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Teoría de la minería: ¿cómo verifica una cadena de bloques que se basa en PoW que un hash se calcula utilizando un algoritmo y no lo crea un humano?

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Una función hash asigna “datos de cualquier tamaño a valores de un tamaño fijo”. Como hash increíblemente simple, considere que una función solo funciona con números y simplemente devuelve los últimos 3 dígitos (decimales) (es decir, dígitos 1, 10 y 100).

Con este simple hash, 5 haría hash 005, y 123,456 haría hash 456.

Un bloque de Bitcoin contiene un puñado de campos (fuente):

  • ejecución
  • Hash del bloque anterior
  • Raíz de merkle
  • sello de tiempo
  • Bits de dificultad
  • Mientras tanto

Todo esto se puede representar mediante números (la marca de tiempo es la hora de Unix (fuente), lo que significa que es básicamente el número de segundos desde las 00:00:00 UTC del 1 de enero de 1970).

De estos valores, solo el nonce se puede cambiar libremente sin invalidar el bloque. La marca de tiempo puede asumir un rango de valores (aproximadamente “hace 1 hora” a “2 horas a partir de ahora” (fuente)), y el número de versión es muy flexible (ibid). Me centraré en el nonce, ya que es el más fácil para mí hablar.

La prueba del trabajo en este escenario simplificado se logra sumando todos estos números y encontrando un nonce que resulte en hash. 000. En este escenario simplificado, es trivial: puede sumar los otros números, aplicar un hash a ese subtotal y luego establecer el nonce en 1,000, ese hash parcial. Por lo tanto, no es un algoritmo hash muy bueno para este propósito.

En cambio, Bitcoin usa SHA256. SHA256 tiene una serie de ventajas derivadas de su función hash criptográfica. Los tres grandes son que calcular el hash SHA256 de un valor particular es “barato”, pero generar un valor que produzca un hash SHA256 en particular es “barato”. pesadoy que pequeños cambios en la entrada producen grandes cambios en la salida (el efecto de avalancha).

Hasta donde sabemos, la única forma de generar entradas que produzcan un hash SHA256 en particular es probar la entrada hasta encontrar una que funcione.

Entonces, al contrario del simple hash al principio, no podemos averiguar cuál debería ser el nonce con solo mirar el resto de los datos. Y no podemos simplemente modificar el nonce para obtener el hash que queremos: el efecto de avalancha significa que cada pequeño cambio en la entrada tiene grandes cambios en la salida. Por lo tanto, la única forma de encontrar un nonce que produzca un hash SHA256 válido es comenzar en 0 y trabajar hasta que se encuentre un nonce adecuado.

Una vez que se encuentra un nonce adecuado, cualquiera puede verificar que el par nonce / hash es válido aplicando hash al bloque con ese nonce y observando que el hash coincide. Esta verificación se puede hacer muy rápidamente y está diseñada para demostrar que quien descubrió Nonce hizo el trabajo.

El nonce es un entero de 32 bits (fuente), lo que significa que 4,294,967,295 (casi 4,3 mil millones) posibles nonces son posibles. Compare eso con la lotería Powerball, donde un solo boleto tiene una probabilidad de 1 en 300,000,000 de ganar el premio mayor y queda claro cuán poco probable es que un nonce elegido al azar sea válido. Incluso si hubiera miles de nonces que pudieran producir un hash SHA256 con suficientes ceros a la izquierda, sería sorprendentemente improbable seleccionar nonces al azar.

Entonces, el tiempo puede asumir cualquier valor en una ventana de aproximadamente 3 horas y tiene una segunda resolución, por lo que se pueden asumir ~ 10,800 valores. La versión tiene algunos límites, pero parece ser un número entero de 4 bits diferente al nonce. Digamos que puede tomar la mitad de los valores posibles que el nonce para cálculos aproximados. Esto significa que hay aproximadamente 9e + 22 (un 9 seguido de 22 ceros) combinaciones posibles. Hay aproximadamente 200 mil millones de estrellas en la Vía Láctea (fuente); es decir, 200.000.000.000 o 2e + 11. Encontrar un encabezado correcto por casualidad tenía posibilidades en el rango de dos personas que por casualidad recogieron el mismo grano de arena de toda la galaxia.

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