, Sistema ”POW”) dificulta los ataques de denegaci´on y servicio, requiriendo alg´un trabajo (c´omputo) por parte del cliente del servicio. Este trabajo tiene la carac- ter´ıstica de la asimter´ıa: debe ser moderadamente dificil de realizarse por el lado del cliente, pero f´acil de verificarse por el lado del servidor. El proof-of-work requiere que se busque un valor que, cuando hasheado (por ejemplo con SHA-256), resulte en un hash que empieze con una cantidad de bits 0 (zero). El trabajo requerido es exponencial a la cantidad de bits 0 requerida y puede ser verificado por un solo hash. El POW se implementa incrementando
un ”nonce” (un numero arbitrario utilizado una ´unica vez para firmar una co- municaci´on criptogr´afica) en el bloque hasta que un valor que le da al bloque la cantidad deseada de bits 0 es encontrado. Una vez que la CPU hizo el esfuerzo para satisfacer al POW, el bloque no puede ser cambiado sin rehacer el trabajo. Como despues se agregan bloques a la cadena, el trabajo para cambiar el bloque significar´ıa cambiar todos los bloques siguientes.
El POW tambien resuelve el problema de determinar la representaci´on de la mayor´ıa en una descisi´on. Si el sistema fuera basado en ”un voto por IP”, podr´ıa ser subvertido por cualquier persona capaz de asignar m´ultiples IPs. POW consta de ”un voto por CPU”. La mayor´ıa en la decisi´on es representada por la cadena m´as larga, que tiene invertida la mayor cantidad de esfuerzo POW. Si la mayor´ıa de las CPUs es controlada por nodos honestos, la cadena honesta crecer´a r´apidamente, sin posibilidades de que cadenas competentes le alcancen. Para modificar un bloque pasado, un atacante tendr´ıa que rehacer el POW del bloque y todos los bloques siguientes, y luego tratar de superar el trabajo de los nodos honestos. La probabilidad de que un atacante m´as lento alcance a los nodos honestos disminuye exponencialmente mientras se agreguen bloques. Para compensar aumento de velocidad del hardware y el interes variante de calcular nodos en el tiempo, la dificultad del POW se determina por un promedio de bloques por hora. Si los bloques se generan muy r´apido, la dificultad crece.
3.6 La red
Los pasos para ejecutar la red son los siguientes:
- Nuevas transacciones se env´ıan por broadcast a todos los nodos
- Cada nodo junta nuevas transacciones en un bloque
- Cada nodo trabaja encontrando un POW para su bloque
- Cuando un nodo encuentra un POW, lo env´ıa por broadcast a todos los nodos
- Los nodos solo aceptan el bloque si todas las transacciones son v´alidas y todav´ıa no se gastaron
- Los nodos aceptan al bloque mediante la creaci´on del proximo bloque de la cadena, utilizando el hash del bloque aceptado como hash anterior.
Los nodos siempre consideran que la cadena m´as larga es la correcta y tratar´a de expandirla. Si dos nodos env´ıan diferentes versiones del proximo bloque si- multaneamente, algunos nodos pueden recibir al uno o al otro primero. En tal caso, trabajar´an con el primer bloque que recibieron, pero guardar´an la otra rama para el caso que se convierta en el m´as largo. El desempato ocurre cuando
atacante codicioso es capaz de juntar m´as capacidad de CPU que todos los nodos honestos, tendr´ıa que decidir entre utilizarlo para defraudar usuarios robando lo que les pag´o o usarlo para generar nuevos coins. El atacante deber´ıa darse cuenta que generar´ıa m´as ganancias obedeciendo las reglas, que le favorecen con m´as coins que todo el resto en vez de desvalorizar al sistema y a sus propios bienes.
3.8 Espacio en disco
Una vez que la ´ultima transacci´on en un coin est´a en suficientes bloques, las transacciones anteriores gastadas pueden ser eliminadas para ahorrar espacio en disco. Para facilitarlo, los bloques son hasheados en un arbol de Merkele, donde solo la ra´ız est´a incluida en el hash del bloque. Bloques viejos pueden ser compactados acortando las ramas del arbol. Los hash interiores no necesitan ser almacenados.
La cabecera de un bloque sin transacciones tiene un tama˜no de 80 bytes. Si asumimos que se generan bloques cada 10 minutos, 80 bytes * 6 * 24 * 365 = 4.2MB por a˜no. Con la capacidad de memoria que tienen las computadoras actualmente y la ley de Moore prediciendo el crecimiento de 1.2GB por a˜no, se asume que el almacenamiento no deber´a ser problema.
