Desencriptación del mecanismo de minería de Activos Cripto: de la teoría a la práctica

Resumen de Puntos Clave

• La minería es el proceso clave en la red blockchain para verificar transacciones y crear nuevas monedas.
• Los mineros compiten mediante poder de cálculo para resolver complejos acertijos y ganar recompensas por bloques.
• El equipo de minería ha evolucionado de CPU a GPU y luego a ASIC, mejorando continuamente la eficiencia.
• Los costos de electricidad, hardware, la fluctuación del precio de las monedas y los cambios en los protocolos afectan los ingresos por minería.
• Los pools de minería y la minería en la nube ofrecen oportunidades de participación para mineros a pequeña escala.

Entender la minería desde cero

Imagina un libro mayor distribuido globalmente que registra cada transacción de criptomonedas. Este libro mayor necesita ser mantenido y verificado por alguien, esa es la misión central de la minería.

Los mineros utilizan equipos de computación especializados para resolver problemas de criptografía (en esencia, adivinando repetidamente números) para organizar y confirmar transacciones pendientes. Quien resuelve el problema primero recibe una recompensa en forma de criptomoneda. Este mecanismo parece simple, pero en realidad lleva la importante responsabilidad de proteger la seguridad de toda la red.

¿Por qué es tan importante la minería?

La minería garantiza la seguridad de criptomonedas como Bitcoin. A través de este proceso, las transacciones de los usuarios son verificadas y añadidas al libro mayor público de la blockchain. La minería es la piedra angular para mantener el funcionamiento descentralizado de la red de Bitcoin: sin una entidad central de gestión, todo el sistema sigue funcionando de manera eficiente.

Al mismo tiempo, la minería también se encarga de inyectar nuevas monedas en circulación. Aunque suena como “imprimir dinero”, la minería de criptomonedas está sujeta a estrictas reglas. Estas reglas están escritas en el protocolo subyacente y son ejecutadas por una red de nodos distribuidos, evitando la emisión arbitraria de nuevas monedas. Los mineros consumen recursos computacionales para resolver acertijos y obtienen tokens recién generados como recompensa; este es un “creación” costosa en lugar de una “emisión” aleatoria.

Proceso específico de minería

versión simplificada

Primer paso: empaquetar la transacción Cuando un usuario envía o recibe criptomonedas, todas las transacciones pendientes se recopilan en un “bloque” a la espera de confirmación.

Paso dos: resolver el acertijo Los mineros utilizan computadoras para intentar constantemente encontrar un número especial (llamado nonce). Cuando este número se combina con los datos del bloque, se genera un resultado que es menor que el valor objetivo, como participar en una lotería digital con contraseña.

Tercer paso: Añadir el bloque a la cadena de bloques El primer minero que resuelva el acertijo obtiene el derecho a añadir su bloque a la cadena de bloques. Otros nodos verifican la validez de ese bloque.

Paso Cuatro: Recibir Recompensas Los mineros ganadores obtienen dos partes de ingresos: criptomonedas recién generadas + todas las tarifas de transacción incluidas en ese bloque.

Análisis profundo

Todas las nuevas transacciones entran primero en una zona de espera llamada “memoria pool”. Los nodos de verificación revisan la autenticidad de estas transacciones. La tarea de los mineros es extraer transacciones de la memoria pool y organizarlas en bloques candidatos.

Es importante señalar que no todos los mineros ejecutan nodos de validación; aunque algunos mineros desempeñan ambos roles, los nodos de minería y los nodos de validación son técnicamente diferentes.

Un bloque puede entenderse como una página del libro mayor de la cadena de bloques, que registra múltiples transacciones y otros datos. Específicamente, los nodos de minería recopilan transacciones no confirmadas y las combinan en bloques candidatos. Posteriormente, los mineros intentan convertir el bloque candidato en un bloque confirmado, lo que requiere resolver un problema matemático complejo, consumiendo una gran cantidad de capacidad de cálculo. Por cada bloque creado con éxito, el minero recibirá una recompensa por bloque, que incluye nuevos tokens y tarifas de transacción.

