Computación óptica promete mejorar algoritmo de minería de bitcoin

Los promotores de la prueba de trabajo óptica (oPoW), una propuesta que promete reducir drásticamente el consumo eléctrico en la minería de Bitcoin, emitieron un primer documento técnico o “lite paper”. El escrito fue publicado a principios de noviembre por el desarrollador Michael Dubrovsky, cofundador de la startup PoWx y uno de los principales impulsores de la idea.

El documento describe a grandes rasgos las bases para el uso de hardware óptico en la minería de criptomonedas, y las características de un nuevo algoritmo de minería denominado oPoW (optical Proof of Work). Dubrovsky lanzó inicialmente la propuesta en julio de 2018, con al argumento que representa una alternativa viable para reducir varios de los problemas de escalabilidad de Bitcoin, como la centralización geográfica, el monopolio de los fabricantes de hardware especializado (ASIC) y el creciente consumo eléctrico de la red.

En aquel momento la propuesta de prueba de trabajo óptica recibió el apoyo de voceros del ecosistema como Luke Dash Jr., desarrollador de Bitcoin Core. No obstante, hubo quienes expresaron sus dudas, especialmente por la falta de detalles técnicos de la implementación y del nuevo algoritmo.

En el litepaper, titulado “Optical Proof of Work”, los investigadores Michael Dubrovsky, Marshall Ball y Bogdan Penkovsky presentan Haveyhash, un nuevo modelo del Hascash en el cual se basa actualmente la arquitectura del algoritmo PoW en Bitcoin. Según señalan, el prototipo está diseñado para imitar la construcción de la actual PoW, pero adaptado a la computación óptica, por lo cual los investigadores creen que las modificaciones en el funcionamiento del protocolo serían mínimas.

La Prueba de trabajo y el consumo eléctrico

Según los autores, la propuesta surge como respuesta a la gran dependencia de la electricidad que presenta el modelo de minería Bitcoin basado en la prueba de trabajo (PoW) tal como funciona actualmente. Opinan que dicho modelo expone a la red a limitaciones de escalabilidad, costos ambientales y algunos riesgos de seguridad que, aunque no son inminentes, a largo plazo podrían erosionar la resistencia a la censura de redes públicas como Bitcoin.

El litepaper de oPoW señala que el esquema de prueba de trabajo, basado en el hascash diseñado por Adam Back, se fundamenta en imponer a los mineros un costo económico verificable. Este costo se traduce en el poder computacional que inevitablemente deben emplear para resolver un desafío informático específico, denominado “criptopuzzle”, asociado a la creación de cada nuevo bloque en la blockchain. La solución a dicho desafío constituye la “prueba de trabajo”, ya que garantiza que se empleó cierta cantidad de cómputo para hallarla.

El algoritmo de minería vigente de Bitcoin (SHA256) ha demostrado su eficacia como mecanismo de consenso, como herramienta de emisión de monedas, así como para proteger a la red de ataques sybil y de doble gasto. Sin embargo, Dubrovsky y el resto del equipo de investigación de la propuesta de prueba de trabajo óptica resaltan que el crecimiento de Bitcoin en la última década ha dejado en evidencia que el consumo eléctrico es el costo primario de una operación de minería de bitcoin.

Describen que esta tendencia expone a la red de Bitcoin a riesgos como la centralización geográfica de la actividad de minería, ya que los mineros tienden a concentrarse en regiones con costos de energía bajos como Islandia y China occidental, generando puntos únicos de falla. Asimismo, el aumento de la dificultad de la red y la consecuente “industrialización” de la minería de criptomonedas, contribuyó al surgimiento de centros de cómputo dedicados o “granjas mineras”, con un fuerte impacto ambiental.

Por otra parte, el elevado consumo eléctrico de estas operaciones orilla a los mineros a requerir el consentimiento y en muchos casos la asociación con empresas de servicios públicos y los gobiernos que las controlan. El informe puntualiza que esta circunstancia implica un riesgo potencial ataques de regulación, aunado a la sensibilidad a las fluctuaciones de las tarifas eléctricas.

Minería con computación óptica

Los investigadores proponen un modelo que elimina la electricidad como costo primario de la minería de criptomonedas, y que, según afirman, le permitiría a Bitcoin escalar de 10 a 100 veces su tamaño actual. El enfoque busca centrar el costo económico verificable de la prueba de trabajo en los gastos de capital (hardware de computación óptica) y no en los gastos operativos (electricidad).

El hardware de computación óptica utiliza la luz como base del procesamiento, a diferencia del tradicional hardware digital, que emplea corrientes eléctricas. Según el documento, la informática óptica existe desde hace décadas y se ha empleado básicamente en la industria de las telecomunicaciones. “De hecho, el reemplazo de cables de cobre con fibras ópticas transformó las comunicaciones intercontinentales, incluida Internet, que se ha vuelto exponencialmente más rápida y más eficiente”, explica el litepaper.

Los avances actuales en la materia, impulsados por el desarrollo de la inteligencia artificial (IA), llevan a los investigadores a afirmar que la integración del procesamiento óptico puede aumentar significativamente la velocidad de procesamiento, manteniendo niveles de consumo eléctrico muy bajos.

Para tal fin, crearon un prototipo de hardware óptico basado en componentes usados en la IA, llamados coprocesadores de silicio, los cuales creen que tienen el mayor potencial para la minería de criptomonedas de alta eficiencia además de disponibilidad a corto plazo. El documento afirma que múltiples compañías del sector informático, entre las que menciona a Luxtera, IBM e Intel, se valen de la tecnología de fotónica de silicio para la fabricación de transceptores que usan en la transmisión de datos entre sus servidores.

Basados en esta tecnología, construyeron la prueba de trabajo óptica (oPoW), un algoritmo optimizado para el procesamiento con coprocesadores fotónicos integrados.

Prueba de trabajo óptica basada en Heavyhash

En lugar de intentar procesar el algoritmo PoW existente con hardware fotónico, los investigadores decidieron crear una prueba de trabajo adaptada a los coprocesadores fotónicos existentes. Para tal fin, construyeron un esquema híbrido, que combina el actual hashing digital, basado en la función SHA256, con un modelo destinado a la aceleración fotónica, denominado HeavyHash.

“En su forma más simple, oPoW es el algoritmo Hashcash con nuestra función hash personalizada, HeavyHash, diseñada específicamente para ejecutarse de manera eficiente en aceleradores ópticos mientras se conservan todas las propiedades de seguridad criptográfica necesarias para PoW”, plantea el litepaper.

Michael Dubrovsky, Marshall Ball y Bogdan Penkovsky, sostienen que la implementación de esta propuesta es factible en la vida real, considerando el estado actual de los avances en computación fotónica. Creen además que el costo por hash puede ser menor al de la minería de GPU y ASIC, y que redundaría en un importante ahorro en costos de energía. Así mismo, oPoW contribuiría a la descentralización, tanto geográfica, como de la fabricación de hardware, pues múltiples empresas ya producen coprocesadores fotónicos para otros casos de uso.