Alpha: sincronización determinista de estado compartido verificable entre hardware heterogéneo

Informe técnico · auriglyph research · 10 Jun 2026 · Mikhail Kostan

1. El problema: estado compartido sin transmisión compartida

Los sistemas distribuidos dedican una fracción considerable de su complejidad a mantener en acuerdo las réplicas de un mismo estado lógico. El modelo dominante, heredado del planteamiento de la comunicación de Shannon en 1948, trata la información como algo que debe ser movido: un emisor codifica un mensaje, un canal lo transporta, un receptor lo decodifica y el ruido es el adversario. Las capas de replicación se construyen sobre esto — envían registros, entradas de log o deltas de estado, y luego ejecutan la reconciliación para resolver la divergencia que introducen la transmisión y la concurrencia.

Este modelo es potente y correcto, pero para una clase creciente de sistemas resulta costoso en la dimensión equivocada. Cuando el objeto compartido es grande y de evolución lenta — un libro mayor, un índice replicado, la memoria acumulada de un agente, una caché de borde — el coste no está dominado por el contenido de información de cada cambio, sino por la maquinaria de mover y reconciliar el estado. Dos preguntas se vuelven apremiantes. Primero, ¿pueden dos máquinas que nunca han intercambiado el estado en sí llegar no obstante al mismo estado? Segundo, cuando afirman estar de acuerdo, ¿puede un tercero verificar ese acuerdo de forma económica, sin confiar en ninguno de los nodos?

Alpha se articula en torno a una respuesta afirmativa a ambas preguntas. No es un transporte de mensajes; es un protocolo de coherencia. Los nodos no se envían el estado entre sí. Envían el diferencial mínimo necesario para hacer avanzar un proceso compartido y determinista, y reconstruyen localmente un estado idéntico. El acuerdo es entonces una propiedad que puede comprobarse contra un testigo pequeño y de tamaño fijo, en lugar de volver a derivarse comparando cargas útiles.

2. Antecedentes y trabajo relacionado

Alpha se sitúa en la intersección de varias líneas de trabajo maduras, y conviene posicionarlo con precisión en lugar de frente a un argumento débil.

Transmisión de información (Shannon, 1948).

La teoría de Shannon sigue siendo el relato correcto sobre cómo mover información a través de un canal ruidoso y sobre los límites de hacerlo. Alpha no la contradice ni pretende reemplazarla. Alpha aborda una cuestión distinta — reconstruir un estado acordado a partir de señales diferenciales mínimas sobre un sustrato compartido y determinista — que es ortogonal a la capacidad del canal. Donde Shannon pregunta «cuánto puede transportar este canal», Alpha pregunta «qué tan poco debe cruzar el canal para que dos máquinas sostengan el mismo estado verificable».

Integridad de contenido (Merkle, 1987; almacenamiento direccionado por contenido).

Los árboles de Merkle y los almacenes direccionados por contenido se comprometen con los datos mediante hashes y demuestran la inclusión con rutas de tamaño logarítmico. El testigo de Alpha está emparentado en espíritu — un compromiso criptográfico con el estado — pero es de tamaño constante respecto al estado y se calcula sobre el estado completo, de modo que cualquier divergencia de un solo bit es detectable a partir del testigo por sí solo.

Consistencia eventual y CRDT.

Los tipos de datos replicados libres de conflicto y los protocolos de gossip/antientropía logran la convergencia bajo concurrencia restringiendo las operaciones de fusión a que sean conmutativas e idempotentes. Alpha hace deliberadamente lo contrario en el eje del orden: la evolución de su estado es dependiente del orden, de modo que la historia no puede reordenarse ni colapsarse en silencio. La convergencia en Alpha no proviene de fusiones conmutativas, sino del determinismo compartido — las mismas entradas en el mismo orden producen el mismo estado, en todas partes.

Computación determinista y reproducible.

Las compilaciones reproducibles y los entornos de ejecución deterministas establecen que entradas fijas producen salidas fijas entre máquinas. Alpha convierte esta propiedad en algo estructural: su representación de estado se define de modo que la evolución sea una función pura de las entradas, con independencia del hardware y del sistema operativo. Nuestra evaluación confirma que esto se sostiene byte a byte entre dos arquitecturas de conjunto de instrucciones.

3. Modelo del sistema

Describimos Alpha al nivel de su estructura observable. La construcción interna — cómo se parametriza el espacio de estados y cómo se calcula la deriva — es propietaria y no se divulga aquí.