Detalles técnicos: cinco pasos clave

Paso uno: Hash de transacción

La primera fase de la minería consiste en obtener transacciones del pool de memoria, procesándolas una por una mediante una función hash. Cuando los datos son hasheados, los mineros reciben un resultado de tamaño fijo: el valor hash. En el contexto de la minería, el hash de cada transacción es un identificador compuesto de una cadena de números y letras.

Además de realizar hash y confirmar transacciones individuales, los mineros también añaden una transacción especial para enviar la recompensa del bloque a sí mismos. Esta transacción se llama transacción coinbase, y crea nuevos monedas. Normalmente, la transacción coinbase se añade primero al nuevo bloque, seguida de la cola de transacciones pendientes de confirmación.

Paso dos: Construir el árbol de Merkle

Después de que se complete el hash de la transacción, estos valores hash se organizan en una estructura llamada árbol de Merkle (o árbol hash). El árbol de Merkle se forma emparejando los hashes de las transacciones y volviéndolos a hashear. El nuevo hash generado se empareja y se hashea nuevamente. Este proceso se repite hasta que queda solo un hash: el hash raíz (o raíz de Merkle). Este hash raíz abarca todos los hashes anteriores utilizados para crearlo.

Paso tres: buscar encabezados de bloque válidos

El encabezado del bloque actúa como un identificador único para cada bloque. Al crear un nuevo bloque, los mineros combinan el hash del bloque anterior con el hash raíz del bloque candidato para obtener un nuevo hash de bloque. Al mismo tiempo, se añade un número aleatorio (nonce). Para verificar el bloque candidato, los mineros deben combinar el hash raíz, el hash del bloque anterior y el valor nonce y luego calcular el hash. Este proceso continúa hasta que se encuentra un hash válido.

Debido a que el hash raíz y el hash del bloque anterior son inmutables, los mineros solo pueden cambiar el valor nonce hasta encontrar un hash válido que cumpla con las condiciones. Este hash debe ser menor que el valor objetivo establecido por el protocolo. En la red de Bitcoin, el hash del bloque debe comenzar con una cantidad específica de ceros: este valor objetivo se llama dificultad de minería.

Paso cuatro: Difundir el bloque

Los mineros realizan repetidamente cálculos de hash del encabezado del bloque con diferentes valores de nonce hasta encontrar un hash de bloque válido. Una vez que se descubre un hash válido, el minero transmite el bloque a la red. Todos los demás nodos validan la efectividad del bloque; si es aprobado, lo añaden a su propia copia de la cadena de bloques. En este momento, el bloque candidato se convierte en un bloque confirmado, y todos los mineros se dirigen a extraer el siguiente bloque. Los mineros que no logran encontrar un hash válido descartarán su bloque candidato y comenzarán un nuevo ciclo de minería.

Situación en la que aparecen dos bloques simultáneamente

A veces, dos mineros transmiten casi al mismo tiempo bloques válidos, lo que lleva a que la red tenga dos bloques en competencia. Los usuarios comienzan a minar el bloque que reciben primero. Esto divide temporalmente la red en dos versiones de blockchain. La competencia continúa hasta que se mina el siguiente bloque y supera todos los bloques en competencia. Una vez que se genera el nuevo bloque, el bloque anterior de ese minero se considera el ganador. El bloque descartado del otro minero se llama bloque aislado o bloque separado. El minero que eligió ese bloque se dirige inmediatamente al bloque ganador, basado en su continuación de la minería.

Ajuste dinámico de la dificultad de minería

La dificultad de la minería se ajusta constantemente mediante el protocolo, asegurando que la producción de nuevos bloques mantenga un ritmo estable, lo que permite una emisión predecible de nuevas monedas. La dificultad fluctúa según el poder computacional total de la red (hash rate).

