Blockchain de Bitcoin: descobreix com funciona i el seu impacte global

La història de la blockchain de Bitcoin es remunta a l’any 2008, quan una persona o grup identificat com Satoshi Nakamoto va donar a conèixer un article innovador que presentava un sistema pioner de diners digitals descentralitzats. Aquest esdeveniment va marcar l’inici d’una revolució financera i tecnològica que ha transformat la percepció del diner i la confiança en el sistema tradicional.

Abans de l’arribada de Bitcoin, es van fer diversos intents per crear sistemes similars, com Digicash, B-Money i Hashcash. Tot i això, cap d’ells no va aconseguir abordar completament els grans reptes relacionats amb la descentralització, la prevenció de la doble despesa, on un mateix actiu digital pot ser gastat més d’una vegada, i la confiança entre parts desconegudes.

Dins de l’estructura de la blockchain, les transaccions s’assemblen a les entrades en un llibre comptable, on cada transacció està composta per entrades (inputs) i sortides (outputs). Aquesta estructura, juntament amb un sistema de comissions per transacció, garanteix la integritat i precisió de cada intercanvi realitzat a la xarxa.

Característiques

La tecnologia blockchain ha transformat la manera com entenem i realitzem les transaccions financeres. En el cas de Bitcoin, la primera i més reconeguda moneda digital, no només funciona com a mitjà d’intercanvi digital, sinó que també compta amb una sèrie de característiques distintives que la diferencien dels sistemes financers tradicionals. A continuació, repassem les qualitats que converteixen la blockchain de Bitcoin en una innovació clau en l’àmbit financer i tecnològic:

• Descentralitzada: Amb milers de nodes distribuïts arreu del món, la blockchain de Bitcoin no depèn d’un únic punt de control o de fallada, fet que en reforça la seguretat i la fa resistent a la censura.
• Immutable: Un cop una transacció està confirmada a la blockchain, resulta pràcticament impossible modificar-la. Cada bloc està enllaçat amb l’anterior, creant una cadena contínua i verificable de transaccions.
• Transparent: Totes les transaccions de Bitcoin són públiques i accessibles per a qualsevol usuari. Tanmateix, les identitats de les parts poden romandre anònimes si així es desitja.
• Pseudoanònima: Tot i que les transaccions són públiques, les identitats dels usuaris es protegeixen mitjançant adreces de Bitcoin, que consisteixen en cadenes de números i lletres.
• Segura: La seguretat es basa en algoritmes criptogràfics robustos, com SHA-256 per als hash i ECDSA per a les signatures digitals, que garanteixen la integritat i autenticitat de les transaccions.
• Escassa: L’oferta total de Bitcoin està limitada a 21 milions d’unitats, fet que la fa deflacionària per disseny. Cada bitcoin es pot dividir en 100 milions de satoshis, la unitat més petita, en honor al seu creador, Satoshi Nakamoto.
• Consens Proof of Work (PoW): Bitcoin utilitza un algoritme de consens anomenat Prova de Treball, on els miners competeixen per resoldre problemes matemàtics complexos i validar l’addició de blocs, assegurant la xarxa i evitant la doble despesa.
• Accessible: Bitcoin és una xarxa oberta i accessible per a qualsevol persona que vulgui participar-hi, sense barreres per enviar o rebre pagaments.

Ara que hem explorat les característiques essencials de la blockchain de Bitcoin, és moment d’endinsar-nos en el seu funcionament intern. A la següent secció, examinarem detalladament els processos i mecanismes que permeten que aquesta tecnologia operi de manera segura i eficaç, des de la creació de noves transaccions fins a la seva validació i emmagatzematge a la blockchain.

Com funciona Bitcoin?

El protocol de Bitcoin es basa en usuaris que tenen la clau privada de moneders digitals que contenen adreces públiques (clau pública). Aquests usuaris realitzen transaccions que s’agrupen en blocs, els quals són processats i propagats pels miners a través de la xarxa de nodes. A més de les transaccions, el procés d’emissió de noves unitats de bitcoin també forma part integral del funcionament de la xarxa.

