Revista Conectividad
Julio – diciembre 2022 ISSN:2806-5875
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Volumen 3, Número 2
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Prototipo de seguridad para el Banco Central del Ecuador en
Blockchain Híbrido
Security prototype for the Central Bank of Ecuador in Hybrid Blockchain
Félix Mendoza1, Moisés Toapanta2,Carlos Andrade3, Máximo Tandazo4, María Roció
Maciel Arellano5, Luis Jhony Caucha Morales6, Richard Romero Izurieta7, José Antonio
Orizaga Trejo8
1 Gestión de Tecnologías para el Mundo “GTM”, fmendoza99@hotmail.com
2 Subsistema de Postgrado, Universidad Católica de Santiago de Guayaquil (UCSG), Guayaquil,
Ecuador Departamento de Investigación, Instituto Tecnológico Universitario Rumiñahui,
segundo.toapanta@ister.edu.ec
3 Universidad Politécnica Salesiana, candrade@est.ups.edu.ec
4 Universidad Politécnica Salesiana, mtandazo@ups.edu.ec
5 Departamento de Sistemas de Información (CUCEA), Universidad de Guadalajara, Guadalajara,
México, ma.maciel@academicos.udg.mx
6 Escuela de Posgrados, Universidad Nacional de Tumbes, ljcaucham@untumbes.edu.pe
7 Universidad Estatal de Milagro UNEMI, Universidad Nacional de Tumbes, rromeroi@unemi.edu.ec
8Departamento de Sistemas de Información (CUCEA), Universidad de Guadalajara,
jose.orizaga@academicos.udg.mx
Autor para correspondencia: segundo.toapanta@ister.edu.ec
Fecha de recepción: 2022.02.24 Fecha de aceptación: 2022.05.30
Fecha de publicación: 2022.07.12
RESUMEN
Se revisaron modelos transaccionales de Bancos Centrales en Latinoamérica en artículos
científicos que presentaron problemas en la gestión de la información y nuevas propuestas
en confiabilidad en valores digitales. El problema es que las organizaciones utilizan otros
modelos transaccionales de monedas digitales y Ecuador no adopta un modelo de gestión
sobre transacciones digitales, la información de los bancos pierde la confiabilidad con temas
relacionados a robos informáticos o vulnerabilidad en los sistemas financieros. El objetivo
de este documento es realizar un prototipo de modelo para brindar seguridad a la información
en el Banco Central del Ecuador basado en Blockchain híbrido. Se utiliza la técnica de la
investigación exploratoria, la observación, el método deductivo, el método inductivo para
plantear las premisas en Blockchain híbrido al Banco Central. Los resultados son un prototipo
de arquitectura para transacciones seguras en Blockchain híbrido, funciones generales del
Smart Contract, un algoritmo de gestión de datos expresado en técnicas de diagrama de flujo,
y una estructura de datos para almacenamiento. Se concluyó que el prototipo de seguridad de
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la información para las transacciones proporciona alto nivel de gestión de la información y
almacenamiento de las transacciones de manera segura e inmutable.
Palabras clave: Banco Central del Ecuador, Blockchain, Hyperledger, Ethereum
ABSTRACT
Transactional models of Central Banks in Latin America were reviewed in scientific articles
that presented problems in the management of information and new proposals in reliability
in digital securities. The problem is that organizations use other transactional models of
digital currencies and Ecuador does not adopt a management model on digital transactions,
the information of banks loses reliability with issues related to computer theft or vulnerability
in financial systems. The objective of this document is to make a prototype model to provide
information security in the Central Bank of Ecuador based on hybrid Blockchain. The
technique of exploratory research, observation, the deductive method, the inductive method
is used to raise the premises in hybrid blockchain to the Central Bank. The results are a
prototype architecture for secure transactions in hybrid Blockchain, general functions of the
Smart Contract, a data management algorithm expressed in flowchart techniques, and a data
structure for storage. It was concluded that the information security prototype for transactions
provides a high level of information management and storage of transactions in a secure and
immutable manner.
