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miércoles, octubre 5, 2022

Taproot 101: cómo la última actualización de Bitcoin mejora la privacidad y la escalabilidad

Incluso si ha sido parte del espacio criptográfico desde los primeros días, probablemente no haya oído hablar de tantas actualizaciones importantes de Bitcoin.

La razón de lo anterior es simple. Bitcoin es actualmente la criptomoneda más antigua y superior del mundo que presenta una de las redes informáticas más resistentes de la actualidad con un tiempo de actividad de casi el 99,99% y solo dos tiempos de inactividad a lo largo de su historia (con una duración de menos de 15 horas en total).

Como resultado, los desarrolladores de Bitcoin deben asegurarse de que las actualizaciones que implementan sean 100% estables después de pasar por múltiples rondas de pruebas rigurosas. De esta manera, pueden evitar graves consecuencias para la comunidad de BTC.

Imagínese un escenario en el que una falla en un código permite a los piratas informáticos gastar el doble de BTC o paralizar la mayor parte de la red. Causaría daños irreparables tanto para Bitcoin como para toda la industria de la criptografía.

Por esa razón, generalmente pasan varios años después de que una actualización de Bitcoin es seguida por otra. La última vez que la red experimentó un cambio importante fue en agosto de 2017, cuando los mineros activaron Segregated Witness (SegWit), una solución que permite a la cadena almacenar datos de manera más eficiente. Sin embargo, provocó un acalorado debate en la comunidad, que llevó a una división de la cadena y al hard fork de Bitcoin Cash.

Además, dado que BTC cuenta con una comunidad masiva, que incluye millones de usuarios finales, mineros, inversores, empresas y desarrolladores, es difícil llegar a un consenso sobre una propuesta de actualización.

Dicho esto, esta vez, parece que la mayoría de los participantes de la red Bitcoin han acordado implementar una nueva actualización llamada Taproot, que recientemente alcanzó el nivel crítico de consenso del 90% entre los mineros.

Se espera que Taproot mejore la privacidad de las transacciones de BTC, reduzca las tarifas de transferencia, permita una mayor flexibilidad y mejore la escalabilidad de la cadena de bloques.

Pero, ¿qué es Taproot y cómo funciona?

¿Qué es la actualización Taproot y cómo beneficiará a Bitcoin?

Taproot es una bifurcación suave programada para el bloque 709,632, que se espera que ocurra alrededor del 14 de noviembre de 2021.

Originalmente propuesto por el colaborador de Bitcoin Core (y ex CTO) Gregory Maxwell en 2018, Taproot cambiará el algoritmo actual de firma digital ECDSA de BTC a Schnorr (más sobre esto más adelante).

En pocas palabras, al hacerlo, las firmas complejas (por ejemplo, aquellas que necesitan que varias partes firmen una transacción) se pueden combinar juntas. Como resultado, las transacciones complejas ahora se verán idénticas a las transacciones de Bitcoin estándar (de usuario a usuario), lo que aumenta la privacidad de los participantes.

Además, la combinación de numerosas firmas en una transacción en una sola (en lugar de incluirlas una por una en un bloque) reduce la cantidad de datos que deben transferirse y almacenarse en la cadena de bloques.

Como resultado de un almacenamiento de datos más eficiente, Bitcoin podrá procesar más transacciones por segundo (TPS), mientras que se espera que las transferencias complejas cuesten menos después de la actualización de Taproot.

Curiosamente, dado que se cambiará el algoritmo actual para la firma digital, se espera que la actualización de Taproot se implemente junto con el nuevo algoritmo de Schnorr en noviembre.

¿Cómo funciona Taproot?

A estas alturas, ya conoce los conceptos básicos sobre Taproot y lo que significa la actualización para Bitcoin.

A continuación, profundizaremos un poco más en nuestro tema para comprender cómo Taproot cambiará las firmas digitales en la red.

Firmas digitales, P2SH, ECDSA

Para comprender mejor nuestro tema, es fundamental revisar algunos de los conceptos básicos sobre las transacciones en la red Bitcoin.

Como ya sabrá, las criptomonedas utilizan criptografía de clave pública (de ahí el nombre), en la que tiene dos claves: una privada y una pública.

Si bien puede compartir su clave pública para recibir fondos de otros, la clave privada se utiliza para firmar transacciones digitalmente (y también para acceder a sus fondos y restaurar su billetera).

Las firmas digitales juegan un papel crucial en el ecosistema de Bitcoin, ya que son necesarias para demostrar la propiedad de sus monedas y para gastarlas.

Y aquí es donde los guiones entran en escena.