Abans d’incloure’s en un bloc, les transaccions s’emmagatzemen temporalment a la mempool (piscina de memòria), on esperen ser confirmades pels miners. Aquest procés dona lloc a la formació d’un llibre comptable descentralitzat i segur, conegut com a blockchain, que registra totes les transaccions de manera transparent i permanent.

Per entendre el seu funcionament, hem emprat l’anàlisi detallat d’una transacció de bitcoin com una finestra per comprendre els entresijos d’aquesta tecnologia.

• Claus digitals i Wallets: Cada usuari de Bitcoin disposa d’una o diverses carteres digitals (wallets) que contenen claus digitals, compostes per una clau privada i una clau pública. Aquestes claus, basades en criptografia de corba el·líptica (ECDSA), són fonamentals per a la seguretat i autenticació de les transaccions.
• Adreces: En el procés d’una transacció, el remitent especifica la quantitat de bitcoins a enviar i l’adreça pública del destinatari. Aquesta adreça, única per a cada transacció, està formada per una cadena de números i lletres que es relaciona amb la clau pública del destinatari.
• Transaccions: Un cop especificat el destinatari i la quantitat a enviar, la transacció es signa digitalment utilitzant la clau privada del remitent. Aquesta signatura digital és única i serveix com a prova de l’autorització de la transacció. Posteriorment, la transacció pot ser verificada utilitzant la clau pública del remitent.
• Blocs i Miners: Les transaccions signades s’agrupen en blocs, que són validats pels miners. Aquests miners competeixen per resoldre un problema matemàtic complex que verifica i garanteix les transaccions del bloc. A més de validar les transaccions, els miners també tenen la funció d’emetre nous bitcoins com a recompensa pel seu treball.
• Nodes: Tots els nodes de la xarxa reben i verifiquen els nous blocs afegits a la cadena. Si el bloc és vàlid, cada node l’afegeix a la seva còpia local de la blockchain i el transmet a altres nodes de la xarxa. Aquest procés garanteix que cada node tingui una còpia actualitzada i consensuada de la blockchain, assegurant la integritat i la descentralització del sistema Bitcoin.

A la següent secció, explorarem en detall l’estructura fonamental de la blockchain de Bitcoin, oferint una visió més detallada per a aquells interessats a comprendre les complexitats internes d’aquesta tecnologia.

Arquitectura de Bitcoin

La blockchain de Bitcoin està formada per blocs que emmagatzemen transaccions verificades pels miners, connectats mitjançant hashes criptogràfics. Aquesta estructura, juntament amb l’algoritme de consens PoW, assegura la immutabilitat de la cadena. Cada bloc conté un encapçalament que inclou el hash del bloc anterior, un segell temporal (timestamp), l’arrel de l’arbre de Merkle de les transaccions del bloc, i un nonce utilitzat en el procés de mineria per complir amb la dificultat de la xarxa.

Transaccions

Una transacció és un component fonamental del sistema, que permet la transferència de valor des d’una font de fons, coneguda com a entrada (input), cap a un destinatari designat com a sortida (output). Aquestes transaccions s’organitzen mitjançant l’arbre de Merkle, una estructura de dades que agrega i verifica la validesa de les transaccions dins d’un bloc. A més, abans de ser incloses en un bloc, les transaccions esperen a la mempool, un emmagatzematge temporal on queden a l’espera de ser confirmades pels miners.

En el context de Bitcoin, les transaccions no gastades (UTXO) són fragments indivisibles de moneda assignats a propietaris específics, registrats a la blockchain com a unitats de moneda vàlides reconegudes per tota la xarxa Bitcoin.

Els bitcoins d’una persona poden estar dividits en múltiples transaccions i blocs com a UTXO (Unspent Transaction Outputs). Això significa que no existeix un saldo total emmagatzemat en una adreça o compte de Bitcoin; en canvi, hi ha diversos UTXO dispersos, cadascun assignat a un propietari específic i associat a transaccions individuals dins dels blocs de la cadena de blocs de Bitcoin.

A més, la majoria de les transaccions de bitcoin generen canvi, on un UTXO es divideix en dos: un per al destinatari del pagament i un altre per retornar el canvi a l’usuari. Les sortides d’una transacció consten de dues parts: una quantitat de Bitcoin expressada en satoshis i un script de bloqueig que especifica les condicions que s’han de complir per gastar aquesta sortida. Aquesta interrelació entre les transaccions, la mempool i les UTXO és imprescindible per entendre el funcionament i la seguretat de la xarxa Bitcoin.