Key words: Central Bank of Ecuador, Blockchain, Hyperledger, Ethereum
INTRODUCCIÓN
Blockchain tiene buen impacto e investigaciones en el área financiera sobre bancos centrales
y servicios (Andrade; & Tandazo, 2021), a nivel global, varios países tienen un banco central
para gestión de sus economías y datos financieros, en Ecuador la gestión de la información
financiera y activos esta cargo del Banco Central del Ecuador (BCE) que gestiona
información de usuarios privados y empresas gubernamentales que actúan para el beneficio
de nuestro país; además la gestión de la información está bajo los acuerdos de las directivas
del banco central (X. Han et al., 2019).
El BCE es una organización que garantiza el flujo financiero y vigila la inflación para
impulsar el desarrollo de la economía en Ecuador; entre sus responsabilidades está emitir o
gestionar dinero legal, implementar leyes para el ejercicio de la economía, realizar trabajo
independiente de las organizaciones gubernamentales y mantener una económica estable
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(Green, 2010). Otras funciones de un banco central son gestionar el sistema monetario
mediante la aplicación de leyes/políticas monetarias que controlen la inflación en la
economía del país, controlar la circulación de billetes en el país, gestionar
consignaciones/préstamos a otros bancos dentro del marco legal, realizar transferencias de
divisas inter países según las bandas cambiarias (Sun et al., 2018). Las personas u
organizaciones utilizan otros sistemas de transacciones basados en monedas digitales, el caso
de Ecuador es que no adopta un modelo de gestión o intercambio de este tipo de moneda, al
momento las transacciones digitalizadas del entorno financiero del BCE se realizan en
dólares norteamericanos, y estas transacciones se encuentran en bases de datos, no existe
confianza, tienen vulnerabilidades, la integridad puede ser quebrada (Popova & Butakova,
2019), además un posible ataque a estos registros coloca en alto riesgo la gestión financiera
a nivel de país.
El entorno Blockchain es un modelo de datos de registro notable y los datos están en un
entorno distribuido, aquí se encuentran nodos/participantes con identificadores, cada
nodo/participante contiene información e identificación cifrada para formar una cadena en
bloques mucho más seguro (J. Han, 2021). Dentro de Blockchain existe la plataforma
Hyperledger que crea canales de comunicación entre las organizaciones situadas en una red
privada, el principal componente es el Smart Contract que implementa los acuerdos entre las
organizaciones relacionadas, (Akter & Biswas, 2021). Otra plataforma de Blockchain es
Ethereum que se utiliza en modelos de pagos en la cadena de registros, también es una
plataforma de código abierto, se establece en varios computadores, contiene el historial de
transacciones/registros realizados en la cadena (Joseph & Scholar, 2021).
El objetivo de este documento es realizar un prototipo de modelo para brindar seguridad a la
información en el Banco Central del Ecuador basado en Blockchain híbrido. ¿Por qué realizar
un prototipo de modelo para seguridad de la información en el Banco Central del Ecuador
basado en Blockchain híbrido? Para mantener transacciones en forma segura y extender la
confiabilidad en el modelo de intercambios en el BCE, mantener un control en los registros
de datos del sistema financiero y ampliar la seguridad ante filtraciones de información entre
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personal del banco. Se utiliza la técnica de la investigación exploratoria y la observación para
analizar otras propuestas de Blockchain en el área financiera, se utiliza el método deductivo
para plantear las ideas generales a este caso específico, se utiliza el método inductivo para
plantear las premisas en Blockchain híbrido al BCE.
