Soluciones de escalado: ¿Qué son los protocolos de capa 1 y capa 2?

En los últimos años, las industrias cripto y blockchain vivieron un verdadero boom, y el número de usuarios y transacciones también ha crecido significativamente. Aunque nadie puede negar el carácter revolucionario de la tecnología, empezó a enfrentarse a problemas de escalabilidad: la capacidad del sistema para crecer junto con el aumento de la demanda.

¿Para qué sirven las soluciones de escalado?

La descentralización significa que la capacidad de cómputo y el consenso están distribuidos a través de la red, mientras que la seguridad refleja la defensa de la blockchain frente a malhechores y ataques de hackers. Ambas características se consideran esenciales para las redes blockchain. 

Los sistemas descentralizados altamente seguros a menudo enfrentan problemas con el rendimiento de las transacciones, lo que creó un problema conocido como el Trilema de la Blockchain. Este plantea que lograr simultáneamente altos niveles de seguridad, descentralización y escalabilidad es casi imposible, y que, en la práctica, las redes blockchain solo pueden alcanzar como máximo dos de esos tres factores. 

Pero hay muchos desarrolladores trabajando para superar este problema y han conseguido resultados significativos. Las mejoras de escalabilidad de las redes blockchain pueden clasificarse en soluciones de Capa 1 y Capa 2. Cada una tiene un mecanismo distinto, sus propias ventajas y sus complicaciones. 

La importancia de las soluciones de escalado

Aunque blockchain es una forma más justa y segura de poseer y gestionar dinero, las instituciones financieras centralizadas son mucho más eficientes en términos de rendimiento. Por ejemplo, Visa presume de 65 mil transacciones por segundo, mientras que para Bitcoin esa cifra es solo 7 y para Ethereum, 15. 

Para competir con los sistemas centralizados de procesamiento de pagos, las redes blockchain necesitan ser más escalables para poder acomodar un número creciente de usuarios, transacciones y datos. Si no se hace nada, las blockchains se saturarán con transacciones acumuladas una tras otra. El sistema no podrá procesarlas todas a la vez y esto generará desigualdad en la experiencia del usuario. 

¿Qué es una blockchain de Capa 1?

Las soluciones de escalado de Capa 1 se centran en mejoras on-chain. Modifican el protocolo básico y la arquitectura de la red para ofrecer un mejor rendimiento. Por ejemplo, Bitcoin, Ethereum, Binance Smart Chain y Litecoin son redes blockchain de Capa 1. La solución de escalado de Capa 1 amplía la capa base, o el propio protocolo.

Sharding

El sharding se adaptó de las bases de datos distribuidas y se convirtió en la solución de escalado de Capa 1 más popular. En el sharding, toda la red blockchain se divide en piezas o conjuntos de datos llamados shards, de modo que resulta más fácil para los nodos mantener los shards que toda la red. Todos los shards se procesan al mismo tiempo, permitiendo trabajo secuencial sobre numerosas transacciones. 

A cada nodo también se le asignan distintos shards. Los shards individuales proporcionan pruebas a la mainchain e interactúan entre sí mediante protocolos de comunicación entre shards para compartir direcciones, estados generales y saldos. 

Ethereum 2.0, la nueva versión de la blockchain de Ethereum, implementa sharding como solución de escalado.

Otra blockchain de Capa 1 que usa sharding es Elrond. Logró alcanzar un rendimiento de 100 000 TPS (transacciones por segundo) mediante Adaptive State Sharding y un mecanismo de consenso seguro Proof-of-Stake. 

La red blockchain Harmony es otro ejemplo de un proyecto que aplica shards para lograr mayor escalabilidad. Se centra en el uso de pruebas de conocimiento cero y Organizaciones Autónomas Descentralizadas. 

Mejoras en el mecanismo de consenso

Algunos mecanismos de consenso son más eficientes que otros. Por ejemplo, Proof-of-Work, usado por Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Doge, etc., ofrece un alto nivel de descentralización y seguridad. Pero al mismo tiempo, es bastante lento, lo que lleva a muchos desarrolladores a elegir Proof-of-Stake al desarrollar las redes. 

Incluso las blockchains existentes pueden cambiar el mecanismo de consenso, y el mejor ejemplo es Ethereum, que planea migrar al mecanismo de consenso Proof-of-Stake para aumentar la capacidad y la descentralización de la blockchain, manteniendo al mismo tiempo un alto nivel de seguridad. 

En general, hoy en día las blockchains de Capa 1 y Capa 2 más actualizadas adoptan un mecanismo de consenso Proof-of-Stake o sus variaciones. Al eliminar la necesidad de que las computadoras compitan para validar, PoS ya tiene más margen para escalar.

La blockchain de Kava puede ser un buen ejemplo de una red de Capa 1 que logra escalabilidad mediante el uso de un algoritmo de consenso Tendermint Proof-of-Stake para mejorar las transacciones en la EVM co-chain. 

Solana se considera un protocolo blockchain de Capa 1 de nueva generación que usa un nuevo y prometedor mecanismo de consenso Proof-of-History y logró aumentar significativamente el rendimiento con más de 3000 transacciones por segundo. 

Otras soluciones de Capa 1, algo menos populares, para cripto incluyen la reparametrización y la creación de estructuras de datos alternativas. La principal ventaja de todos estos métodos es que proporcionan las mejoras a gran escala más efectivas.

