Mitigación del cuello de botella Von Neumann en evidencia append-only: comparativa baseline vs coalescing, pipeline y hash incremental en guardian.app
Serie: Seguridad SPCiencia 2026 — evidencia empírica Proyecto Exilio (E2a-S / E2a-S-VN)
Autores: Severo Peguero (investigador principal, SPCiencia), Gemini (IA), Cursor (IA)
Fecha: 20 de junio de 2026
Estado: ✅ PAPER CIENTÍFICO — PUBLICADO WEB [EDITORIAL]
Manuscrito laboratorio: docs/papers_cientificos/PAPER_MITIGACION_CUELLO_VON_NEUMANN_EVIDENCIA_APPEND_ONLY_GUARDIAN_E2A_2026-06-20.md
Certificación: docs/implementacion_seguridad/evidencia/custodia/MANIFIESTO_GUARDIAN_PAPER_MITIGACION_VN_E2A_2026-06-20.json
Etiquetas: [PAPER][EVIDENCIA][VON_NEUMANN][ROBUSTEZ][APPEND_ONLY][GUARDIAN][EXILIO][SPCIENCIA]
Gloria a Dios
"El corazón del entendido adquiere sabiduría, y el oído de los sabios busca la ciencia." (Proverbios 18:15)
Resumen ejecutivo
Este trabajo documenta un experimento controlado sobre el binario monolítico guardian.app (Nuitka, arm64) bajo un diluvio sintético de 5.000 eventos de archivo en diez segundos, seguido de SIGKILL y reanudación append-only (--resume). La pregunta no es si el Guardián sobrevive al caos — eso quedó establecido en la línea base E2a-S — sino si la metodología de tres pilares Von Neumann ya validada en GPU y CPU (coalescing de escrituras, pipeline asíncrono productor-consumidor, hash incremental sin releer el manifiesto completo) mitiga el cuello de botella memoria↔disco que aparece cuando cada evento FSEvents exige persistir una línea JSONL y actualizar un sidecar SHA-256.
La metodología sigue el orden acordado con el investigador principal: (1) documentar y congelar la baseline sin optimización; (2) repetir la misma prueba con la única variable de intervención VN activada en bunker aislado; (3) comparar cifras primarias sin reinterpretar la baseline. Los resultados muestran integridad del testigo preservada en ambas corridas (diluvio, SIGKILL, resume) y una reducción del 57,2 % en RSS pico (97.072 KB → 41.504 KB), con ~50 % más eventos registrados en la misma ventana temporal. El pico de CPU permanece dominado por file_sha256() por evento — límite declarado y candidato a E2a-S-VN.2. Concluimos que la solución Von Neumann SPCiencia es transferible al camino caliente de evidencia forense append-only sin comprometer el pasaporte de robustez.
1. Marco metodológico
El cuello de botella en evidencia append-only
En arquitecturas Von Neumann clásicas, procesador y memoria están separados del almacenamiento persistente. Cuando un sensor de integridad de archivos (FIM) registra cada cambio como una línea en un manifiesto JSONL y mantiene un testigo hash encadenado, el camino caliente repite un patrón costoso: leer estado previo → transformar → escribir → verificar. Si por cada evento el sistema relee el manifiesto entero para recomputar el sidecar, la complejidad amortizada se acerca a O(n²) en el número de eventos durante un pico — precisamente la situación que un diluvio de cinco mil archivos en diez segundos está diseñado para provocar.
SPCiencia ha abordado este patrón de forma transversal desde enero–febrero de 2026 en GPU y entrenamiento LLaMA mediante tres pilares: Memory Coalescing (agrupar operaciones pequeñas), Pipeline Asíncrono (desacoplar productor y consumidor) e hash/cache incremental (mantener estado caliente sin releer fuentes completas). El experimento E2a-S-VN pregunta si esa metodología — no el hardware de computación en memoria — aplica al testigo del Guardián sin romper append-only ni la cadena verificable.
Diseño experimental: variable controlada
Para que las cifras hablen sin ambigüedad, el protocolo separa evidencia primaria (baseline) de secundaria (intervención):
| Versión | SHA-256 |
|---|---|
| Manuscrito laboratorio | d9148066fc75adfbdfe7859968549d1319424f46840294739920c9ac65acb9fe |
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| La baseline quedó cerrada formalmente el 20-jun-2026 (acta inmutable). Cualquier modificación retroactiva de sus artefactos invalidaría la comparativa; el manuscrito cita esos valores como ancla. |
Protocolo de estrés (E2a-S)
El orquestador poc_e2a_stress_test.sh ejecuta: (1) generación de 5.000 archivos en directorio vigilado aislado (ventana máxima 10 s); (2) medición de RSS/CPU, crecimiento del manifiesto y --verify-witness; (3) diluvio concurrente de 500 archivos + SIGKILL; (4) verificación de testigo y --resume. Timestamp canónico baseline: 2026-06-20T04:56:59Z.