Los resultados son un prototipo de arquitectura para transacciones seguras en Blockchain
híbrido, funciones generales del Smart Contract, un algoritmo de gestión de datos expresado
en técnicas de diagrama de flujo, y una estructura de datos para almacenamiento. Se concluye
que el prototipo de seguridad de la información para las transacciones proporciona alto nivel
de gestión de la información y almacenamiento de las transacciones de manera segura e
inmutable.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales
Se utiliza como Materiales los artículos relacionados a seguridad de la información basados
en Blockchain para el sector financiero: En (X. Han et al., 2019) se propone e implementa
una arquitectura en capas para control del ciclo de vida de sistema monetario, gestión del
sistema en Blockchain y gestión de usuarios. En (Green, 2010) el autor crea un marco
historial del BCE, analiza la historia del banco en la formación del sistema financiero del
país, se presentaron las responsabilidades del sistema bancario. En (Sun et al., 2018) se
implementa un sistema en Blockchain para de pago digital del banco central, utilizaron
protocolos de comunicación que optimizan las transacciones y los procesos se vuelven
eficientes en cada nodo. En (Gu et al., 2019) los autores diseñaron un modelo transaccional
de solicitud, el modelo clasifica las claves de acceso a la plataforma, los procesos de reglas
de negocios se implementan en Smart Contract, las pruebas obtuvo buena aceptación para el
modelo de comercialización. En (Yuan & Wang, 2018) los autores investigaron varios
sistemas basados en Blockchain, ellos analizan la optimización en los sistemas y la
perspectiva en las transacciones realizadas entre los participantes. En (Liu et al., 2019) los
autores diseñaron un modelo para comercio de seguros en Blockchain descentralizado para
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la estimación de la seguridad, utilizan flujos de procesamiento de datos, utilizan Smart
Contract para optimizar la seguridad en la cadena de registros. En (Hosen et al., 2020) los
autores diseñaron un protocolo de validación de transacciones basado Blockchain en una red
distribuida, además implementaron un sistema de transmisión para clasificación de servicios,
el diseño minimiza el tiempo que un paquete de datos es enviado al receptor. En (Tsai et al.,
2018) los autores proponen un modelo para almacenar los saldos de las cuentas que
pertenecen al sistema bancario, el modelo tiene los participantes de las cuentas y el sistema
que gestiona las transacciones, además el sistema se adapta a varios sistemas del banco. En
(Zhang & Zhou, 2020) los autores analizaron una la arquitectura de un sistema Blockchain y
los problemas de seguridad/confianza en la información, la arquitectura utiliza modelos de
cifrado simétrico y aumentaron la confiabilidad del sistema. En (Deng & Gao, 2020) los
autores proponen un sistema de gestión de peajes en Blockchain, la implementación del
modelo de transacción y comunicación entre dos participantes, la tecnología avala el
funcionamiento y la autenticación en el sistema, además utilizan Smart Contract que
sincroniza en forma rápida la gestión de los datos almacenados. En (Wang et al., 2020) los
autores proponen un sistema Blockchain con acelerador de memoria para las transacciones y
un módulo que valida las transacciones, implementaron una arquitectura de mapeo para los
procesos del Blockchain con buenos rendimientos y efectividad de las transacciones. En
(Zhuang & Region, 2020) los autores analizaron el impacto de moneda digital en el banco
central, el sistema es distribuido/descentralizado y las aplicaciones/programas de
almacenamiento colaboran de manera independiente con una conexión integrada, el sistema
Blockchain garantiza la autenticación de los objetos digitales y confianza en las
transacciones. En (Pavithran & Thomas, 2018) los autores analizan un sistema de monedas
digitales, identifican los modelos de pagos actuales y comparan con modelos de
criptomonedas, aquí se concluye que la seguridad de Blockchain es mejor que sistemas
tradicionales. En (Zhaofeng et al., 2020) se implementa un modelo de gestión de información
para la seguridad en los datos en Blockchain. En (Fan et al., 2018) se propone un diseño para
salvaguardar los registros de crédito en Blockchain, se implementaron Smart Contract para
las cuentas de crédito, se resuelve el problema de identificación y validación de datos. En
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(Mamunts et al., 2018) se identificaron modelos Blockchain para aumentar la fiabilidad y la
autenticidad de los datos relevantes de una persona, además las transacciones en línea de un
sector público se optimizan. En (Mukhopadhyay et al., 2016) se realiza un análisis de las
técnicas de minería para evaluar las fortalezas, debilidades y amenazas del sistema
transacciones, se compararon los sistemas de transacciones versus los nuevos modelos
Blockchain, en los sistemas transaccionales el uso de recursos se ve afectado en el
rendimiento. En (Yin et al., 2018) se diseña un esquema de autenticación de transacciones
basado en Blockchain para monederos virtuales, utilizan protocolos de autenticación, el
sistema genera claves públicas para acceso, con esto se obtuvo un sistema seguro contra
ataques de robo de información. En (Lee et al., 2020) se diseña un framework para servicios
bancarios en hyperledger. Otra propuesta es el diseño para préstamos bancarios y
seguimiento a los clientes en Brasil (Junior et al., 2018).