Cuando nuevos mineros se unen a la red y la competencia se intensifica, la dificultad de hash aumenta para evitar que el tiempo de generación de bloques se acorte. Por el contrario, si muchos mineros se desconectan, la dificultad de hash disminuirá, lo que hará que crear nuevos bloques sea relativamente fácil. Este mecanismo de ajuste automático mantiene la estabilidad del tiempo de generación de bloques, sin importar cómo cambie la capacidad de cálculo total de la red.

Diferentes formas de minar

El equipo y el proceso de minería de criptomonedas se actualizan constantemente con la evolución de nuevas tecnologías y algoritmos de consenso. Los mineros suelen utilizar equipos de computación especializados para resolver ecuaciones criptográficas complejas. A continuación se presentan las formas más comunes:

minería de CPU

La minería con CPU (Unidad Central de Procesamiento) implica el uso de la CPU de una computadora para realizar cálculos hash bajo el modelo de consenso Proof of Work (PoW). En los primeros días de Bitcoin, el costo de la minería era bajo y la barrera de entrada también era baja, por lo que la CPU de una computadora común podía resolver los problemas. En ese momento, cualquier persona podía intentar minar.

Sin embargo, a medida que aumenta el número de mineros y la potencia de hash de la red se eleva, la dificultad de la minería rentable también aumenta. La aparición de equipos especializados, cuya capacidad de cálculo supera con creces la de los procesadores de consumo, ha hecho que la minería con CPU pierda gradualmente competitividad. Hoy en día, la minería con CPU ya no es realista, ya que la gran mayoría de los mineros se ha trasladado a equipos especializados.

minería con GPU

Las unidades de procesamiento gráfico (GPU) están diseñadas para manejar muchas operaciones simultáneamente. Aunque generalmente se utilizan para videojuegos o renderización gráfica, las GPU también pueden ser utilizadas para la minería. Las GPU son relativamente baratas y, a diferencia de los equipos de minería especializados, pueden realizar múltiples tareas. Las GPU también pueden ser utilizadas para la minería de ciertas altcoins, pero la eficiencia depende del algoritmo específico y la dificultad de minería.

minería ASIC

Los circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) están diseñados para un propósito específico. En el ámbito de las criptomonedas, ASIC se refiere a hardware desarrollado específicamente para la minería. La eficiencia de la minería ASIC es extremadamente alta, pero requiere una inversión inicial relativamente grande. Dado que los ASIC son la vanguardia de la tecnología de minería, el costo de estos dispositivos supera con creces el de las CPU o GPU. Además, los ASIC se actualizan y evolucionan constantemente, lo que lleva a una rápida obsolescencia de los productos de la generación anterior. Por esta razón, la minería ASIC es una de las formas más costosas, pero si se opera a gran escala, ofrece la mayor eficiencia y el mayor potencial de ganancias.

piscina de minería

Debido a que la recompensa por bloque solo se otorga al primer minero que lo logra con éxito, la probabilidad de que un minero individual extraiga un bloque es extremadamente baja. Los mineros con capacidad de cálculo limitada prácticamente no tienen oportunidad de encontrar el siguiente bloque por sí solos. Para resolver este dilema, surgieron las piscinas de minería.

Un pool de minería es un grupo de mineros que combinan recursos de cálculo (potencia de hash) para aumentar la probabilidad de encontrar bloques y compartir recompensas. Cuando un pool de minería logra encontrar un bloque, la recompensa se distribuye de acuerdo con la proporción del trabajo realizado por cada minero. Los pools de minería son atractivos para los mineros independientes porque reducen la inversión en hardware y costos de electricidad. Sin embargo, estos pools también aumentan el riesgo de centralización y la amenaza potencial de un ataque del 51%.

minería en la nube

Los mineros de minería en la nube no necesitan comprar equipos, sino que alquilan capacidad de cálculo de un proveedor de servicios de minería en la nube. Esta es una forma relativamente sencilla de comenzar a minar, pero conlleva riesgos de fraude y la posibilidad de disminución de las ganancias. Si planeas probar la minería en la nube, debes elegir un proveedor de servicios de buena reputación.