3.9 Verificaci´on simple de pago
Es posible verificar pagos sin ejecutar un nodo completo de la red. Un usuario solo necesita una copia de las cabeceras de bloques de la cadena POW m´as larga, la cual puede obtener consultando nodos de la red hasta que este conven- cido de que tiene la cadena m´as larga, y obtener la rama de Merkele enlazando la transacci´on al bloque en el cual figura su timestamp. El usuario no puede chequear la transacci´on por si solo, pero si la enlaza a un lugar en la cadena,
puede ver que un nodo de la red la acept´o, y los bloques siguientes confirman que la red la acept´o.
Como tal, la verificaci´on es confiable mientras la red es controlada por nodos honestos, pero es m´as vulnerable si la red es dominada por un atacante. Mientras los nodos de la red pueden verificar las transacciones por ellos mismos, el m´etodo simplificado puede ser enga˜nado por una transacci´on generada por un atacante, mientras el atacante domine la red. Una estrategia para protegerse contra eso ser´ıa aceptar alertas de nodos cuando detecten un bloque inv´alido, incitando al software del usuario a descargar el bloque completo y alertar transacciones para confirmar la inconsistencia. Los negocios que reciben pagos frecuentes probable- mente querr´an ejecutar sus propios nodos para obtener una mayor seguridad y una verificaci´on m´as r´apida.
3.10 Combinaci´on y divisi´on de valores
Aunque ser´ıa posible manejar a coins individualmente, ser´ıa pesado crear una transacci´on para cada centavo en una transferencia. Para permitir que un valor sea dividido y combinado, las transacciones contienen m´ultiples entradas y m´ultiples salidas. Normalmente habr´a una entrada de una transacci´on mayor previa o en- tradas m´ultiples combinando valores menores, junto con dos salidas: una para el pago y otra para el vuelto, si es que lo hay, para el pagante.
mayor´ıa de Canada y Estados Unidos) y se puede comprar cualquier tipo de droga que se pueda imaginar. Para facilitar las ventas, Silk Road empleaba un sistema de evaluaci´on de los vendedores. Acceder a Silk Road no es tan f´acil. La url (http://www.ianxz6zefk72ulzz. onion/index.php) aparte de no ser amigable, tampoco es accesible de forma com´un mediante un browser. La ´unica forma de acceder es mediante TOR: una red de encaminamiento onion routing, que permite a los usuarios comunicarse de forma an´onima. La misma requiere habilidades t´ecnicas para ser configurada.
Aunque no lo parezca a primera vista, Silk Road tiene l´ımites: no permite la venta de art´culos utilizados para da˜nar a otras personas, como armas de destrucci´on masiva, servicios de asesinato o tarjetas de cr´edito robadas.
Terrorismo dom´estico
Para muchos (mandatarios americanos), establecer una moneda privada es ter- rorismo dom´estico (ya que no involucra violencia). Sin embargo, hasta la guerra civil no exist´ıa moneda oficial en los Estados Unidos: los bancos emit´ıan dinero en papel de forma totalmente legal. Lo que s´ı est´a prohibido por ley es crear una moneda privada basada en monedas met´alicas. No existe una ley que prohiba una moneda privada.
5 El costo de generar bitcoins
Uno de los argumentos en contra de Bitcoin es la alta cantidad de energ´ıa uti- lizada para generar los bitcoins, la cual puede tener un valor monetario mayor al del misimo bitcoin generado. Esto quiere decir que si producimos bitcoins y los vendemos, no podr´ıamos pagar la energ´ıa consumida para producirlos (al menos con precios de Estados Unidos).
Esto ayuda a evitar la inflaci´on, ya que la cantidad de bitcoins que existir´an es limitada (unos 21 millones). Un argumento a favor del uso de tanta energ´ıa es que vale la pena consumirla para crear un sistema monetario libre. Se puede hacer una analog´ıa a una miner´ıa de oro, que consume recursos para extraer el oro y transformarlo en barras. Sin embargo, es un error com´un creer que el valor de un bitcoin es determi- nado por la cantidad de energ´ıa consumida para generarlo. El valor de un bitcoin es respaldado por el mercado: Los bienes y servicios que pueden ser adquiridos por los mismos. Surge le pregunta: Porque el sistema no ”suelta” los bitcoins de a poco en la red en vez de desperdiciar tantos recursos computacionales? La duda ser´ıa: A quien? Si se asignaran bitcoins a una billetera aleatoria, habr´ıan mineros calculando trillones de direcciones (ya que cada usuario puede tener la cantidad de billeteras que se le antoje). Si se asignaran a una direcci´on IP aleatoria, se hubiera generado un crecimiento gigante en botnets y consumido gran parte de direcciones IPv6. Sin embargo, no se puede ”m´agicamente” simular poder computacional.