Estructura d’una transacció

L’estructura d’una transacció de Bitcoin inclou diversos camps essencials necessaris per dur a terme i verificar transaccions de forma segura a la xarxa. A continuació es presenta l’estructura bàsica d’una transacció a Bitcoin, que comprèn entrades, sortides i altres elements clau que determinen com es realitzen i validen les transferències de bitcoin.

• Versió: Indica la versió del format de transacció utilitzat, representat per un enter de 4 bytes.
• Entrades (Inputs): Les entrades d’una transacció són referències a transaccions anteriors (UTXOs) que l’usuari vol gastar. Cada entrada conté:
  • ID de transacció prèvia: Identifica la transacció anterior de la qual s’agafa la UTXO.
  • Índex de sortida: Indica quina sortida de la transacció prèvia s’està utilitzant.
  • Script de desbloqueig (ScriptSig): Proporciona les dades per desbloquejar la UTXO i gastar-la.
• Sortides (Outputs): Les sortides d’una transacció són les noves UTXOs creades com a resultat de la transacció. Cada sortida conté:
  • Quantitat de bitcoin.
  • Script de bloqueig (ScriptPubKey): Funciona com un cadenat digital que es col·loca als bitcoins quan s’envien a una adreça específica. Aquest cadenat defineix les condicions que s’han de complir perquè aquests bitcoins puguin ser gastats en el futur. Per exemple, pot requerir una signatura digital específica per desbloquejar-lo o complir certes condicions predefinides.
• Testimoni (Witness) i Bloc de Testimonis (Witness Block): S’utilitzen per donar suport a la segregació de testimonis (SegWit) i emmagatzemen dades de signatura i scripts de xarxa necessaris per validar la transacció.
• Número de Seqüència (Sequence Number): Aquest número controla la reordenació o substitució de transaccions dins d’un bloc per part dels miners.
• Locktime: Defineix el temps o bloc a partir del qual la transacció pot ser inclosa en un bloc.

A més d’aquests camps, les transaccions Bitcoin estan protegides per la signatura digital de cada entrada, que es verifica utilitzant la clau pública corresponent. Aquesta estructura proporciona la base tècnica per a la seguretat i integritat de les transaccions dins la xarxa Bitcoin.

Blocs

Els blocs són pilars essencials en la tecnologia blockchain, ja que serveixen com a fonaments per garantir la integritat i la seguretat de tota la xarxa. Aquestes estructures de dades consoliden informació crítica que assegura la validesa i la fiabilitat de les transaccions a la blockchain. A continuació, detallem els elements clau que formen aquests blocs, incloent-hi l’encapçalament, les transaccions, el nonce i el hash del bloc anterior. Aquests elements treballen conjuntament per garantir la immutabilitat i la consistència de la cadena de blocs.

• Conjunt de transaccions confirmades: Cada bloc conté un conjunt de transaccions que han estat verificades i confirmades pels miners de la xarxa.
• Encapçalament del bloc: L’encapçalament d’un bloc conté informació determinant que l’identifica i l’enllaça amb altres blocs de la cadena. Això inclou:
  • Hash únic: Cada bloc té un hash únic que es calcula mitjançant un algoritme criptogràfic. Aquest hash actua com una “empremta digital” única per al bloc i es genera a partir de tota la informació continguda, incloent les transaccions i l’encapçalament. Aquest hash s’utilitza per garantir la integritat del bloc i per enllaçar-lo de manera segura amb el bloc anterior a la cadena.
  • Marca de temps (Timestamp): L’encapçalament del bloc també conté una marca de temps que indica quan es va crear el bloc. Aquesta marca de temps ajuda a mantenir un registre ordenat de les transaccions a la blockchain i facilita la sincronització entre els diferents nodes de la xarxa.
  • Referència al bloc anterior: Cada bloc fa referència al bloc anterior de la cadena, creant així una seqüència cronològica de blocs que formen la blockchain. Aquesta referència al bloc anterior es realitza mitjançant l’hash únic del bloc anterior, cosa que garanteix que cada bloc estigui vinculat de forma segura amb el bloc precedent i que qualsevol intent de modificar un bloc anterior afectaria tota la cadena, proporcionant un alt nivell de seguretat i resistència a la manipulació.