Métodos
Se realiza el análisis de artículos científicos de biblioteca IEEE para adoptar al prototipo de
seguridad de la información y transacciones del modelo de negocio. Se analizó en forma
general el manejo del sistema económico de los varios países en América, la propuesta de un
prototipo de transferencia de activos (valores monetarios) se basa en mejorar la seguridad,
aumentar la confiabilidad entre los bancos, y gestionar las transacciones en la circulación de
los bancos en el Ecuador. En los artículos científicos analizados, otros países desarrollan
sistemas de almacenamiento que aseguraron la privacidad de los usuarios o entidades
(Zhaofeng et al., 2020), otros modelos de transferencias de valores ubicados en los bancos
de otros países utilizan al menos un modelo Blockchain (Mamunts et al., 2018).
Alcances: Proponer un prototipo para transacciones basado en Blockchain y un modelo de
almacenamiento y gestión de la información para brindar seguridad y confiabilidad en las
transacciones. Esta propuesta adopta una tecnología Blockchain y sus plataformas
Hyperledger/Ethereum para gestionar el almacenamiento de la organización bancaria, se
define una arquitectura para gestionar la seguridad en las transacciones digitales, se define
un algoritmo de gestión de historial de las transacciones realizadas.
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RESULTADOS
Los resultados en esta fase son los siguientes:
a) Prototipo de arquitectura para transacciones seguras en Blockchain híbrido.
b) Funciones generales del Smart Contract.
c) Algoritmo de gestión de datos.
d) Estructura de datos para almacenamiento.
Prototipo de arquitectura para transacciones seguras en Blockchain híbrido
Se propone un prototipo de arquitectura formado por cinco capas que optimiza la seguridad
de la información y el almacenamiento de las transacciones de los usuarios u organizaciones
que utilicen el sistema. La Fig. 1 presenta el prototipo de seguridad para las transacciones
realizadas en el BCE, la información fluye a través de las capas que se originan en los
clientes.
Capa de usuario: Aquí se encuentran los usuarios internos y externos del BCE, además de las
organizaciones participantes que trabajan en conjunto con el BCE y el registro de todos los
bancos ecuatorianos; los usuarios pueden utilizar un celular, computadora de escritorio,
computadora portátil, tabletas u otro dispositivo para acceso al sistema bancario.
Capa de aplicación: Aquí se encuentran las aplicaciones informáticas que el banco utiliza de
acuerdo al tipo de transacción par registro digital de los valores, en esta capa están las
aplicaciones móviles/web/escritorio.
Capa de modelo de negocio: Aquí se encuentran las aplicaciones que son servicios para el
proceso de conexión, cálculos, gestiones o transacciones entre la capa de aplicaciones y la
capa de base de datos, aquí se localiza el servidor web, el servidor de aplicaciones y el
servidor de modelo de transacciones.
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Capa de administración de base de datos: Aquí se encuentran las bases de datos que el sistema
informático del BCE mantiene para almacenamiento de cualquier información, los usuarios
se conectan por medio de las aplicaciones informáticas del banco; aquí se encuentra la base
de datos de datos propia del BCE, las transacciones generadas, los datos de los usuarios y el
monto de dinero.
Capa de Blockchain: Aquí se encuentra la tecnología Blockchain aplicada al sistema
bancario, aquí se mantiene la seguridad de los datos que pertenecen a los usuarios y las
transacciones realizadas en el BCE contra alguna amenaza de ataque; esta plataforma
gestiona los usuarios y las transacciones bancarias dentro del entorno.
Fig. 1. Prototipo de arquitectura para gestión de seguridad en las transacciones
El modelo tiene una red formada por plataformas Blockchain; en la primera plataforma
Hyperledger se gestionan los usuarios del BCE y los bancos que se encuentran registrados
dentro del país con credenciales de acceso al sistema que son generadas por la cadena; en la
segunda plataforma Ethereum se gestionan los usuarios externos como terceros y
CAPA DE USUARIO
Usuario Empresas
o Bancos ComputadorasCelular Laptops
CAPA DE APLICACIÓN
App Móvil App Web App de
Escritorio
CAPA DE MODELO DE
NEGOCIO
CAPA DE ADMINISTRACIÓN
DE BASE DE DATOS
CAPA BLOCKCHAIN
Servidor
Web
Servidor De
Base de Datos
Servidor de
Aplicaciones
Base de
Datos
Base de datos
Transaccionales
Base de Datos
De Montos Bankard
Hyperledger Ethereum Smart
Contract
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organizaciones/empresas del país con credenciales de libre acceso que pasan por el Smart
Contract y se aplica las condiciones que el banco del cliente le proporcione.