Los problemas de las soluciones de Capa 1 

Uno de los principales problemas de la solución de Capa 1 es que el validador de la red debe aceptar el cambio mediante el fork duro. Y no siempre es fácil porque, en algunos casos, perderían beneficios. Por ejemplo, cuando la blockchain pasa de Proof-of-Work a Proof-of-Stake, los mineros perderán ingresos y podrían negar la necesidad de escalabilidad. 

¿Qué es una blockchain de Capa 2?

La solución de Capa 2 se centra en crear una solución off-chain mediante la ejecución de una blockchain paralela o la construcción de una red de terceros sobre la original. Esta segunda capa, también llamada capa computacional, se usa para descongestionar la red principal o madre. Es la forma más fácil y rápida de mejorar la escalabilidad de la blockchain.

Una parte de las transacciones del protocolo se desplaza a la arquitectura blockchain adyacente, que procesa la transacción y solo remite los resultados a la cadena principal para finalizarlos. Las soluciones de Capa 2 suelen combinarse con soluciones de Capa 1. 

Las mejores soluciones de Capa 2 incluyen puentes escalables entre cadenas heredadas y aplicaciones descentralizadas, lo que dio lugar al descubrimiento de nuevas variantes de PoS, como Liquid Proof-of-Stake, delegated Proof-of-Stake, Hybrid PoS y otras. 

Las principales formas de aplicar las soluciones de Capa 2 son Nestchains, Rollups, State Channels y Sidechains. 

Blockchains anidadas 

Una blockchain anidada suele ser la red adicional situada sobre otra blockchain. Normalmente requiere una blockchain básica que establezca los parámetros para una red más amplia, mientras que las transacciones y las ejecuciones de smart contracts se realizan en las cadenas secundarias interconectadas. Se pueden construir múltiples redes sobre la cadena principal como cadenas hijas. La cadena principal delega la operación a la cadena hija, que la procesa de forma independiente de la cadena principal y solo después la devuelve a la cadena madre. La participación de la cadena principal solo es necesaria si hay una disputa que resolver.  

Sidechains 

Una sidechain es una cadena adicional unida a la principal. Suele usarse para transacciones de gran volumen. Las sidechains usan un algoritmo de consenso independiente, distinto del de la cadena principal y construido de forma independiente desde cero. Este mecanismo puede optimizarse para velocidad y escalabilidad. La cadena principal aquí mantiene la seguridad, confirma los lotes de transacciones y resuelve los conflictos. 

La diferencia entre sidechains y state channels es el número de formas integrales. Todas las transacciones se registran en el libro mayor público y son visibles para todos los participantes. Importante: las brechas en las sidechains no afectan a la cadena principal. 

Una red Plasma es un ejemplo de solución de Capa 2 basada en sidechain para Ethereum. Consiste en pequeñas blockchains conectadas en una estructura similar a un árbol. 

State Channels

Los state channels se implementan para facilitar el rendimiento general de la blockchain. También mejoran la comunicación bidireccional entre blockchain y canales de transacciones off-chain. Un state channel no necesita validación por los nodos de Capa 1; en su lugar, usa un mecanismo de multisig o de smart contract. Las transacciones completadas se registran en la red subyacente. 

Ejemplos de State Channels son Celer, Bitcoin Lightning y Lightning Network de Ethereum. El principal problema de esta vía es que los state channels pierden cierto grado de descentralización a cambio de una mayor escalabilidad. 

Roll-Ups 

Los roll-ups realizan operaciones de transacción fuera de la blockchain principal, pero publican los datos relacionados en la capa 1, asegurando así las transacciones en la capa básica. Gracias a la ejecución fuera de la capa principal, las comisiones disminuyen. Los smart contracts se ejecutan en la capa 1, pero procesan las transacciones en la capa 2 utilizando los datos de la blockchain principal. Existen los optimistic roll-ups, que asumen por defecto que las transacciones son correctas y solo ejecutan el cálculo como desafío mediante fraud-proof. Los zero-knowledge roll-ups ejecutan el cálculo off-chain y presentan pruebas de validez a la cadena principal. 

Cartesi, Fuel Network, Optimism y Boba son blockchains de Capa 2 que usan optimistic roll-ups. Loopring, Immutable X, Starkware y Polygon Hermez son soluciones de Capa 2 que usan zero-knowledge roll-ups. 

Los problemas de las soluciones de Capa 2

El principal problema de las soluciones cripto de Capa 2 es que aquí la probabilidad de perder seguridad es mucho mayor, por lo que los usuarios confiarán más fácilmente en un proyecto sólido como Bitcoin o Ethereum por su historial de seguridad. Pero ahora con más frecuencia recurrirán a redes de Capa 2 debido a la velocidad y el coste de las transacciones. Por eso, los expertos creen que el futuro de la Capa 2 está en ámbitos específicos, mientras que las blockchains más grandes seguirán dominando y centrándose en la seguridad. 

Conclusión 

La escalabilidad es el principal obstáculo en el camino hacia la adopción global de las criptomonedas. La solución es construir blockchains que puedan hacer frente al trilema de la escalabilidad mientras se implementan, al mismo tiempo que se intenta mejorar las redes existentes para evitar cuellos de botella. En este momento, todas las soluciones posibles pueden dividirse en Capa 1 y Capa 2. Es difícil comparar las soluciones de Capa 1 frente a Capa 2, ya que ambas tienen ventajas y desventajas, aunque es posible que el futuro esté en la combinación de ambas.