Sobre la Irreversibilidad y el Tiempo

Hay varias cosas que el mundo digital nos trae y nos causan cierta desazón; por una parte está ese poder de hacer tantas copias idénticas de cualquier objeto digital, y por otra, que en el mundo digital el tiempo no existe, el futuro y pasado son frutos del convenio y nada impide defraudarlo. La realidad digital es esencialmente reversible y para algunos esto ya no necesariamente tiene que ser así. Las tecnologías de las cadenas de bloques (Blockchains) vienen a corregir este problema y debemos ver cómo.

Jorge Dávila Muro
Consultor independiente. Director. Laboratorio de Criptografía. LSIIS. Facultad de Informática. UPM. Esta dirección electrónica esta protegida contra spambots. Es necesario activar Javascript para visualizarla

En su angustia, Lady Macbeth¹ huele sus manos y en ellas reconoce el olor de la sangre, sangre que ha intentado limpiar una y mil veces de sus manos y de las dagas que mataron al Rey Duncan², pero no puede conseguirlo; “Lo que está hecho no se puede deshacer”³, y lo repite y repite con los ojos perdidos en visiones que no se atreve a confesar.

Esta experiencia vital e íntima de que hay algo que impide que las cosas puedan realmente volver a un estado o situación anterior es lo que causa la angustia existencial⁴. Los que superan esa crisis, llegan a la plena conciencia de lo mortal y finito que es todo lo vivo, así como a la certeza de que es imposible mover el tiempo hacia atrás.

Para aquellos más atentos es fácil comprobar que los procesos se producen espontáneamente, sólo lo hacen en un sentido o, para ser más precisos, que esos procesos no pueden invertirse sin que se produzcan cambios sustanciales en las condiciones globales del sistema. ¿Se ha preguntado alguien por qué es imposible que espontáneamente pase el calor de un cuerpo frio a uno caliente?⁵ Quizás no se lo ha preguntado nadie porque estamos más acostumbrados a ver que si se rompe una bolsa llena de canicas, éstas se esparcen espontáneamente por el suelo de la forma más natural. Lo que no ha visto nadie jamás es que un conjunto de canicas se recojan ellas solas espontáneamente y sin ayuda para terminar en una misma caja. Del mismo modo, si un adolescente encuentra su cuarto recogido cuando regresa del instituto, no es que hayan pasado por allí los ángeles de San Isidro, sino que su madre, padre o la asistenta se han encargado de hacer lo que el adolescente y la naturaleza nunca harán por sí mismos.

Todos estos fenómenos tienen un mismo origen, la segunda Ley de la Termodinámica y la existencia del tiempo. Rudolf Clausius⁶ se dio cuenta de todo esto y lo explicó echándole la culpa a la entropía⁷. Cuando un sistema sufre un proceso irreversible puede todavía volver a su estado inicial; sin embargo, eso es imposible cuando se quiere restaurar también al estado inicial el entorno de ese sistema (el universo). En todo proceso irreversible aumenta la entropía del universo (2ª Ley).Todos los procesos naturales y complejos (la vida) son irreversibles.

Si hubiese que materializar el concepto de entropía termodinámica en algo, habría que ver cómo una parte de la energía que se emplea en cualquier transformación se pierde o disipa en colisiones y fricciones moleculares improductivas que no son parte del cambio realizado, y esa energía “desperdiciada” no se recuperará si se invierte el proceso principal.

La culpa es de la entropía

La entropía es la única magnitud física que requiere una dirección particular en el tiempo y por ello se habla de “la flecha del tiempo”⁸. Según se va adelante en el tiempo, la segunda ley de la termodinámica dice que la entropía de todo sistema aislado puede o no aumentar, pero en ningún caso disminuir. De ese modo, la entropía es un modo de distinguir el pasado del futuro en un sistema aislado. Sin embargo, en los sistemas que no son adiabáticos⁹ (aislados), la entropía puede disminuir con el tiempo; muchos sistemas, entre ellos todos los vivos, reducen su entropía a expensas de que aumente la del medio ambiente, de modo que el balance neto aumenta.

Cuando se mira una película, normalmente es fácil saber cuándo se está proyectando en el sentido habitual o se está rebobinando. Cuando rebobinas, los cristales rotos se reparan, espontáneamente, el humo se mete en las chimeneas, y los helados se recomponen a partir de sus versiones fundidas. Ninguna ley de la termodinámica se incumple en la película rebobinada a excepción de la asimetría temporal que presenta la entropía.

