Chain Key Cryptography: Al infinito y más allá

Lograr una escalabilidad infinita es posible gracias a este descubrimiento propio de Internet Computer. Te contamos cómo funciona y los enormes beneficios que trae consigo.

El camino hacia la Web3 implica una revolución, un verdadero cambio de paradigma. Y como toda revolución, los caminos muchas veces suelen ser sinuosos, complejos y con muchos obstáculos. 

La aparición de la tecnología blockchain ha sido una gran hito, que permitió que esta transformación sea posible. Su evolución depende de la resolución de dos factores que actualmente la limitan: velocidad y escalabilidad.

Hagamos un breve repaso de su origen, a través de las dos principales blockchain hasta el momento: Bitcoin y Ethereum.

La primera fue Bitcoin, que se centra en el mecanismo de consenso Proof-of-Work (PoW), que requiere que los mineros resuelvan complejos algoritmos criptográficos. De esta manera son recompensados con una determinada cantidad de BTC. Su principal punto débil es precisamente su falta de velocidad, ya que las transacciones suelen tardar entre 30 y 60 minutos en completarse, amén del alto costo de sus transacciones. 

Por su parte, Ethereum, que se desarrolló unos años más tarde, utilizó una forma actualizada de Proof-of-Work para acelerar los procesos, pero todavía está lejos de alcanzar la velocidad de la red necesaria para ofrecer experiencias convincentes a los usuarios. Actualmente, Ethereum anunció para este año la esperada fusión entre Ethereum 1.0 y ETH 2.0, que funciona con un sistema Proof-of-Stake (PoS). 

En el modelo de consenso PoS los mineros validan las transacciones en función del número de monedas que poseen. Sin embargo, conseguir que PoS funcione correctamente es un gran reto técnico y no es tan sencillo como utilizar PoW para alcanzar el consenso en toda la red.

Pues abran paso que aquí ingresa Internet Computer:

 

Internet Computer utiliza el consenso Threshold Relay, un protocolo optimizado de Proof-of-Stake (PoS), donde los nodos producen un número aleatorio, llamado Random Beacon, que se utiliza para seleccionar el siguiente grupo de nodos y dirigir los protocolos de la plataforma. Si quieren leer un poco más acerca del consenso, les dejamos esta nota.

Hablemos de escalabilidad

Aquí es cuando ingresa la protagonista del día. Veamos un poco cuestiones relativas al funcionamiento de Internet Computer: la blockchain es creada por réplicas situadas en todo el mundo que ejecutan el protocolo de IC. Estas se agrupan para crear subredes.

Estas subredes alojan los canisters (smarts contracts evolucionados) de la red, que son unidades de cómputo interoperables cargadas por los usuarios. El protocolo que se utiliza conecta todas estas réplicas y orquesta la ejecución de los procesos dentro de los canister en éstas. Los canisters pueden implementar casi cualquier cosa, como páginas web, sistemas empresariales, casos de uso DeFi e incluso servicios de Internet abiertos.

Este conjunto de protocolos criptográficos que orquestan de tal manera los nodos que componen Internet Computer, es lo que denominamos Chain Key Cryptography. 

Aplauso, medalla y beso. 

Nos resulta preciso poner en relevancia que gracias a la Chain key cryptography, Internet Computer acabará funcionando con millones de nodos a escala.

La innovación más visible de este tipo de criptografía es que tiene una única clave pública. 

Repaso breve y rápido: las claves públicas como las privadas garantizan la seguridad de una transacción. La clave pública se utiliza para verificar una transacción después de haberla solicitado. Podríamos afirmar que es una suerte de “dirección” para recibir criptomonedas. Por otro lado, una clave privada está asociada a una cuenta de criptomoneda y se utiliza para autorizar la transacción.

Volvamos: esta innovación supone una gran ventaja, ya que permite a cualquier dispositivo, incluidos los smartwatches y los teléfonos móviles, verificar la autenticidad de los dispositivos de Internet Computer. En cambio, esto no es posible en las blockchain tradicionales, como Ethereum, donde la verificación de un solo dispositivo requiere una gran cantidad de datos. Esto permite que desde cualquier lugar podamos acceder a la red solo validando nuestra identidad de forma fácil y rápida, por ejemplo, utilizando nuestra huella dactilar. 

En definitiva, cuando Internet Computer tenga miles de subredes también tendrá miles de claves públicas individuales correspondientes a cada subred. Estas claves públicas y las correspondientes claves secretas compartidas deben generarse, gestionarse y mantenerse de forma segura.

Utilizando un esquema de firma de umbral, si un número suficiente de nodos (más del umbral requerido) se ponen de acuerdo, pueden utilizar su respectiva cuota de clave para firmar conjuntamente un mensaje. 

La firma del mensaje puede entonces ser verificada por un usuario con la clave pública de la subred. Todas las claves públicas de la subred se firmarán, a su vez, con la clave pública única Internet Computer. 

Así, se puede añadir nuevas réplicas para formar nuevas subredes y que la red escale infinitamente, o sustituir réplicas defectuosas por otras nuevas sin que se detenga nunca; incluso revivir subredes si han fallado demasiadas réplicas dentro de ellas.

