Cadenas de hash y vinculación de bloques

Una cadena de hashes enlaza bloques de datos de modo que cada bloque contiene el hash del bloque anterior. Modificar cualquier bloque cambia su hash, lo que invalida todos los bloques posteriores. Esto crea un registro de solo adición que permite detectar alteraciones.

Cada bloque contiene: (1) carga útil de datos (transacciones), (2) hash del bloque anterior (puntero al bloque previo), (3) marca de tiempo, (4) nonce (para PoW), (5) raíz de Merkle de las transacciones. El primer bloque (génesis) tiene previous_hash = "0"*64.

import hashlib, json class Block: def __init__(self, data, prev_hash): self.data = data self.prev_hash = prev_hash self.hash = hashlib.sha256( json.dumps({'data':data,'prev':prev_hash}).encode() ).hexdigest()

Si un atacante modifica los datos del bloque 3, cambia el hash del bloque 3. El bloque 4 hace referencia al hash antiguo del bloque 3, por lo que la cadena se rompe en el bloque 4. El atacante debe volver a calcular los hashes de los bloques 3, 4, 5, ... hasta llegar al último bloque. Con PoW, esto resulta inviable desde el punto de vista computacional.

Las cadenas de hashes permiten detectar alteraciones, pero no proporcionan inmutabilidad por sí solas. Sin mecanismos adicionales (PoW, firmas digitales y distribución), un atacante que controle la cadena puede reescribirla. El consenso distribuido es lo que hace que una blockchain sea resistente a las alteraciones en la práctica.

Regla de la cadena más larga de Bitcoin: la cadena válida con la mayor cantidad acumulada de prueba de trabajo es la canónica. Si un atacante bifurca la cadena, los mineros honestos extienden la cadena honesta más rápido (supuesto del 51 %). La bifurcación del atacante es más corta y se descarta.

Los clientes SPV (Simple Payment Verification) de Bitcoin descargan solo encabezados de bloque de 80 bytes (que contienen el hash anterior, la raíz de Merkle, el nonce, la marca de tiempo y bits). Los nodos completos almacenan todas las transacciones. Los clientes SPV verifican una transacción mediante una prueba de Merkle frente a la raíz de Merkle del encabezado.

El bloque génesis de Bitcoin (bloque 0, 3 de enero de 2009) tiene prev_hash = 0x000...0. Satoshi incorporó el titular "The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks" en la transacción coinbase como prueba de la marca de tiempo.

Las cadenas de hashes son anteriores a blockchain. Usos: listas de revocación de certificados (enlazadas mediante hashes), integridad de registros (hash de la entrada de registro anterior) y cadena de confianza de DNSSEC. El concepto se generaliza a cualquier estructura de solo adición en la que cada entrada confirma todas las entradas anteriores.

Para acelerar la sincronización inicial, Bitcoin Core incorpora puntos de control: hashes de bloques conocidos como válidos a determinadas alturas. Un cliente que inicia la sincronización puede omitir la verificación de PoW de los bloques anteriores al punto de control y confiar en el hash incorporado. La contrapartida es una menor minimización de la confianza.

Git utiliza el mismo principio: cada commit se identifica mediante el SHA-1/SHA-256 de su contenido + el hash del commit principal. Al extraer un commit específico mediante su hash se obtiene exactamente ese estado. Todo el historial de Git es un árbol de objetos enlazados mediante hashes.

Las cadenas de hashes enlazan bloques mediante punteros criptográficos. Una modificación se propaga a todos los bloques posteriores. Combinadas con PoW y el consenso distribuido, hacen que una blockchain sea inmutable en la práctica. Siguiente tema: árboles de Merkle para garantizar la integridad eficiente de las transacciones.