Implementación de los tres pilares (opt-in)
| Pilar | Módulo | Mecanismo |
|---|---|---|
| Coalescing | witness.py |
Buffer batch (batch_size=64, flush_interval_ms=50, fsync_on_flush) |
| Pipeline async | sensor.py |
Cola FSEvents → worker (vn_async: true) |
| Hash incremental | witness.py |
Sidecar SHA sin releer manifiesto completo por evento |
Producción M3: optimización VN desactivada por defecto.
2. Observación — Línea base E2a-S (evidencia primaria)
La corrida baseline demuestra que el binario monolítico E2a soporta un pasaporte de robustez antes de cualquier optimización Von Neumann.
En la Fase A, la generación de cinco mil archivos completó en 0,397 s. El manifiesto creció de 1 a 6.671 líneas (Δ 6.670); los eventos sensor_* registrados fueron 6.674 — cifra superior a 5.000 porque macOS FSEvents emite metadatos adicionales por archivo. El RSS pasó de 31.136 KB en reposo a 97.072 KB en pico (~+64 MB). La CPU alcanzó 96,7 %. Tras el diluvio, --verify-witness devolvió Integridad Testigo: OK.
En la Fase B, diluvio concurrente de 500 archivos + SIGKILL: testigo OK; --resume recuperó la sesión sin truncar el manifiesto. Estos números constituyen la piedra angular inmutable: robustez sí, eficiencia mejorable — motivo de la intervención VN como experimento independiente.
3. Análisis — Intervención E2a-S-VN y comparativa
E2a-S-VN repitió el protocolo con VN activado. Criterios S3–S5 cumplidos: testigo OK tras diluvio, SIGKILL y resume. El pasaporte de robustez no se degradó.
| Métrica | E2a-S baseline | E2a-S-VN | Δ |
|---|---|---|---|
Eventos sensor_* |
6.674 | 10.001 | +50,0 % |
| Δ líneas manifiesto | 6.670 | 10.001 | +50,0 % |
| RSS reposo (KB) | 31.136 | 30.976 | ≈ igual |
| RSS pico (KB) | 97.072 | 41.504 | −57,2 % |
| Crecimiento RSS | ~+64 MB | ~+10,5 MB | −83,6 % |
| CPU pico (%) | 96,7 | 99,0 | +2,3 pp |
| Generación diluvio (s) | 0,397 | 0,366 | ≈ igual |
| Drenaje manifiesto (s) | ~8 | 4,255 | métrica nueva |
| Testigo / resume | OK | OK | = |
Memoria — hipótesis confirmada: hash incremental + coalescing reducen presión RAM de ~97 MB a ~41 MB en pico. Throughput: ~50 % más eventos capturados sin pérdida de integridad. CPU: pico ~99 % dominado por file_sha256() por evento — cuello no resuelto en esta intervención; candidato E2a-S-VN.2.
4. Límites
- Sensor acotado: bunker POC aislado, no despliegue M3 completo.
- Opt-in: VN desactivado por defecto en producción M3.
- CPU parcial: no afirmar eliminación total del cuello Von Neumann.
- Un solo host arm64 M3 staging.
- Simulacro sintético: no sustituye red team.
- Complementa, no sustituye los papers Guardián de arquitectura forense (13-jun) y normalidad secuencial (17-jun).
5. Conclusiones
- E2a-S establece pasaporte de robustez: testigo intacto bajo 5.000 eventos + SIGKILL + resume.
- E2a-S-VN reduce RSS pico 57,2 % y aumenta captura ~50 % sin comprometer append-only.
- La metodología Von Neumann SPCiencia es transferible al camino caliente forense — tercera validación empírica en dominio distinto (GPU, CPU, Guardián).
- El cuello CPU residual delimita el alcance y orienta E2a-S-VN.2.
- Evidencia primaria y secundaria separadas y archivadas en actas Exilio — reproducible ante terceros.
Palabras clave: cuello de botella Von Neumann, append-only, coalescing, pipeline asíncrono, hash incremental, robustez, SIGKILL, testigo SHA-256, guardian.app, Proyecto Exilio, E2a-S
Certificación CAM (SHA-256)
Algoritmo: SHA-256 UTF-8 del cuerpo del documento (desde título hasta conclusiones; excluye esta sección).
Manifiesto de custodia paper: docs/implementacion_seguridad/evidencia/custodia/MANIFIESTO_GUARDIAN_PAPER_MITIGACION_VN_E2A_2026-06-20.json
| Versión | SHA-256 |
|---|---|
| Manuscrito laboratorio | d9148066fc75adfbdfe7859968549d1319424f46840294739920c9ac65acb9fe |
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Publicado en spciencia.com · Autores: Severo Peguero (SPCiencia), Gemini (IA), Cursor (IA)