Acá toma protagonismo los denominados Catch-up package (CUP), que funcionan como paquetes de recuperación, que permiten revivir una subred incluso si la mayoría de los nodos se han colapsado. Mientras sobreviva un solo nodo, se puede generar un nuevo conjunto de claves y, a continuación, una nueva subred puede seguir ejecutando los canisters a partir del estado del CUP. A su vez, los CUP permiten ordenar a los nodos que dividan la subred en dos subredes, en caso que una subred se vuelva muy popular. Su contribución es fundamental.

¿Qué sucede con la velocidad?

La clave pública resulta suficiente para la validación de las respuestas y la velocidad de Internet Computer ¡Solo 48 bytes!. Para esto, esta tecnología divide la ejecución de las funciones de los smart contracts en dos tipos:

• Llamadas de actualización: finalizan las transacciones que actualizan el estado del contrato inteligente en alrededor de 2 segundos.
• Llamadas de consulta: los cambios que realizan en el estado (en este caso, las páginas de memoria de los canisters) se descartan tras su ejecución, lo que permite que las llamadas de consulta se ejecuten en milisegundos. Estamos hablando, en definitiva, de transacciones ultra rápidas en blockchain. 

Las comparaciones son odiosas, pero cuando salimos beneficiados, son hermosas. Así que…¡comparemos! 

Para validar un resultado de un smart contract en Ethereum, se necesitan descargar 400 gigabytes – imaginense el tiempo que toma -. Y para quienes dicen que el tamaño no importa…pues si: el tamaño de la descarga requerida sólo crece linealmente con el tiempo. Así, hace un año sólo era de unos 200 gigabytes, mientras que hoy estamos hablando exactamente del doble.

Ah, pero en Internet Computer: ¡Solo 48 bytes!

En definitiva, Internet Computer es más rápido que otras blockchains porque no depende de la PoW o PoS, la tecnología Chain Key y las subredes no guardan los bloques anteriores de forma global: cada vez que una subred ha generado un CUP, todo el estado anterior puede ser eliminado, lo que hace que Internet Computer sea mucho más eficiente en cuanto a almacenamiento que los típicos blockchain en los que todo el estado se mantiene para siempre. 

Bendita seguridad

Todo muy lindo, pero hay un punto que es fundamental a la hora de pensar una red cada vez más grande y más veloz, que es el tema de la seguridad. El reconocido trilema de blockchain, concepto acuñado por Vitalik Buterin, establece que cualquier solución basada en tecnología Blockchain ha de proyectar el cumplimiento de cualquiera de 2 de los 3 factores fundamentales, dejando en segundo término el tercero restante: ellos son la velocidad/escalabilidad, la descentralización y la seguridad.

La mayoría de las iniciativas de blockchain enfatizan en la seguridad y la descentralización, por lo que las redes originales, como Bitcoin o Ethereum, se enfocan en lograr esos aspectos correctamente.

El Trilema proporciona una colección de tres problemas principales que enfrentan los desarrolladores al crear la blockchain. La mayoría de las veces, los desarrolladores se ven obligados a sacrificar uno de los tres aspectos para dar relevancia a los otros dos.

Para garantizar a los usuarios de Internet Computer la corrección de los resultados que se les transmiten, es necesario que puedan verificar que los mensajes que han recibido proceden realmente de Internet Computer y no de otro lugar. Como no se puede confiar en un solo nodo, los mensajes deben ser firmados conjuntamente por todos los nodos que hospedan al canister que el usuario consulta para obtener un resultado. Ahí es donde entra en juego la Chain Key: Todos los nodos reciben claves secretas compartidas que les permiten firmar conjuntamente un mensaje con el resultado solicitado. La firma así creada puede verificarse utilizando únicamente la clave pública Internet Computer. Lo bueno de esto es que, aunque la blockchain cuente con millones de nodos y miles de subredes a escala, todo lo que la red necesita es una única clave pública para validar cualquiera de los resultados de las subredes.

De esta forma Internet Computer puede desarrollar la replicación dentro de una subred, logrando un nivel altísimo de seguridad y fiabilidad.

Implicancias y consecuencias

Ya sabemos en qué direcciones la criptografía Chain Key beneficia al desarrollo de Internet Computer. Ahora bien, es notable que muchos de los resultados de la utilización de esta innovación ya se encuentran actualmente en el desarrollo del proyecto.

Sin ir más lejos, basta con echarle un vistazo al dashboard de Internet Computer y observar en tiempo real el crecimiento permanente en todos sus indicadores.

Además, esto posibilita la conclusión de un proyecto por el cual se viene trabajando desde hace varios meses, que es la integración con la red Bitcoin: así los smart contract de Bitcoin en Internet Computer se producirán mediante una integración directa, no como un equivalente, como podría ser el  Wrapped Bitcoin. Una vez que se despliegue la integración completa de Bitcoin, cada canister de IC podrá actuar como una wallet de Bitcoin y utilizarse para guardar, enviar y recibir BTC. (si querés saber más sobre el tema, recomendamos este artículo.

Actualmente se esperan anuncios inminentes al respecto, generando una enorme expectativa en la comunidad. Una comunidad que precisamente, no para de crecer en velocidad, y escalabilidad.