Funciones generales del Smart Contract
El modelo de seguridad es para mantener el almacenamiento consistente e inmutable en base
a funciones de Blockchain, el uso de Smart Contract asegura el envío de las transacciones a
través de la red.
La Fig. 2 representa un modelo de transacciones de valores monetarios en el BCE, el
movimiento del dinero desde un cliente bancario hacia otro cliente mediante la utilización de
Smart Contract en la red Blockchain; el cliente u organización accede al sistema con la clave
privada que se le proporciona; luego el cliente genera la nueva transacción con el monto a
transferir hacia la otra cuenta, los datos del remitente y beneficiario; luego se genera un
contrato digital que contiene los acuerdos declarados por el cliente emisor; luego el contrato
digital viaja por la red y se adiciona a la red Blockchain; además se valida la clave pública
del cliente emisor para realizar el envió antes que la red convencional y se obtiene los datos
del receptor; los datos de la nueva transferencia viaja a través de la red y alcanza a la nueva
dirección del cliente receptor.
Fig. 2. Modelo transaccional en Smart Contract
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Este prototipo mejora la seguridad en la transferencia de los valores y la tecnología
Blockchain utilizada por usuarios en la red y el BCE aumenta la confidencialidad/privacidad
en el trayecto del valor; este prototipo cuenta con un sistema de claves públicas y privadas
que son generadas por un proveedor de credenciales que pertenecen al Blockchain. Las
funciones de los administradores del Blockchain con el modelo de Smart Contract se
encargan de gestionar las transacciones generadas en el uso del sistema; el Smart Contract
documenta y verifica el cumplimiento de las políticas implementadas en el sistema de
transferencia de valores; además valida los datos y simulaciones en ambientes de estrés para
mejorar el servicio de transferencias y aumentar la seguridad en el sistema. En el prototipo,
los bancos son administrados de acuerdo con los roles entregados por el administrador, estos
usuarios pueden ser adicionados, actualizados o eliminados de acuerdo con la política del
sistema, y se genera un registro de los cambios en la base de datos tradicional y en el
Blockchain para la seguridad en la información.
Algoritmo de gestión de datos
Usuario Acceso al Sistema Generar transacción Definir el valor
Smart Contract
Clave Pública Datos del
Receptor Envío de datos Por la
Red Dirección
Receptora
Almacena en
Blockchain
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Se propone un algoritmo para la gestión de seguridad en las transacciones generadas por los
clientes u organizaciones bancarias controladas por el BCE; el algoritmo contiene los pasos
o secuencia del sistema de transacción tradicional con la diferencia que el sistema está
conectado a una red Blockchain para la gestión de los movimientos en el sistema financiero
del BCE.
La Fig. 3 se presenta el algoritmo propuesto en técnicas de diagrama de flujo, el algoritmo
plantea la validación de claves privadas para entrar al sistema y mantener una conexión a la
base de datos del sistema para confirmación de datos del cliente-usuario; el sistema valida el
acceso y permite generar una transacción al cliente-usuario, caso contrario se corta la
conexión por datos erróneos o datos inexistentes; el cliente-usuario genera una nueva
transacción con el valor mientras que el sistema inicia la verificación del monto; si el valor
es mayor al saldo que tiene en la cartera digital entonces el sistema finaliza la transacción y
emite un mensaje de fondos insuficientes; si existe saldo en la cartera entonces el sistema
solicita al cliente-usuario los datos del beneficiario de la transacción y solicita una clave
transaccional o clave pública generada por del gestor de Blockchain; en el momento que el
valor es aceptado junto con la clave pública, se realiza una conexión con la red Blockchain
para realizar el respaldo/registro de la transacción generada; si la clave transaccional es válida
entonces el sistema se realiza la transacción y se almacenan los registros en la base de datos
y en la red Blockchain; se entrega un mensaje de transacción exitosa y se finaliza la
transacción.
Fig. 3. Algoritmo de gestión de la información.