La particularidad de la minería de Bitcoin

Bitcoin es la criptomoneda más conocida y probada por el tiempo. La minería de Bitcoin se basa en el algoritmo de consenso Proof of Work (PoW). PoW es un mecanismo de consenso de blockchain creado por Satoshi Nakamoto y propuesto en el libro blanco de Bitcoin en 2008. PoW determina cómo la red blockchain alcanza un consenso entre todos los participantes distribuidos, sin necesidad de un intermediario de terceros.

Es difícil para los actores maliciosos manipular este tipo de redes, ya que se requiere una gran inversión en costos de electricidad y recursos computacionales. Como se mencionó anteriormente, en una red PoW, las transacciones pendientes son organizadas y añadidas a bloques por los mineros. Los mineros utilizan equipos especializados para competir en la resolución de problemas. El primer minero que encuentra la solución obtiene el derecho de añadir su bloque a la cadena de bloques. Si el nodo de verificación acepta el bloque, el minero recibe la recompensa del bloque.

El monto específico de las recompensas en criptomonedas depende de la blockchain utilizada. Por ejemplo, en la blockchain de Bitcoin (hasta diciembre de 2024), los mineros reciben una recompensa de 3.125 BTC por bloque.

Bitcoin adopta un mecanismo de reducción a la mitad, donde cada 210,000 bloques (aproximadamente cada cuatro años) se reduce la recompensa de BTC en un 50%. Este diseño asegura la previsibilidad y escasez del suministro total de Bitcoin.

Análisis de la rentabilidad de la minería

Es posible ganar ingresos a través de la minería, pero se necesita una comprensión profunda del proceso, la gestión de riesgos y una investigación adecuada. Los inversores deben invertir con precaución y considerar los costos de hardware, la volatilidad de los precios de las criptomonedas y la posibilidad de cambios en los protocolos. Los usuarios toman medidas de gestión de riesgos y evalúan los costos y beneficios potenciales de la minería.

La rentabilidad de la minería depende de varios factores, siendo el cambio en el precio de las criptomonedas el más clave. Cuando el precio sube, el valor en moneda fiat de las recompensas de minería también aumenta. Por el contrario, cuando el precio baja, la rentabilidad disminuye.

La eficiencia del equipo de minería es el factor clave que determina los ingresos. El costo del hardware de minería es alto, y los mineros deben sopesar la inversión en equipos con el retorno potencial. El costo de la electricidad es otra variable importante. Un costo de electricidad demasiado alto puede superar los ingresos, haciendo que la minería no sea rentable.

Además, los equipos de minería deben actualizarse periódicamente, ya que se vuelven obsoletos rápidamente. Los nuevos modelos tienen un rendimiento mejorado, y los mineros que no tienen fondos suficientes para actualizar perderán competitividad.

Los cambios significativos a nivel de protocolo no se pueden ignorar. La reducción a la mitad de Bitcoin afectará los ingresos de minería, ya que reduce a la mitad la recompensa por bloque. En ciertos casos, la minería puede ser reemplazada por otros mecanismos de validación. Tomando como ejemplo a Ethereum, en septiembre de 2022 pasó de un mecanismo de consenso PoW a Proof of Stake (PoS), poniendo fin por completo a las actividades de minería en la red.

Resumen

La minería de criptomonedas es un componente clave de Bitcoin y otras cadenas de bloques PoW, sentando las bases para la seguridad de estas redes y la emisión de monedas estables. La minería tiene tanto ventajas como desventajas. La ventaja más obvia es la posibilidad de beneficiarse de las recompensas de bloques. Sin embargo, los ingresos de la minería se ven afectados por múltiples factores, incluidos los costos de electricidad y las condiciones del mercado.

Si estás interesado en la minería de criptomonedas, primero debes realizar una investigación personal, evaluar de manera integral los riesgos y oportunidades potenciales, actuar según tus capacidades y evitar seguir las tendencias ciegamente.