En la práctica, todas las monedas en la red de la criptomoneda están «bloqueadas» en scripts que se refieren a líneas de código incluidas en una transacción y luego en la cadena de bloques (al ser procesadas con éxito con otras transferencias en un bloque por parte de los mineros).

Los scripts dentro de la red Bitcoin determinan cómo los participantes pueden gastar sus BTC en sus próximas transacciones. La condición más simple es demostrar la propiedad de sus monedas firmando digitalmente la transferencia con su clave privada.

Sin embargo, hay transacciones mucho más complejas en el ecosistema de Bitcoin que las simples transferencias de saldo de usuario a usuario que presentan condiciones de gasto más sofisticadas.

Ejemplos de estos incluyen cronómetros y transacciones con múltiples firmas. Mientras que el anterior permite a los usuarios gastar sus monedas después de una fecha específica o altura de bloque, multisig requiere que una transacción sea firmada por un cierto número de claves privadas de un grupo predeterminado (de claves privadas) autorizado para firmar la transferencia (por ejemplo, se necesitan tres de cada cinco firmas para enviar con éxito BTC desde una billetera con múltiples firmas a un destinatario).

En resumen, las transacciones multifirma se utilizan para billeteras donde múltiples partes controlan colectivamente los fondos para compartir los riesgos y mejorar la seguridad. Por ejemplo, AAX utiliza tecnología de múltiples firmas para su robusto sistema de billetera para eliminar un solo punto de falla y garantizar la seguridad de los fondos de los clientes.

En términos de transacciones de Bitcoin, los desarrolladores pueden combinar diferentes condiciones para crear e implementar contratos inteligentes complejos (acuerdos digitales autoejecutables entre partes que hacen cumplir automáticamente las reglas previamente acordadas).

Por ejemplo, se puede gastar un BTC en una billetera multifirma si se cumple alguna de las siguientes condiciones:

  • Ambas partes firman la transacción con sus claves privadas.
  • Uno de ellos proporciona un número secreto después de que hayan pasado dos días.
  • Una de las dos claves privadas se utiliza para firmar la transacción después de alcanzar la altura de 690.000 bloques.

A partir de 2012, cuando se implementó pagar por hash de script (P2SH), un tipo de transacción y dirección en la red de Bitcoin, los scripts que contienen las condiciones de gasto no son visibles públicamente. En lugar de todo el script, solo se puede ver su hash (una larga cadena de números) en el libro mayor público.

Sin embargo, cuando el remitente cumple una de las condiciones para ejecutar la transacción y gastar BTC, revela todo el script junto con todos los datos que contiene. Esto incluye todas las condiciones que se cumplieron y que no, que los participantes de la red pueden auditar fácilmente en la cadena de bloques utilizando el hash inicial del script.

Como puede ver, esto puede causar algunas preocupaciones de privacidad para el remitente, ya que cualquiera podría analizar el hash del script para ver las condiciones en el interior, que también podrían mostrar información confidencial como el tipo de billetera utilizada para la transferencia.

Además de los problemas de privacidad que se originan en P2SH, Bitcoin también enfrenta más problemas relacionados con el anonimato y la eficiencia debido a su actual algoritmo de firma digital llamado Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), que fue implementado originalmente por Satoshi Nakamoto.

En pocas palabras, el principal problema con ECDSA es que cada firma relacionada con una transacción se incluye individualmente (por ejemplo, si hay 15 firmas en una transferencia, las 15 se incluyen una por una).

Al hacerlo, aumenta el tamaño de las transacciones multisig y otros tipos de transacciones complejas. Y, debido al crecimiento en tamaño, cuantas más firmas incluye una transferencia, más costosa se vuelve.

Además, dado que los mineros procesan estas transacciones complejas en bloques y las registran en la cadena de bloques, ralentizan la red y reducen su eficiencia debido al mayor uso de datos.

Lo más importante es que, dado que se agregan varias firmas una por una en una transacción, es fácil para los participantes de la red, que pueden incluir desde analistas de blockchain y usuarios estándar hasta partes maliciosas, detectar transacciones de múltiples firmas, contratos inteligentes y otras transferencias complejas.

Por ejemplo, esto presenta un problema importante para los mezcladores de monedas como CoinJoin que permiten a los usuarios lograr niveles más altos de privacidad al transferir BTC.

Sin embargo, debido al algoritmo ECDSA, las transacciones de CoinJoin se muestran de manera diferente en la cadena de bloques que las estándar, lo que ofrece la posibilidad de que los analistas las identifiquen, dejando inutilizables la mayoría de las características de privacidad de dichas transferencias.