Hi ha eines en línia que permeten als usuaris rastrejar i explorar la informació relacionada amb la blockchain. Aquests exploradors de blocs proporcionen accés a dades com ara transaccions recents, saldos, detalls de blocs i altres estadístiques relacionades amb la xarxa Bitcoin.

Alguns dels exploradors de blocs més coneguts per Bitcoin són blockchain.com, Blockchair i Block Explorer. Cadascun d’aquests exploradors ofereix diferents funcionalitats per consultar la informació de la blockchain.

El procés de mineria

Para resoldre aquest desafiament, els miners han de trobar un valor nonce (nombre aleatori que s’utilitza només una vegada) que, combinat amb altres dades del bloc, com les transaccions incloses i el hash del bloc anterior, i processat a través d’una funció hash criptogràfica com SHA-256, produeixi un resultat que compleixi certs requisits establerts per la xarxa. Aquests requisits depenen de la dificultat de la xarxa, que determina la quantitat de zeros que han de precedir el hash resultant perquè sigui considerat vàlid.

A la pràctica, això implica que els miners han de fer nombrosos intents, modificant el valor del nonce, fins a trobar-ne un que, aplicat a la funció hash juntament amb les altres dades del bloc, generi un hash que compleixi amb els criteris de dificultat establerts. Aquest procés consumeix molts recursos computacionals i energia, ja que requereix realitzar càlculs complexos de manera repetida i simultània.

Aquest procés es repeteix contínuament per a cada nou bloc que s’intenta afegir a la blockchain. El miner que resolgui aquest problema primer té el dret d’afegir el bloc a la cadena i rebre la recompensa en bitcoins pel seu treball. Aquesta recompensa inclou tant les tarifes de transacció associades amb les transaccions incloses al bloc com una quantitat específica de bitcoins recentment generats, coneguda com a recompensa de bloc.

Carteres digitals (Wallets)

Les wallets de Bitcoin tenen un paper fonamental en la gestió i protecció dels bitcoins, oferint una àmplia gamma d’opcions que varien en termes de seguretat, funcionalitat i comoditat. Des de solucions que proporcionen un control total sobre la blockchain fins a aquelles que prioritzin l’accessibilitat i la facilitat d’ús, la selecció d’una cartera ha de fer-se sempre amb un enfocament centrat en la seguretat i adaptat a les necessitats individuals de cada usuari.

Les opcions disponibles inclouen clients complets que descarreguen i emmagatzemen una còpia completa de la blockchain, garantint un control total sobre els fons i una seguretat robusta. D’altra banda, hi ha carteres web i mòbils que ofereixen més comoditat, permetent un accés ràpid als fons des de qualsevol lloc amb connexió a Internet. Tot i això, aquestes darreres poden presentar riscos addicionals de seguretat, com l’exposició a atacs cibernètics.

És fonamental entendre que les wallets no emmagatzemen les monedes en si, sinó les claus que donen accés a aquestes. Cada usuari posseeix una cartera que conté parells de claus privades/públiques. Les transaccions s’autentiquen digitalment utilitzant aquestes claus, cosa que garanteix la propietat de les sortides de transacció (els bitcoins). Aquestes transaccions queden registrades a la blockchain com a sortides de transacció, proporcionant un registre immutable de la transferència d’actius.

A Block&Capital, sempre recomanem utilitzar Bitcoin Core o una cartera freda com Trezor i/o Ledger per emmagatzemar els teus bitcoins de manera segura. Evita deixar els teus fons en exchanges, ja que això pot exposar-los a riscos com atacs cibernètics o tancaments de plataformes. Així que recorda:

Not your keys, not your coins.

Governança, bifurcacions (forks) i actualitzacions

La governança i les actualitzacions de protocol, representades per les Propostes de Millora de Bitcoin (BIPs), són pilars fonamentals en l’evolució i manteniment de la xarxa de Bitcoin. En aquest context, s’estableix un marc de decisions i procediments que garanteixen l’estabilitat, la seguretat i el desenvolupament continu del protocol.

