¿Qué es la cadena de bloques? Cómo crear red, código y su arquitectura

Al igual que la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, Blockchain está creciendo rápidamente para convertirse en una tecnología dominante en la industria actual. La tecnología Blockchain ya no se limita al sector BFSI, y está dando a conocer su presencia en otros dominios, incluidos el cuidado de la salud, la gobernanza, el comercio minorista y la logística, por nombrar algunos. Sin embargo, aunque Blockchain se ha abierto camino en el vocabulario común, no muchos conocen la arquitectura de Blockchain y cómo funciona.

En esta publicación, hablaremos sobre todo lo que necesita saber sobre Blockchain y la arquitectura Blockchain. Primero, comencemos con lo básico.

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¿Qué es la cadena de bloques?

Una cadena de bloques es un libro mayor descentralizado y distribuido que se diseñó en 1991 para almacenar y registrar transacciones financieras. Sin embargo, es capaz de almacenar cualquier cosa que tenga valor. Esencialmente, Blockchain es una web o red interconectada de computadoras conectadas entre sí en lugar de estar conectadas a un servidor central. Todas las máquinas (o nodos) dentro de esta red pueden definir y acordar un estado compartido de datos mientras se adhieren a algunas restricciones acordadas unánimemente; aunque el sistema consta de múltiples nodos, ningún nodo individual puede alterar los datos sin el consenso de todos. la red.

Dado que Blockchain es una red distribuida, cada nodo dentro de la red mantiene, aprueba y actualiza las nuevas entradas. Cada miembro realiza una validación cruzada de los registros y procedimientos, lo que hace que la red Blockchain sea válida y segura. De esta manera, incluso si los miembros no confían entre sí, pueden establecer unísono sobre bases comunes.

Como sugiere el nombre, una Blockchain consta de bloques que contienen información específica que comparten todas las máquinas conectadas dentro de la red peer-to-peer (P2P). Estos bloques son estructuras de datos que agrupan conjuntos de transacciones y las distribuyen a todos los nodos de la red P2P. Cada bloque está asegurado a través de una clave criptográfica altamente especializada. Además, cada bloque contiene un encabezado de bloque, los metadatos, que verifican la validez del bloque. Los metadatos de bloque de un bloque se componen de los siguientes seis componentes:

• Versión: la versión actual de la estructura del bloque.
• Hash de encabezado de bloque anterior: la referencia al bloque principal de este bloque .
• Merkle root hash – Es un hash criptográfico de todas las transacciones registradas en el bloque.
• Marca de tiempo: la hora de creación del bloque.
• nBits: la forma codificada del umbral objetivo en el encabezado del bloque.
• Nonce (número usado una vez): un valor aleatorio que el creador del bloque puede manipular como y cómo lo desee.

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Si bien estos seis componentes forman el encabezado del bloque, la parte restante de un bloque contiene las transacciones incluidas por el minero al crear el bloque. Los usuarios de una red crean dichas transacciones y las envían a la red para que se incluyan en un bloque. A medida que estas transacciones continúan creciendo, el tamaño de Blockchain también continúa expandiéndose.

Las características descentralizadas y distribuidas de Blockchain lo hacen transparente y responsable (cada usuario de la red es responsable de cualquier alteración en la cadena). Y el hecho de que todo lo registrado en una Blockchain esté asegurado mediante criptografía lo hace seguro y confiable. Estas características de Blockchain lo han hecho atractivo para los entusiastas de todas las industrias que están invirtiendo fácilmente en la arquitectura Blockchain para desarrollar aplicaciones basadas en Blockchain.

Arquitectura de cadena de bloques

Ahora que hemos aclarado los conceptos básicos de la arquitectura Blockchain, profundizaremos en ella. La arquitectura Blockchain consta de dos estructuras de datos centrales:

• Punteros: son variables que registran información sobre la ubicación de otra variable. En otras palabras, señalan la posición de otra variable.
• Listas vinculadas: son una secuencia de bloques en la que cada bloque tiene datos únicos y está vinculado al bloque que le sigue a través de un puntero.

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Siguiendo esta lógica, el primer bloque, también conocido como el Bloque Génesis, en la cadena no contiene un puntero (es el bloque inicial). De manera similar, el bloque final de la cadena tendrá un puntero nulo (sin valor).

Características de la Arquitectura Blockchain

La arquitectura Blockchain tiene algunas características únicas, que incluyen:

• Criptografía: cada transacción registrada en una cadena de bloques se protege mediante cálculos criptográficos complejos validados por todas las partes interesadas involucradas.
• Descentralización: cada miembro de la red Blockchain tiene acceso a la base de datos completa.
• Procedencia: el origen de cada transacción contenida en el libro mayor de Blockchain se puede rastrear y monitorear.
• Inmutabilidad: una vez que se registra una transacción en una Blockchain, no se puede eliminar. Solo mediante el consentimiento de todas las partes se puede modificar el registro.
• Anonimato: cada usuario en la red tiene una dirección generada a través del propio sistema; no tienen una identidad. De esta manera, los usuarios pueden mantener su anonimato (particularmente requerido en una estructura de cadena de bloques pública).
• Transparencia: dado que cada miembro de Blockchain puede acceder al sistema y monitorear las operaciones, existe una transparencia total en el proceso. La alteración de un bloque significaría que se debe cambiar toda la cadena, y es muy poco probable que esto suceda (se requiere una enorme potencia informática para sobrescribir la red blockchain).