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Este prototipo permite la verificación de los datos sea ordenada, adecuada y sencilla para el
cliente-usuario y mantener la seguridad durante toda la transacción.
Estructura de datos para almacenamiento
Se propone un modelo de datos que almacena las transacciones del BCE, este modelo valida
las transacciones que se realizan en la interacción de los clientes-usuarios con el sistema por
medio de las plataformas Blockchain, los clientes-usuarios acceden a las aplicaciones para
INICIO
LEER CLAVE
PRIVADA
CLAVE
CORRECTA
INGRESAR
NUEVA
TRANSACCIÓN
VALOR
VERIFICAR
VALOR
HAY SALDO
INGRESAR
DATOS
RECEPTOR
INGRESAR
CLAVE PÚBLICA
CLAVE
CORRECTA
SE ALMACENA
REGISTRO EN LA
BASE DE DATOS
FIN
BASE DE DATOS
NO
NO
SI
SI
A
A
SI
A
NO
RED
BLOCKCHAIN
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acceder a las bases de datos y generar las transacciones; en la estructura de datos se visualizan
las tablas que contienen los registros y las relaciones entre los datos.
La Fig. 4 presenta el modelo de datos en Blockchain con las tablas asignadas por tipo de
registro; la tabla Users contiene los usuarios del BCE, los usuarios generales y las
organizaciones registradas; la tabla Account contiene todas las cuentas de los usuarios
registrados en el sistema; la tabla Roles contiene registrados los perfiles-roles de los usuarios
de acuerdo al cargo bancario o en los usuarios externos; la tabla Digital Certificate contiene
los registros de las claves transaccionales de cada cliente-usuario; la tabla System contiene
el estado del sistema con conexión a las aplicaciones informáticas en la tabla Application; la
tabla Account type contiene los tipos de cuentas de acuerdo con los clientes-usuarios
registrados; la tabla Amount contiene el monto de los usuarios registrados en la red; la tabla
Bank contiene los bancos que se encuentran asociados con el BCE; la tabla Transactions
contiene la información de los movimientos de las cuentas de acuerdo al tipo de transacción
generada en el sistema conectadas a la tabla Type Transaction y el estado de la transacción
que se encuentra en la tabla State.
Fig. 4. Estructura de datos para el prototipo Blockchain.
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DISCUSION
El prototipo mejora seguridad para las transacciones de dinero digital y resguardo de la
información en un sistema del BCE, la gestión del sistema para utilización de los usuarios
internos del banco, bancos legales del país y usuarios externos para mantener datos fiables
mediante el uso de Blockchain proporciona la seguridad en la información de extremo a
extremo.
El prototipo de gestión de la información y las funciones definidas en el Smart Contract
aseguran la trazabilidad y salvaguardan la información de una manera efectiva y sin
filtraciones; las funciones transaccionales y el algoritmo complementan el prototipo de
seguridad con la conexión en la base de datos y la conexión a Blockchain; el modelo en
Blockchain híbrido y el modelo de datos se enfocan en mantener una gestión de información
que se generan en las interacciones con el sistema para aumentar la seguridad e inmutabilidad
de la información.
En la lectura de artículos científicos hay modelos similares que adoptaron de otros sistemas
Blockchain de acuerdo al tipo de transacciones que generan, gestión de usuarios, seguimiento
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los datos de acuerdo a los roles de cada usuario; los datos se mantienen disponibles para que
las transacciones se generen.
Esta propuesta no se determina ni presenta los valores de la implementación de los sistemas,
no se determina el posible tiempo de implementación, aunque esto puede varias de acuerdo
al sistema que utilizan los países.
CONCLUSIONES
Se concluyó que el prototipo de seguridad de la información para las transacciones
proporciona resultados óptimos para la gestión y almacenamiento de las transacciones de
forma segura.
Con la funcionalidad del Smart Contract, la información generada y almacenada los nodos,
proporciona seguridad al almacenar en la red Blockchain híbrida, se proporciona
confiabilidad en el sistema de transacciones desde el cliente-emisor hasta el cliente-receptor
del valor.
Los registros que se almacenan en la estructura de datos del Blockchain se generan después
del registro convencional durante el uso del sistema, el prototipo optimiza la gestión de los
usuarios y sus cuentas en la base de datos.
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