El mundo se vuelve cada día más digital y cada vez más aspectos de nuestras vidas se han vuelto más y más intangibles. Las divisas no han quedado fuera, desde el efectivo físico hasta los sistemas sin efectivo y ahora las criptomonedas. Desde el inicio del primer bloque de Bitcoin en 2009, su adopción ha crecido muy rápidamente y con una mayor adopción viene más estabilidad y confianza en la red, lo que solo aumentará su adopción.

En primer lugar, ¿qué es Bitcoin y cómo funciona?

Bitcoin es una moneda digital descentralizada de red peer to peer creada en 2008 por una entidad pseudo anónima llamada Satoshi Nakamoto. La red Bitcoin es una red formada por computadoras, también conocidas como nodos, que están interconectadas entre sí y ayudan a propagar y validar transacciones en toda la red. Esta red utiliza la moneda digital bitcoin (BTC). Estas transacciones se almacenan en un libro de contabilidad público descentralizado que utiliza tecnología blockchain.
La cadena de bloques de Bitcoin se compone de bloques que están vinculados a cada bloque anterior, excepto el primer bloque, también conocido como bloque Génesis, que no está conectado a ningún bloque anterior. Los bloques se componen de varias transacciones que los mineros han validado y agregado cuidadosamente a un bloque, antes de realizar el proceso de minería. Una transacción es básicamente una transferencia de valor entre billeteras bitcoin. Los mineros son responsables de realizar el trabajo principal en la red que confirma o "extrae" nuevos bloques y los agrega a la cadena de bloques.
Hay varios recursos para aprender sobre Bitcoin disponibles en línea. Estos recursos brindan más detalles sobre el funcionamiento de bitcoin.
A pesar de las ventajas de bitcoin, la escalabilidad siempre ha sido un problema importante. Los bloques de Bitcoin están limitados a un tamaño de 1 MB, y se extrae un bloque aproximadamente cada 10 minutos. Esto ha colocado el tamaño actual de la cadena de bloques de Bitcoin en alrededor de 580 GB al momento de escribir este artículo, lo que representa aproximadamente un 18% más que el año pasado. Para que los nodos completos se unan a la cadena de bloques y verifiquen las redes, deben descargar la cadena de bloques completa y comenzar a realizar la validación en todos los bloques antiguos y en los bloques recién agregados. Se garantiza que este tamaño seguirá creciendo día a día y, en algún momento, podría volverse demasiado grande, hasta el punto de disuadir a algunos usuarios normales de unirse a la red debido a sus limitaciones de recursos.
Además del tamaño de la cadena de bloques, los nodos también verifican y almacenan el estado actual de la red. Este estado es el actual conjunto de salida de transacciones no gastadas (UTXO), que es relativamente mucho más pequeño en tamaño que toda la cadena de bloques; sin embargo, también se garantiza que este estado seguirá creciendo rápidamente a medida que más y más usuarios realicen más transacciones en la red. Este conjunto es el conjunto de todos los resultados de transacciones no gastadas en la red.

Entonces, ¿qué es Utreexo?

Utreexo introduce un acumulador dinámico basado en hash que permite reducir significativamente el tamaño del estado actual. Permite que los nodos verifiquen completamente las entradas de una transacción sin conocer el estado completo del sistema. Lo logra permitiendo que el propietario de los fondos mantenga una prueba de que los fondos realmente existen y luego los presenta cuando está a punto de gastarlos.
Utreexo presenta un nuevo tipo de nodo llamado Nodo de estado compacto. Estos nodos sólo almacenan una representación acumulada del estado. Para que estos nodos verifiquen las transacciones, necesitan una prueba de inclusión. Esta prueba la proporciona la transacción de gasto cuando están a punto de gastar algunos insumos.

¿Cómo mejora Utreexo la red Bitcoin?

Como se vio arriba, Utreexo permite representar el estado de la red Bitcoin como un acumulador dinámico, estos acumuladores tienen un tamaño de solo unos pocos kilobytes, a diferencia del estado actual de Bitcoin, que tiene más de 5 GB.
Para entender cómo funciona Utreexo, primero debemos entender qué es un acumulador criptográfico y cómo funciona. Un acumulador criptográfico nos permite consultar un conjunto sin almacenar ni revelar todos los miembros del conjunto. Este enfoque de construcción de acumulador funciona muy bien para el conjunto UXTO de Bitcoins porque, para cada transacción, nos gustaría consultar si los TXO que se gastan son realmente miembros del conjunto UTXO y, si no, rechazar la transacción.
Los nodos regulares al unirse a la red deben descargar el historial completo de la cadena de bloques, que tiene más de 580 GB, verificar las transacciones y crear su propia copia del conjunto UTXO. Luego tienen que verificar todos los cambios de estado que afectan al nodo. Todos estos procesos son operaciones que consumen muchos recursos, lo que limita el número de participantes en la red, lo que a su vez limita la escalabilidad.
Este proceso de sincronización inicial, también conocido como descarga inicial de bloque (IBD), puede llevar mucho tiempo, dependiendo de la conexión a Internet y los recursos de hardware. Uno de los principales factores que afectan la velocidad de esta operación IBD es el tipo de disco de almacenamiento utilizado y la velocidad de las operaciones de E/S, especialmente, la capacidad de realizar rápidamente lecturas de acceso aleatorio. Esta es la razón por la que las computadoras que usan una unidad de estado sólido, que normalmente tiene tiempos de lectura de acceso aleatorio muy superiores, pueden usar 30 veces menos tiempo para verificar las transacciones, en comparación con las computadoras con una unidad de disco duro.
Con Utreexo, el tipo de disco utilizado no haría una diferencia tan grande, ya que veremos solo una ligera diferencia de rendimiento entre las computadoras SSD y las computadoras HDD
Utreexo presenta un acumulador dinámico basado en hash sin requisitos de configuración ni de administrador confiables. Como se mencionó anteriormente, los acumuladores son representaciones compactas de un conjunto, al que se pueden agregar y probar elementos. Un acumulador Utreexo utiliza un bosque de árboles Merkle perfectos que permite la eliminación eficiente de elementos del acumulador, reduciendo el número total de hojas en el bosque cuando se producen las eliminaciones.
Las altas son computables sin ningún dato más allá del acumulador y el elemento a agregar, y las bajas son computables con comprobante de inclusión del dato a eliminar.
El diseño del acumulador es un bosque de árboles hash binarios perfectos. La representación del acumulador que se debe almacenar incluye: la cantidad de elementos almacenados y la raíz de cada árbol del bosque.
La estructura lógica del árbol binario perfecto está más allá del alcance de este artículo, ya que fue solo un artículo introductorio. Sin embargo, el artículo completo de Utreexo se puede encontrar aquí.

Conclusión

El acumulador basado en hash de Utreexo tiene como objetivo reducir el tamaño del estado de bitcoin a solo unos pocos kilobytes, permitiendo que prácticamente cualquier dispositivo se una a la red de bitcoin y comience a verificar transacciones sin necesidad de hardware costoso y de primera calidad. Esto aumentará en gran medida la escalabilidad de la red bitcoin a medida que el tamaño del acumulador crece muy lentamente en la complejidad del espacio (Onlogn).