Estado. El estado de un nodo es un punto en un espacio de 384 dimensiones, representado en aritmética de punto fijo determinista y normalizado a magnitud unitaria. La normalización es total: para cualquier entrada, por grande o adversaria que sea, la representación se reasigna sobre la hiperesfera unitaria, de modo que toda coordenada queda acotada por construcción.

Rejilla de referencia. Todos los nodos comparten una referencia común y determinista. Dos nodos están «en fase» cuando sus referencias coinciden; un protocolo de enlace ligero lo confirma comparando la siguiente señal de referencia que cada uno genera, en lugar de intercambiar estado.

Deriva. Un evento hace avanzar el estado mediante una pequeña rotación diferencial hacia el evento, seguida de una renormalización. La magnitud que cruza la red es esta deriva, no el estado resultante.

Testigo. La integridad de un estado se resume mediante un sello criptográfico de tamaño constante (256 bits) calculado sobre las 384 dimensiones. Dos estados producen el mismo sello solo si son idénticos bit a bit; cualquier divergencia altera el sello.

4. Propiedades

Enunciamos las propiedades que Alpha está diseñado para proporcionar. Cada una va acompañada en la Sección 5 de evidencia reproducible; ninguna depende de divulgar la construcción.

4.1 Determinismo e independencia del hardware.

Dado un estado inicial idéntico y una secuencia ordenada idéntica de derivas, dos nodos reconstruyen un estado idéntico bit a bit con independencia de la arquitectura de CPU, el sistema operativo o el compilador. El determinismo se ancla en la aritmética de punto fijo y en una regla de evolución fija; las únicas operaciones de punto flotante empleadas son primitivas IEEE-754 cuyos resultados son idénticos entre plataformas conformes, una propiedad que verificamos empíricamente.

4.2 Acotamiento por construcción.

Toda coordenada de estado está confinada a la hiperesfera unitaria. Dado que la normalización se aplica tras cada evento, y dado que preescala de forma robusta las entradas de magnitud arbitraria antes de calcular la magnitud, ninguna secuencia de eventos — ni ninguna entrada diseñada que llegue por la red — puede llevar una coordenada fuera de sus límites ni desbordar la aritmética subyacente. El espacio de estados es, en efecto, una variedad cerrada.

4.3 Preservación del orden (no conmutatividad).

Dado que cada evento se aplica con renormalización intermedia, la evolución es no conmutativa: aplicar los eventos A y luego B no produce en general el mismo estado que aplicar su combinación lineal, ni el mismo estado que B y luego A. La trayectoria conserva una memoria de su orden. Un nodo no puede falsificar una historia presentando un único vector que «sume» una secuencia distinta; el sello no coincidiría.

4.4 Testigo de integridad de tamaño constante.

Un sello de 256 bits se compromete con el estado completo de 384 dimensiones. La verificación es de tamaño constante y de tiempo constante respecto al tamaño del estado, y es sensible a cualquier cambio de un solo bit. Esto hace que el acuerdo sea comprobable por un tercero a partir del testigo por sí solo.

5. Evaluación empírica

5.1 Configuración.

Evaluamos una implementación de referencia en cuatro máquinas que abarcan dos arquitecturas de conjunto de instrucciones y dos sistemas operativos: un AMD Ryzen 9 7900X (Linux, x86-64), un Apple M2 (macOS, ARM64), un AMD Ryzen 7 7840HS (Linux, x86-64) y un Intel i3-9100 (Linux, x86-64). Todas las mediciones siguientes son reproducibles a partir de la implementación de referencia; reportamos cifras exactas en lugar de citar documentación.

5.2 Determinismo entre hardware.

Partiendo de un estado génesis fijo y aplicando una secuencia ordenada fija de eventos, cada host produjo un sello de 256 bits byte a byte idéntico. Ejecutamos además una batería aleatorizada de 2.000 escenarios independientes (semillas aleatorias y cadenas de eventos aleatorias) y combinamos los sellos resultantes en un único compendio; el compendio fue idéntico en los hosts ARM64 y x86-64. No observamos divergencia alguna entre arquitecturas en ningún escenario.

Sello de 256 bits idéntico en cada host, sin transmisión de estado entre ellos — solo el génesis compartido y la secuencia de eventos compartida.