Por otra parte, todos los procesos físicos que ocurren a nivel microscópico, a nivel molecular, son reversibles respecto al tiempo, tal y como indica la Mecánica clásica¹⁰. Cuando un átomo viaja en una dirección y luego lo hace exactamente en la contraria, su comportamiento mecánico es idéntico en ambos casos. Sin embrago, cuando el número de partículas es mayor, es prácticamente imposible que una cantidad macroscópica de gas que inicialmente ocupa todo el espacio del contenedor, por si sola pase a ocupar sólo la mitad del mismo. En algún lugar del camino, entre las leyes de mecánica clásica aplicada a partículas (moléculas) individuales y las propiedades de un gas metido en una botella aparecen la entropía y el tiempo. En ese punto es donde surge la irreversibilidad.

En el mundo digital el error está muy perseguido. Los sistemas digitales renuncian al detalle que acompaña a las variables continuas que percibimos en nuestro mundo analógico para quedarse con sólo dos estados, de modo que podamos mantener sus representaciones una tan lejos de la otra como sea necesario para que ambas sean insensibles al ruido. Antes de que llegase la era digital, la teoría de la información¹¹ ya desarrollaba técnicas que permitían la entrega de datos digitales a través de canales analógicos llenos de ruido y fallos.

Por ejemplo, las técnicas de detección y corrección de errores¹² están presentes en todas las memorias ECC¹³ que hay en los ordenadores, y su misión es detectar y corregir los tipos más comunes de errores que se dan en esos escenarios. Este tipo de memorias son imprescindibles en aquellos ordenadores donde la corrupción de los datos es inaceptable (cálculo científico y financiero).

A niveles más altos de abstracción, sistemas de ficheros como ZFS¹⁴, BtrFS¹⁵ y algunas implementaciones RAID¹⁶, incluyen mecanismos de depuración y actualización de datos que detectan los bloques defectuosos y, con cierta probabilidad, los reparan antes de que sean utilizados.

El original y sus copias

Las técnicas digitales y las redes de comunicación han permitido hoy otorgar a la información una cualidad que muchos todavía no tienen muy asumida; en el mundo digital, el original y sus copias son esencialmente idénticos, absolutamente indistinguibles. Gracias a eso, una protección inherente a la digitalización es que se pueden generar tantas copias como se quiera y colocarlas en sitios y medios tan dispares y distantes de modo que la probabilidad de que un cataclismo o ataque intencionado termine con todas ellas sea significativamente pequeña. Cuando el dominicano Savonarolla ¹⁷ prendió fuego a su famosa Hoguera de las Vanidades¹⁸ (7/2/1497), sabía que lo que allí perecía nunca jamás volvería a ser visto o leído¹⁹. Hoy, sin embargo, su acto de censura e intimidación no pasaría de ser más que un acto obsceno y vandálico de un integrista religioso que sólo favorece el efecto invernadero.

Todas estas medidas del mundo digital hacen que los datos permanezcan iguales, inmutados y alejados de las zarpas del tiempo. Aun así, está todavía pendiente ganarle la batalla al tiempo y a los errores cuando uno se plantea el almacenamiento de la información digital en escalas de tiempo muy largas²⁰, mucho más largas que los ciclos tecnológicos de los soportes en los que se guarda (papel, cintas, discos, medios ópticos, etc.). El buen papel aguanta mil años fácilmente, las fotografías han durado ya 189 años²¹, pero todavía está por ver cuánto duran los soportes digitales actuales.

La inclusión de la irreversibilidad en el paradigma digital

En los últimos siete años ha ocurrido con el mundo digital algo realmente sorprendente, los visionarios del paradigma digital están buscado el modo de incluir la irreversibilidad, el tiempo, en él.

Le dirán, lector, que todo empezó por culpa de Bitcoin²², un sistema de pago inventado por un tal Satoshi Nakamoto y que ahora parece ser un australiano sin relación especial con la tierra del Sol Naciente. El caso es que alguien publicó la invención de Bitcoin en el año 2008 y, al año siguiente, distribuyó un software que lo implementaba²³. El mayor atractivo mediático de este constructo es ser un sistema Peer-to-Peer (inter pares), y las transacciones se dan entre usuarios directamente, (en principio) sin intermediación alguna²⁴.

Todas las transacciones del sistema son verificadas por una red de nodos y se registran en lo que a todas luces sería un libro de asientos contables²⁵ esencialmente público. A ese paradigma lo han llamado,sin complicarse mucho la vida, “block chain” (cadena de bloques). Al tener una unidad y un libro de transacciones, poco podía tardar en que lo denominasen “moneda virtual descentralizada”, o “criptomoneda” por el uso que hace de algunos elementos criptográficos.

La razón de esa rápida respuesta del público es que buscar monedas electrónicas no es algo nuevo; de hecho tuvo mucho tirón en la década de los noventa²⁶, pero todas las propuestas que se hicieron siempre caían por el mismo fallo, “el doble gasto”²⁷; algo que los bancos y autoridades monetarias no estaban dispuestos a tolerar. Lo que sí tiene de novedoso Bitcoin es que elimina a los bancos y autoridades monetarias y las sustituye por un conjunto (reducido) de “nodos” consagrados al cuidado de la nueva Torá²⁸ del capitalismo P2P, que es la Blockchain²⁹.