6 Usos
Aparte de los potenciales usos ilegales mencionados anteriormente, Bitcoin se utiliza para adquirar varios bienes y servicios totalmente legales, como hoteles, restaurantes, turismo, juegos, servicios profesionales (principalmente los orien- tados a web), software, m´usica, revistas, etc. La mayor´ıa se encuentra en los Estados Unidos y Europa. Algunos ejemplos a citar son:
- Monarch Motel, Estados Unidos (http://www.monarchmotel.com/)
- O’crepes, restaurante, Estados Unidos (http://www.o-crepes.com/)
- Heidi Jo’s Boutique, Estados Unidos (http://www.heidijosboutique.com/)
- Rash Gash Guitars, Israel (http://rashgash.co.il/)
- Musikhaus Shulte, tienda musical, Alemania (http://www.realmusicshop. de/)
- Sanshinkai Aikido Utrecht, artes marciales, Holanda (http://utrecht.sanshinkai. eu/) Una lista completa de p´aginas web que aceptan bitcoins como forma de pago se puede ver en https://en.bitcoin.it/wiki/Trade y un mapa de algunos locales que aceptan bitcoins como pago se puede ver en https://en.bitcoin. it/wiki/Real_world_shops. Una lista para Am´erica Latina se encuentra en https://es.bitcoin.it/wiki/Comercio.
7 Impacto social, econ´omico y pol´ıtico
Bitcoin tiene la capacidad de cambiar el concepto de gobierno que manejamos hoy en d´ıa, debido a las siguientes razones: La moneda bitcoin no puede ser con- trolada por ninguna autoridad debido a su naturaleza descentralizada, mitigando posibles inestabilidades causadas por bancos centrales.
BTC y otras monedas como el USD o el euro (https://mtgox.com/). Es decir, en circulaci´on est´an unos 32,726,100 USD. La cantidad total de BTC generados hasta la fecha son 7,437,750 BTC, seg´un el sitio Bitcoin Watch, un sitio oficial que monitorea todas las actividades de la moneda (http://www.bitcoinwatch. com/). Estos y m´as datos se pueden obtener siguiendo a la cuenta de twitter ofi- cial http://twitter.com/#!/bitcoineconomy. El formato de cada tweet est´a explicado en https://en.bitcoin.it/wiki/Bitcoin_Economy. El valor del BTC todav´a est´a bastante fluctuante: En junio del 2011 un BTC ten´ıa un valor aproximado de 30 USD (el valor m´as alto desde su creaci´on), bajando a los 4 USD de octubre 2011. M´as datos estad´ısticos se pueden obtener en http://bitcoincharts.com, mas espec´ıficamente en la secci´on charts. En julio del 2011 el sitio Mt. Gox sufri´o un ataque de hackers, lo que hizo que el precio descendiera a 1 centavo USD por un momento.
9 Posibles escenarios de fallo
Posibles motivos causantes de su fracaso son: la devaluaci´on de la moneda, dis- minuci´on de los usuarios, o una campa˜na gubernamental global en contra del software. Otro posible motivo de falla podr´ıa ser el caso que, los usuarios que actualmente ya poseen una cantidad elevada de bitcoins, y sabiendo que es una moneda en crecimiento, est´en acumulando estos bitcoins, dado que el n´umero total de bitcoins que alguna vez pueda existir es de 21 millones (al contrario del oro y el petr´oleo, para los cuales pueden encontrarse nuevas minas y dep´ositos). Sin embargo, siempre habr´a alguien que gaste bitcoins y los ponga en circulaci´on, pero se dar´a cuenta de que la mejor estrategia es acumularlos. Luego, el sistema fallar´a si nadie gasta los bitcoins para ponerlos en circulaci´on. A esto se pueden agregar los bitcoins que no pueden circular: debido a usuarios que olvidaron de respaldar sus claves privadas, o usuarios que experimentaron en los inicios del sistema, generaron unos cuantos BTC y luego los dejaron en el olvido. Otro peligro para Bitcoin es el caso en que muchos usuarios vendan todos sus bitcoins, generando una reacci´on en cadena, haciendo que el precio caiga al suelo (ya que hay m´as oferta que demanda de BTC).