La combinación de esto con las desventajas de P2SH facilita la identificación de transacciones multifirma y conoce las condiciones para gastar los fondos junto con detalles potenciales sobre el remitente.

Schnorr

El nombre del destacado matemático y criptógrafo alemán Claus P. Schnorr, quien sentó sus bases, Schnorr es un algoritmo de firma digital que utiliza matemáticas lineales para agregar firmas.

En otros términos, a diferencia de los que tienen el algoritmo ECDSA, las firmas digitales de Schnorr son lineales.

Como resultado, todas las firmas y sus claves públicas correspondientes se pueden agregar en una única firma de umbral y clave pública de umbral.

Por esa razón, solo se debe incluir una única clave pública y una firma para una transacción multifirma (en lugar de varias), lo que las hace más baratas y eficientes en términos de almacenamiento de datos que con ECDSA. Debido a la disminución de la carga en la cadena de bloques de Bitcoin, podrá procesar más transacciones por segundo.

Lo que es más importante, las firmas agregadas y las claves públicas de Schnorr tienen exactamente el mismo aspecto que las estándar, lo que hace que las transacciones de múltiples firmas en la red Bitcoin no se distingan de otras, lo que aumenta la privacidad de los usuarios.

Además de todo esto, el algoritmo de Schnorr permite a los desarrolladores acceder a más funciones en términos de transacciones.

Raíz principal

Con Schnorr, las firmas y sus claves públicas correspondientes se pueden combinar de manera que las transacciones multisig y otras transacciones complejas se muestren en la cadena de bloques de Bitcoin como las normales.

Aprovechando Schnorr, Taproot se basa en Merkelized Abstract Syntax Tree (MAST) para llevar las cosas un poco más allá en términos de privacidad. En pocas palabras, en el caso de una transacción multifirma, MAST solo revela la condición que se ha cumplido después de gastar BTC.

Al igual que otras estructuras basadas en MAST, Taproot incluye una condición llamada cierre cooperativo en la que todos los participantes acuerdan el resultado para firmar una transacción de múltiples firmas juntos y proceder con la liquidación.

Cuando se cumple la condición de cierre cooperativo, todos los participantes combinan sus claves públicas y firmas digitales. Después de eso, con la ayuda de un script que modifica la clave de umbral y la firma, gastan las monedas juntas.

En tal caso, gracias a Taproot y Schnorr, la transacción multisig se verá como una normal sin revelar ninguna de las condiciones o el script en sí.

Pero, ¿qué sucede cuando se cumple una condición alternativa (cuando los participantes no cooperan entre sí)?

En ese escenario, la clave pública de umbral no modificada y el script que la modificó se revelan en la cadena de bloques, lo que sirve como prueba de que las monedas incluidas en la transacción se pueden gastar si se cumple una de las condiciones alternativas.

Dicho esto, en circunstancias normales cuando todos los participantes cooperan, Taproot puede ocultar por completo los elementos complejos de las transacciones y disfrazarlos de clientes habituales.

Taproot: la actualización más importante de Bitcoin desde SegWit

Taproot es claramente la actualización de red más importante y anticipada desde que se introdujo SegWit en agosto de 2017.

Y por una excelente razón.

Al igual que SegWit, Taproot hace que el almacenamiento de datos en la cadena de bloques sea más eficiente al agrupar numerosas firmas en una sola al reemplazar el algoritmo ECDSA actual con Schnorr.

Si bien esto permite que las transacciones complejas, como las transferencias multifirma, las operaciones de red Lightning (capa dos), los temporizadores y los contratos inteligentes, cuesten menos, también permite que Bitcoin mejore su escalabilidad y rendimiento.

Además, como Taproot oculta las condiciones para gastar monedas mientras realiza transacciones complejas indistinguibles de otras, mejora la privacidad de los participantes de la red.

Aunque, debe tenerse en cuenta que, dado que las direcciones BTC de los remitentes y destinatarios aún pueden auditarse públicamente, Taproot no hará que las transacciones de Bitcoin sean anónimas. En cambio, aumentará la privacidad dentro de la red hasta cierto punto.

Si bien Bitcoin rara vez implementa actualizaciones importantes, ya que necesita garantizar la máxima estabilidad para su red, se están llevando a cabo muchos experimentos en el espacio financiero descentralizado, de los cuales una pequeña parte probablemente fallará.

Sin embargo, los mejores, que han pasado por numerosas pruebas y ensayos, pueden convertirse en características BTC completas o al menos en partes esenciales de las capas adicionales de Bitcoin con el tiempo.

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