Governança

La governança en l’ecosistema Bitcoin és un aspecte clau que abasta la presa de decisions, les normes i la gestió de la xarxa. A diferència de les estructures de govern tradicionals, on una estructura centralitzada té autoritat sobre les decisions, la governança de Bitcoin es basa en la descentralització i la participació comunitària. Això implica que les decisions crítiques sobre el futur de Bitcoin es determinen mitjançant consens entre els membres de la comunitat, entre els quals hi ha desenvolupadors, miners, usuaris i altres participants.

Forks

Els forks són un component essencial del procés d’actualització i evolució de Bitcoin. Succeeixen quan es genera un desacord dins la comunitat sobre un canvi proposat en el protocol. Aquest desacord pot desencadenar dos tipus principals de forks:

• Un hard fork es produeix quan la comunitat no pot arribar a un consens sobre un canvi significatiu en el protocol. Això porta a una divisió de la blockchain en dues branques diferents, cadascuna amb la seva pròpia versió del protocol. Els usuaris que no estan d’acord amb el canvi poden optar per continuar utilitzant la versió anterior del programari, resultant en dues xarxes separades i divergents.
• Un soft fork es produeix quan s’introdueix un canvi en el protocol que és retrocompatible amb versions anteriors del programari. Això significa que els nodes que no actualitzen el seu programari poden continuar participant a la xarxa, tot i que poden quedar exclosos d’algunes funcions noves o millorades. Tot i que la blockchain es manté unida, els usuaris que vulguin aprofitar plenament les noves característiques han d’actualitzar el seu programari.

Bitcoin Improvement Proposals (BIPs)

Les Propostes de Millora de Bitcoin (BIPs), d’altra banda, són documents formals que descriuen millores proposades per al protocol de Bitcoin. Aquestes propostes poden abordar una àmplia varietat de canvis, des de modificacions tècniques menors fins a actualitzacions de gran abast. Els BIPs són presentats per membres de la comunitat i poden ser discutits, revisats i acceptats per altres participants abans de ser implementats en el programari de Bitcoin.

Escalabilitat i reptes

Bitcoin s’enfronta a importants reptes pel que fa a la seva escalabilitat, que afecta la capacitat de la xarxa per gestionar un major volum de transaccions de manera eficient. Dos dels reptes més destacats són la mida del bloc, limitada a un megabyte, i la congestió de la xarxa o coll d’ampolla, que han generat debats sobre com abordar-los de manera efectiva. Aquests problemes de congestió poden provocar transaccions més lentes i tarifes més altes.

Propostes d’Escalabilitat

Per fer front a aquests reptes, s’han proposat diverses solucions, entre les quals destaquen:

• Segregated Witness (SegWit): Es va activar a la xarxa principal de Bitcoin a l’agost de 2017 amb l’activació del bloc SegWit número 481.824. SegWit és una millora del protocol de Bitcoin que separa la informació de la transacció de la seva signatura, cosa que optimitza l’espai d’emmagatzematge dins dels blocs. Aquesta solució augmenta la capacitat efectiva de cada bloc, fet que pot traduir-se en una reducció de les tarifes de transacció i en temps de confirmació més ràpids.
• Lightning Network: La Lightning Network és com la targeta Visa del sistema tradicional. Funciona com una xarxa de canals de pagament de segona capa que opera per sobre de la blockchain de Bitcoin. De manera similar a com una targeta Visa permet fer transaccions fora del sistema bancari principal, la Lightning Network facilita transaccions fora de la cadena principal de Bitcoin. Això significa que pot gestionar un volum molt més alt de transaccions per segon i oferir tarifes més baixes. Mitjançant contractes intel·ligents i canals de pagament bidireccionals, la Lightning Network pretén millorar l’escalabilitat i la velocitat de les transaccions a la xarxa Bitcoin.
• Signatures Schnorr: Les signatures Schnorr són una tècnica de signatura digital més eficient i flexible que les signatures ECDSA actualment utilitzades a Bitcoin. La seva implementació podria reduir la mida de les transaccions, permetent un major nombre de transaccions per bloc i una eficiència superior a la xarxa.
• Schnorr Taproot: És una proposta que combina les signatures Schnorr amb la tecnologia de scripts de Bitcoin per millorar la privacitat i l’eficiència de les transaccions. Permet agregar signatures, cosa que vol dir que múltiples signatures es poden combinar en una sola, reduint així la mida de les transaccions a la cadena de blocs. També proporciona més privacitat en ocultar les condicions de despesa en transaccions amb múltiples firmants.
• Colored Coins: Aquesta tècnica permet als usuaris “colorejar” bitcoins per representar actius digitals o tokens específics dins la blockchain de Bitcoin. Tot i que no se centra directament en l’escalabilitat en termes de processament de transaccions, les Colored Coins augmenten la utilitat de Bitcoin en permetre una gamma més àmplia de casos d’ús i aplicacions.
• Extensions de la mida del bloc: Augmentar la mida del bloc és una proposta que ha estat objecte de debat dins la comunitat Bitcoin. Incrementar la mida dels blocs permetria incloure més transaccions en cada bloc, augmentant així la capacitat de la xarxa per gestionar un volum superior de transaccions.
• Sidechains: Les sidechains són cadenes de blocs separades però interoperables que poden estar vinculades a la cadena principal de Bitcoin. Permeten la transferència d’actius entre cadenes de manera fiable i segura, cosa que pot ajudar a reduir la pressió sobre la cadena principal en traslladar-hi certes transaccions.
• Optimitzacions de la xarxa: Això inclou millores en el programari dels nodes de Bitcoin per optimitzar el processament de les transaccions i la propagació dels blocs a la xarxa, fet que pot augmentar l’eficiència general i reduir els temps de confirmació.

Aquestes propostes són alguns dels esforços més significatius per fer front als reptes d’escalabilitat de Bitcoin i millorar la seva capacitat per gestionar un volum més gran de transaccions de manera eficient. No obstant això, la implementació i adopció d’aquestes solucions s’enfronten a desafiaments tècnics i consideracions de consens dins la comunitat de Bitcoin.

A més dels reptes esmentats anteriorment, altres problemes rellevants inclouen:

• Consum elèctric: El procés de mineria de Bitcoin requereix una quantitat significativa d’electricitat, cosa que ha generat preocupacions sobre el seu impacte ambiental i la sostenibilitat a llarg termini de la xarxa.
• Descentralització: A mesura que Bitcoin guanya popularitat, existeix el risc que la xarxa es torni més centralitzada, amb un nombre reduït d’actors controlant la major part de la potència de processament, la qual cosa podria comprometre la seguretat i la resistència a la censura del sistema.

Conclusions

L’impacte de Bitcoin va molt més enllà de ser una simple moneda digital. La creació de Bitcoin ha resolt problemes històrics, com el problema dels generals bizantins, gràcies a la seva tecnologia blockchain. En introduir un nou paradigma de confiança descentralitzada en les transaccions financeres, Bitcoin ofereix un potencial revolucionari per a la transferència de valor en l’era digital.

Així mateix, l’arquitectura de Bitcoin, amb el seu sistema de claus digitals i wallets, i l’estructura de les seves transaccions i blocs, ha permès una xarxa segura i sense necessitat d’intermediaris. Això no només ha ofert una alternativa al sistema financer tradicional, sinó que també ha obert el camí per al desenvolupament de noves aplicacions i tecnologies basades en la blockchain.

En conclusió, podríem dir que Bitcoin representa tant un assoliment tecnològic revolucionari com un repte en evolució constant per adaptar-se i millorar contínuament. El seu impacte en el món financer i tecnològic és indiscutible, i a mesura que aquesta tecnologia continua madurant i trobant noves aplicacions, és evident que ens trobem davant d’un canvi significatiu en la manera com es transfereixen i gestionen els valors en l’era digital.

Recursos:
[1] Mastering Bitcoin
[2] Github Bitcoin

A Block&Capital, especialistes en selecció de personal, treballem per crear oportunitats on el creixement i l’èxit siguin a l’abast de tothom. Si estàs preparat per fer un pas endavant en la teva carrera professional, no dubtis a contactar amb nosaltres.