10 Miners
Contrariamente a lo que se pueda pensar, la mayor´ıa de los usuarios de Bitcoin no participan en la miner´ıa. Antiguamente la miner´a de coins se hac´ıa con la CPU, pero esto se fue sustituyendo por le miner´ıa a trav´es de GPU, unas 50 a 100 veces m´as r´apido. Si se desea minar una cantidad de BTC a cambio de cierto poder computacional, se puede firmar un mining contract como los listados en https://en.bitcoin.it/wiki/Category:Mining_contractors. Otra posibil- idad es comprar harware diseado espec´ıficamente para la miner´ıa de bitcoins. Algunos se encuentran listados en https://en.bitcoin.it/wiki/Category:
Mining_Rig_Retailers. Hay dos maneras de realizar el mining: Una es par- ticipar de un mining pool, donde la ganancia total es dividida entre los par- ticipantes y por ende genera una ganancia estable, pero con algo de p´erdida, ya que el administrador cobra un porcentaje como pago. La otra forma es mi- nar de forma independiente, configurando un cliente Bitcoin (como se explica detalladamente en https://en.bitcoin.it/wiki/Running_Bitcoin) El miner GPU m´as popular al momento es el Python OpenCL Bitcoin Miner (poclbm
- https://en.bitcoin.it/wiki/Poclbm). Otro miner es DiabloMiner, imple- mentado en Java (https://en.bitcoin.it/wiki/DiabloMiner) Otra posibili- dad (ilegal) es robar bitcoins a trav´es de un malware, que se instala en m´aquinas con sistema operativo Windows y env´ıa la billetera (un archivo .dat) por mail. Una soluci´on a eso es encriptando la billetera.
11 Competitdores
Aparte de los competidores que adoptan el modelo centralizado (como PayPal y WebMoney), existen otros proyectos descentralizados (como Bitcoin). Uno de ellos es Ripple. Ripple es un proyecto de c´odigo abierto que se basa en una red social P2P con un sistema de honor monetario basado en confianza, parecido a redes sociales del mundo real (http://ripple-project.org/). Otro sistema parecido es Loom (https://loom.cc/), que puede ser utilizado para transferir cualquier t´ıtulo de posesi´on de forma privada. Su uso es m´as popular con el oro, dinero, plata, entre otros, pero puede utilizarse para cualquier tipo de propiedad.
12 Conclusiones
Para liberarse del sistema de transacciones centralizado en entidades financieras de confianza, se propuso un sistema para transacciones electr´onicas sin necesi- dad de terceros de confianza. Para lograrlo, se plante´o una red peer-to-peer utilizando proof-of-work para guardar el historial de transacciones que resulta pr´acticamente imposible de ser cambiado por un atacante en la red mientras los nodos honestos controlan la mayor parte de capacidad de CPU. La red es robusta y simple. Los nodos no necesitan identificarse ya que los mensajes no se rutean a ningun lugar concreto. Los nodos pueden entrar y salir de la red cuando quieran, aceptando la cadena proof-of-work como prueba de lo que sucedi´o mien- tras estuvieron ausentes. Los nodos votan con capacidad de CPU, expresando as´ı la aceptaci´on de bloques v´alidos con la expansi´on de la cadena y rechazando bloques inv´alidos, negando a expandirlos. Esto le da a Bitcoin varias ventajas:
- Se puede hacer una transacci´on de usuario a usuario directamente (sin necesi- dad de un banco)
- Los honoriarios son mucho mas bajos
- Se puede utilizar en cualquier pa´ıs del mundo
- La cuenta no puede ser congelada
http://www.investitwisely.com/bitcoin-the-digital-currency-of-the-future/ https://mtgox.com/ http://www.bitcoinwatch.com/ bitcoincharts.com http://bitcoinweekly.com/articles/the-mtgox-attack http://tav.espians.com/why-bitcoin-will-fail-as-a-currency.html http://www.fredrikhallund.com/?p= http://memeburn.com/2011/05/will-bitcoin-be-another-failed-global-ecurrency/ http://www.weusecoins.com/mining-guide.php http://www.wired.com/threatlevel/2011/06/bitcoin-malware/ http://www.zdnet.com/blog/security/new-bitcoin-malware-steals-bitcoin-wallets-infostealercoinbit/ 8804 http://www.symantec.com/security_response/writeup.jsp?docid=2011-061615-3651-99&tabid= 2 http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_money http://ripple-project.org/ https://loom.cc/