Tipos de Arquitectura Blockchain

Hay principalmente tres tipos de Arquitectura Blockchain:

• Arquitectura pública de cadena de bloques

En una arquitectura blockchain pública, el acceso a los datos y al sistema está disponible para cualquier persona que desee participar en la red Blockchain. Bitcoin, Ethereum y Litecoin son algunos ejemplos excelentes de sistemas públicos de blockchain.

• Arquitectura de cadena de bloques privada

A diferencia de la arquitectura de blockchain pública, una arquitectura de blockchain privada solo puede ser controlada por un grupo de usuarios autorizados que pertenecen a una organización específica o que tienen una invitación para participar en la red.

• Arquitectura Blockchain del Consorcio

La arquitectura blockchain del consorcio está compuesta por un grupo de organizaciones y los procedimientos para el sistema son establecidos y controlados por el grupo selecto de usuarios asignados.

Una cadena de bloques pública es la cadena de bloques descentralizada pura, ya que es abierta y cualquiera que desee participar en un acuerdo o en el sistema puede acceder a ella. Todos los registros son visibles para todos los usuarios participantes en la red. Por el contrario, una Blockchain privada representa el comportamiento de un sistema más centralizado ya que es administrado y controlado por un grupo selecto de usuarios que disfrutan de mayor privacidad.

Componentes centrales de la arquitectura Blockchain

Seis componentes centrales conforman la Arquitectura Blockchain. Ellos son:

• Nodo: se refiere a un usuario/computadora en la arquitectura de la cadena de bloques. Cada nodo tiene una copia independiente de todo el libro mayor de la cadena de bloques.
• Transacción: se refiere al bloque de construcción más pequeño de un sistema de cadena de bloques, es decir, los registros y la información almacenados en el bloque.
• Bloque: es una estructura de datos que almacena/registra un conjunto de transacciones que luego se comparte (distribuye) entre todos los nodos de la red.
• Cadena: es un término para una secuencia de bloques dispuestos en un orden específico.
• Mineros: este es un término que se usa para los nodos específicos que verifican los bloques antes de agregarlos a la estructura de la cadena de bloques.
• Algoritmo de consenso: es una colección de reglas y procedimientos que deben cumplirse estrictamente para realizar operaciones de blockchain.

El diagrama de la arquitectura de la cadena de bloques que se muestra a continuación explica con más detalle cómo funciona el sistema como una billetera digital distribuida:

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Anteriormente, habíamos discutido los componentes del bloque de metadatos. Ahora, veremos los elementos de un bloque en una Blockchain. Cada bloque consta de:

• Datos: los datos de un bloque dependen en gran medida del tipo de arquitectura de cadena de bloques en el que se encuentra. Por ejemplo, para Bitcoin o Litecoin, los datos contenidos en los bloques contendrán información del remitente, el receptor y la cantidad de monedas.
• El hash del bloque: un hash es una clave única, casi como una huella digital. Es una combinación compleja de dígitos y letras. Cada hash de bloque se crea utilizando un algoritmo de hash criptográfico particular: SHA256. Inmediatamente se crea un bloque, se genera una clave hash. Cualquier cambio realizado en el bloque también alterará automáticamente su hash. En otras palabras, el hash de bloque ayuda a detectar cualquier modificación realizada en un bloque.
• El hash del bloque anterior: además de contener su clave hash única, un bloque también debe contener el hash del bloque inmediatamente anterior. Es esta característica la que ayuda a crear una cadena conectada en la arquitectura blockchain y es el elemento principal detrás de su seguridad.

Dado que todos los bloques validados en una Blockchain se derivan del Bloque Génesis, cualquier intento de corromper o violar un solo bloque creará una reacción en cadena, promoviendo el cambio de todos los bloques. Si esto sucede, todos los bloques transmitirán la información incorrecta, lo que hará que toda la Blockchain sea inválida. Sin embargo, se pueden realizar cambios en la arquitectura Blockchain a través del algoritmo de consenso.

¿Qué es un algoritmo de consenso?

El algoritmo de consenso se refiere al mecanismo o protocolo que garantiza que la copia local del libro mayor de Blockchain que poseen los miembros individuales sea coherente entre sí y se actualice a la última versión. Esto ayuda a garantizar la uniformidad y la sincronicidad dentro de la arquitectura de la cadena de bloques. Estos son los tres algoritmos de consenso más utilizados:

Prueba de trabajo (POW)

El POW requiere que resuelva un rompecabezas de cálculo complejo para crear y agregar nuevos bloques en la red Blockchain. Entonces, debe adivinar la cadena particular que produce un hash de 256 bits, como lo propaga el algoritmo hash SHA256. Dado que uno necesita hacer millones de conjeturas para verificar el hash, recibe el nombre de "prueba de trabajo".