5.3 Acotamiento bajo fuzzing.

Sometimos la normalización a fuzzing con 40.000 vectores de entrada extraídos de seis regímenes adversarios: escala unitaria, magnitudes escaladas por 10⁹, enteros aleatorios de 64 bits en bruto, todo-máximo, todo-mínimo y picos de coordenada única. También alimentamos pulsos de transporte diseñados con cada coordenada fijada en los extremos enteros, y entradas patológicas de punto flotante (NaN, ±∞). En todos los casos la magnitud máxima de coordenada tras la normalización permaneció dentro del límite unitario; registramos cero violaciones de los límites, y ninguna entrada produjo un pánico ni un desbordamiento aritmético.

5.4 Sensibilidad del testigo.

Aplicamos 5.000 perturbaciones de un solo bit, cada una invirtiendo el bit más bajo de una dimensión elegida al azar, y calculamos el sello de cada estado perturbado. Los 5.000 sellos difirieron del sello no perturbado; observamos cero colisiones, en consonancia con un compromiso sobre el estado completo.

5.5 Reproducibilidad.

Las propiedades anteriores están codificadas como pruebas de invariantes ejecutables que se distribuyen con la implementación de referencia, de modo que una regresión en cualquiera de ellas falla de inmediato. La suite completa — incluidas las comprobaciones de fuzzing y determinismo — pasa en ambas arquitecturas sin advertencias. Terceros independientes pueden reproducir las cifras ejecutando la suite en su propio hardware.

6. Modelo de amenazas y postura de seguridad

Somos deliberadamente conservadores en cuanto a las afirmaciones de seguridad. Dos propiedades están garantizadas por construcción y confirmadas por la evaluación: el acotamiento (ninguna entrada puede escapar de la variedad de estados ni desbordar la aritmética) y la sensibilidad de integridad sobre el estado completo (cualquier divergencia de un solo bit es visible en el sello). Son estructurales, no probabilísticas.

No hacemos ninguna afirmación de que Alpha sea «inquebrantable». La capa de red y la capa del sello criptográfico aún no han sido sometidas a una auditoría independiente por terceros, y las marcamos en consecuencia en la implementación de referencia. Hasta que dicha auditoría se complete, Alpha solo debería desplegarse dentro de fronteras de confianza o en simulación. Las afirmaciones de invulnerabilidad criptográfica sin revisión externa son, en nuestra opinión, marketing antes que ingeniería, y nos negamos a hacerlas.

7. Aplicaciones

Alpha es una capa de cimentación; no presupone nada sobre la aplicación que se construya encima. La asimetría que ofrece — estado compartido grande, tráfico diferencial diminuto, reconstrucción determinista, verificación de tamaño constante — resulta más valiosa allí donde esa forma se repite:

Bases de datos e índices replicados: mantener las réplicas en acuerdo intercambiando deriva en lugar de enviar filas, con una prueba de acuerdo de tamaño constante. Coherencia de cachés de borde y CDN: hacer converger cachés distribuidas sin difundir el estado completo. Memoria de agentes: sincronizar el estado acumulado de un agente entre sesiones y dispositivos con continuidad verificable. Cargas útiles de blockchain y libros mayores: representar y verificar el historial de transacciones con reconstrucción byte a byte exacta. Redes restringidas y de malla: mantener el estado compartido a través de enlaces intermitentes donde mover el estado completo es inviable.

8. Limitaciones y trabajo futuro

Este es un informe técnico, no una divulgación revisada por pares: por diseño caracteriza propiedades y presenta evidencia reproducible, manteniendo a la vez la construcción como propietaria y en trámite de patente. Un tratamiento formal con métodos completos seguirá a la fijación legal. El trabajo más importante a corto plazo es la auditoría externa independiente de las capas de red y sello señalada en la Sección 6; hasta que se complete, la postura de seguridad es «estructuralmente acotada y sensible a la integridad», no «auditada-segura». También pretendemos publicar una caracterización del rendimiento bajo condiciones de red reales, que este informe no cubre.

9. Conclusión

Alpha demuestra que nodos distribuidos pueden sostener el mismo estado verificable sin intercambiar ese estado — convergiendo en cambio sobre un proceso compartido y determinista mediante la transmisión únicamente de la deriva diferencial, reconstruyendo un estado byte a byte idéntico entre hardware heterogéneo y comprometiéndose con él mediante un testigo de tamaño constante. Hemos caracterizado estas propiedades y mostrado que son reproducibles en cuatro máquinas y dos arquitecturas, con comportamiento acotado bajo 40.000 entradas adversarias e integridad libre de colisiones sobre 5.000 perturbaciones. La construcción permanece sellada; la evidencia no. Lo que ofrecemos no es una promesa, sino un resultado reproducible.