En el fondo, la Blockchain sólo es una base de datos distribuida que mantiene una única y siempre creciente lista de registros, a la que se le han incluido mecanismos de irreversibilidad y auditoría. Consiste en una cadena de bloques con los datos esenciales de las transacciones reconocidas como válidas. En versiones más modernas como la de Ethereum ³⁰ de 2013, además de datos, también pueden incorporarse programas a los bloques (Blockchain 2.0)³¹. En cada bloque hay una referencia de tiempo y el valor hash del bloque anterior que lo enlaza con él.

El temprano éxito de Bitcoin y un espectacular ascenso en su cotización³² en noviembre de 2013, propiciaron que en abril de 2014 ya hubiera más de 80 “cryptoledgers” distintos, y que sean más de media docena los proyectos³³, muy bien financiados, que hay en marcha sobre la denominada Blockchain 2.0³⁴.

Qué es una cadena de bloques

Para entender qué es una cadena de bloques debemos empezar por las transacciones, que son la información almacenada en los bloques de la cadena. En una criptomoneda, las transacciones las crean los usuarios pagadores cada vez que envían algo de sus criptomonedas a alguien. Esa transacción se la pasan a un nodo de la red P2P que determina si es una transacción semánticamente correcta y la incorpora a un bloque que en ese momento esté en construcción.

Los bloques son grupos de transacciones introducidas en la blockchain. Cuando se llega a un número de transacciones o ha transcurrido cierto tiempo(11 minutos) desde que se inició el bloque, se cierra la aceptación de más transacciones y se prepara el bloque para ser “procesado” e incluido en la blockchain. Los que se encargan de esa actividad son “los mineros”, que son agentes especializados que utilizan software diseñado para precisamente cerrar bloques.

Cerrar un bloque consiste en desarrollar una fuerza de trabajo muy considerable y tener la suerte de ser el primero que lo consiga. El trabajo que se les pide a los mineros es encontrar valores para unos cuantos bytes que van al final del bloque de modo que su valor hash total tenga un determinado número de ceros consecutivos en su resultado. Dicho de otro modo, se les pide encontrar una colisión parcial de una función hash criptográfica, lo cual sólo se puede conseguir probando y probando al tun tun hasta que te topas por casualidad con la solución buscada. Según va mejorando la capacidad computacional de los mineros, así se va haciendo más difícil encontrar la solución porque cada vez es mayor el número de ceros que se les exige. A esto se le denomina pruebas de esfuerzo o de trabajo y es lo que realmente hace que todo el mundo acepte como irreversibles las cadenas de bloques.

Los mineros hacen lo que hacen porque cobran en criptomoneda, un valor predeterminado por cada bloque y por quedarse también con las comisiones que van incluidas en cada una de las transacciones de ese bloque.

Por último cabe decir que, sorprendentemente, en el mundo de los blockchains vuelve a aparecer una aplicación que es más antigua que ella: los sellos de tiempo³⁵. En 2001 ya se publicó un protocolo de sellado de tiempos³⁶ que resolvía los problemas de autenticación con los ojos de las PKI-filia dominante en aquellos años, pero que no impedía que la Agencia de Certificación, de tiempos en este caso, mintiese. Aunque Haber y Stornetta³⁷ propusieran ya en 1990 el uso de sellos de tiempo encadenados³⁸ que resolvían ese grave problema, ninguno de los cuerpos de estandarización nacionales e internacionales parecieron estar interesados en ello.

Otras aplicaciones que están flirteando con la tecnología de las cadenas de bloques son las de los sistemas de votación electrónica³⁹. En este caso, sus promotores se acercan por la irreversibilidad de esas cadenas pero, sobre todo, por la pública y universal verificabilidad que tienen. Cualquiera que tenga acceso a la cadena de bloques puede personalmente saber si está incluida o no una determinada transacción (escrutinio público).

Al final la humanidad vuelve a necesitar “que las cosas hechas no puedan deshacerse”. La era digital ha tenido que desarrollar su propia entropía, su propia fricción y desgaste para que el tiempo vuelva a existir y sólo lo podamos recorrer en una dirección.

Podría haberse hecho mediante una autoridad central y suprema, casi divina al estilo de las PKIs, y que ella tuviera siempre la última palabra, pero no se ha encontrado ente tan virtuoso como para entregarle ese ministerio del tiempo.

El mundo global que estamos viendo nacer se parece más a un colectivo primitivo de desconfiados falsificadores y oportunistas que ven en los otros sus mismas no-virtudes, pero que no se resisten a no hacer negocios. Por ello, el éxito del otrora revolucionario y denostado esquema Peer-to-Peer ahora relumbra en Wall Street y abre la puerta a que esos hombres sin patria logren montar su república⁴⁰ capitalista inter pares.

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