Prueba de participación (POS)

El protocolo POS considera todos los nodos del sistema como validadores que pueden validar las transacciones para ganar tarifas de transacción. POS selecciona aleatoriamente estos nodos para validar los bloques: la probabilidad detrás de la selección aleatoria de un nodo depende de la cantidad de participación que tiene el nodo.

Tolerancia a fallas bizantinas simplificada (SBFT)

En este enfoque, hay un solo nodo (validador) que agrupa las transacciones propuestas para crear un nuevo bloque en Blockchain. El validador se denomina Parte. Aquí, cuando el número mínimo de otros nodos en la red rectifica el bloque recién creado, se logra un consenso.

¿Cómo crear una Arquitectura Blockchain?

Para construir una Arquitectura Blockchain, primero, debes cuidar dos cosas:

• Red Blockchain: se refiere a la infraestructura de la aplicación Blockchain ubicada dentro de un entorno particular, ya sea en una o en unas pocas organizaciones.
• Código Blockchain: se refiere a las tareas y objetivos que la aplicación Blockchain pretende realizar.

Hoy en día, desarrollar una arquitectura Blockchain es más fácil gracias a la amplia disponibilidad de soluciones de código abierto. Hyperledger de Linux Foundation es la plataforma más popular utilizada para construir una arquitectura blockchain privada. Además de Hyperledger, Ethereum y Corda también son excelentes herramientas para desarrollar Blockchain Architecture.

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¿Cómo crear una Red Blockchain?

Una red Blockchain se forma cuando una o un grupo de organizaciones deciden invertir en una solución Blockchain. Esta red podría considerarse como organizaciones individuales con su personal o como un todo desde el punto de vista de la infraestructura técnica de todas las organizaciones combinadas.

Por lo general, varias partes están involucradas en una red Blockchain. El objetivo de las aplicaciones/soluciones de Blockchain es organizar estas partes formando un sistema transparente entre pares en el que cada miembro pueda rastrear y monitorear todas las actividades en tiempo real. Esta característica ayuda a eliminar todos los riesgos asociados con la transacción o el negocio.

En una red Blockchain, cada organización participante posee una copia individual del libro mayor que se sincroniza con protocolos únicos y capas técnicas de la red Blockchain (pares). El Servicio de pedidos se puede compartir entre todas las partes que controlan las transacciones y su pedido en la red Blockchain. Nuevamente, la función Proveedor de servicios de membresía (MSP) permite el acceso a usuarios particulares dentro de la red para mantener la privacidad y seguridad de la red. Finalmente, todas las transacciones contenidas en la red se registran en un libro mayor.

¿Cómo crear el Código Blockchain?

Una vez que la red Blockchain está en su lugar, las partes involucradas deben llegar a un consenso sobre el tipo de transacciones comerciales que deben tener lugar dentro de la Arquitectura Blockchain. Este consenso se logra en forma de un acuerdo legal, conocido como Smart Contracts. Este es el Código Blockchain, también conocido como Chaincode. Como cualquier documento legal, los Smart Contracts contienen la información de los participantes, los activos y las transacciones que van a ocurrir. Cada transacción requiere una función de procesador transaccional que describa los procesos que sucederán una vez que se ejecute la transacción.

Los beneficios de la arquitectura Blockchain

Al establecer una Arquitectura Blockchain en su lugar, las organizaciones pueden obtener los siguientes beneficios:

• Reducción de costo

Las empresas suelen gastar cantidades sustanciales de dinero en el mantenimiento de bases de datos centralizadas que son susceptibles a los ataques cibernéticos. Con una estructura Blockchain en su lugar, una cosa es segura que las organizaciones no deben preocuparse por las violaciones de seguridad y del sistema. Por lo tanto, no necesitan gastar dinero adicional en fortalecer la seguridad del sistema.

• Mayor transparencia

En una estructura Blockchain, los miembros pueden consultar el historial de cualquier transacción en cualquier momento. Por lo tanto, a diferencia de una base de datos centralizada, este es un archivo en constante crecimiento en el que los miembros disfrutan de una transparencia total.

• Seguridad de datos

Una vez que ingresa información (datos) en la estructura de Blockchain, es casi imposible manipularla o corromperla. Cualquier alteración realizada en Blockchain debe ser validada por todos los miembros de la red, lo que hace que el proceso sea largo y lento. Naturalmente, el cociente de seguridad de datos es muy alto en la Arquitectura Blockchain.

Entonces, ¡esa es la Arquitectura Blockchain en pocas palabras!

Esperamos que esto lo ayude a comprender un poco mejor esta tecnología emergente.

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