Capa 1 vs. Capa 2 de la blockchain, lo que debes saber.

En la tecnología blockchain (o cadena de bloques), el término "escalar" se refiere a los incrementos en la tasa de transferencia del sistema, medida en el número de transacciones por segundo. Con el creciente uso de las criptomonedas en el día a día, se ha vuelto necesario crear capas en la blockchain para una mejor seguridad de la red, mejores registros y más. La Capa 1 en un ecosistema descentralizado en la blockchain. La Capa 2, por otro lado, es una integración de un tercero combinada con la Capa 1 para incrementar el número de nodos y, así, la tasa de transferencia del sistema. Actualmente, se están implementado muchas soluciones de Capa 2 en la blockchain. Estas soluciones aprovechan los contratos inteligentes para automatizar las transacciones.

Capa 1 vs. Capa 2 de la blockchain

La tecnología blockchain presenta muchos beneficios: incrementa los niveles de seguridad, permite transacciones sin problemas y permite que se lleve un registro. Sin embargo, a medida que su uso se vuelve más común, surgen algunos problemas. Uno de ellos es la escalabilidad.

En una blockchain, cada transacción en un sistema descentralizado tiene que realizar varios pasos, lo cual toma una cantidad significativa de poder de procesamiento y tiempo. Para mejorar la capacidad de gestión de la blockchain, los desarrolladores de la blockchain presentaron la escalabilidad de Capa 2 en la estructura. Veamos cómo funciona.

¿Por qué es importante la escalabilidad en la blockchain?

La definición de la palabra "escalabilidad" varía según la fuente. Sin embargo, esencialmente, la escalabilidad de la blockchain se refiere a la habilidad del sistema de ofrecer una buena experiencia a cada usuario, sin importar la cantidad total del número de usuarios en cualquier momento.

El término "tasa de transferencia" se refiere al número de transacciones que un sistema maneja por segundo. Aunque las compañías/canales de pago como Visa procesan cerca de 20,000 transacciones por segundo (TPS) con la red de pagos electrónicos de VisaNet, la cadena principal de Bitcoin puede realizar entre 3 a 7 TPS.

Puede que la diferencia en capacidad sea sorprendente, pero hay una explicación bastante sencilla para eso. Bitcoin utiliza un sistema descentralizado, mientras que VisaNet funciona con un sistema centralizado. El primero utiliza más poder de procesamiento y tiempo para resguardar la privacidad de sus usuarios. Cada transacción de datos debe pasar por varios pasos, incluidos la aceptación, minería, distribución y validación por una red de nodos.

Como se espera que las criptomonedas se conviertan en una fuerza reconocida en el mundo de los negocios, los desarrolladores de blockchain están tratando de incrementar el volumen de gestión de la blockchain. Al crear capas en la blockchain y optimizar la escalabilidad de Capa 2, quieren acelerar los tiempos de procesamiento y aumentar el número de TPS.

La lucha de Bitcoin con la escalabilidad

Bitcoin comenzó como una simple blockchain para que los usuarios envíen y reciban monedas digitales. Sin embargo, se ha enfrentado al problema de la escalabilidad desde su creación, por lo que surgió la pregunta: ¿Qué pasaría si más y más gente quiere comenzar a usar Bitcoin?

Este escenario puede imaginarse como un problema de redes. Cada sistema tiene un ancho de banda específico y solo puede procesar hasta un cierto número de transacciones por segundo (TPS). Además, cada transacción en un sistema descentralizado debe ser verificada, por lo que se necesita una gran capacidad de almacenamiento.

Saltemos al 2021. A medida que Bitcoin se popularizó, sucedió lo esperado: el protocolo se llenó. Como resultado, las velocidades de procesamiento cayeron.

¿Por qué la blockchain actual necesita la tecnología de Capa 2?

La respuesta es simple: mayor demanda y mayores costos de transacción. Expliquemos esto tomando Ethereum como ejemplo.

Como Ethereum tiene un mecanismo de consenso, permite múltiples aplicaciones descentralizadas. En la tecnología blockchain, un mecanismo de consenso es un sistema tolerante a fallos que permite lograr acuerdos en un estado de red único en nodos distribuidos. Estos protocolos aseguran que todos los nodos coincidan en las transacciones y estén sincronizados. Esto hace que la cadena Ethereum sea increíblemente difícil de sobreescribir o atacar.

Debido a la estabilidad y seguridad de Ethereum, comenzó la "locura de las ICO", (oferta inicial de monedas, Initial Coin Offering) durante la cual cualquier persona podía crear monedas en la blockchain. En consecuencia, se generó una afluencia de usuarios y un aumento en el número de transacciones en Ethereum. A medida que el sistema se saturaba, la tarifa de transacción –o el "gas" pagado a las partes que procesan transacciones en la red de Ethereum– aumentó.

Cuando una red blockchain se satura, las transacciones pendientes se acumulan en el pool de memoria y toman más tiempo para procesar. Para solucionar esto, los mineros comienzan a priorizar transacciones con mayores tarifas de gas para confirmarlas. Esto aumenta aún más el costo mínimo para realizar una transacción.

El ciclo de incremento de precios llega a un punto en que las tarifas de gas se disparan, lo que empeora la situación para todos. La escalabilidad de la Capa 2 apunta a brindar una solución a este problema y a disminuir los costos de transacción.

El problema con la Capa 1

Una red de Capa 1 es una blockchain en un sistema descentralizado. Dos ejemplos de esto son Bitcoin y Ethereum.

En la escalabilidad de Capa 1, el protocolo de la blockchain en cuestión se cambia para poder escalar la red. Con este tipo de soluciones, se cambian las reglas del protocolo para incrementar la capacidad y la velocidad de transacción, lo que permite más datos y más usuarios.

La escalabilidad de Capa 1 puede ocurrir de distintas maneras:

• Mejorar la velocidad de la velocidad de la confirmación de bloques

• Incrementar la capacidad de datos de un bloque

Juntas, estas soluciones incrementan la tasa de transferencia de la red. Sin embargo, las soluciones de Capa 1 parecen no dar abasto con el creciente número de usuarios en la blockchain. A continuación mencionamos algunos problemas del sistema.

Protocolo de consenso ineficiente

La blockchain de Capa 1 todavía utiliza el antiguo y torpe mecanismo de consenso de prueba de trabajo (proof-of-work).

Aunque este mecanismo es más seguro que otros, su velocidad lo limita. Se necesitan mineros que utilicen poder computacional para resolver algoritmos criptográficos. Así, se necesita cada vez más tiempo y poder computacional.

La solución

Un consenso alternativo es la prueba de participación (proof-of-stake), utilizada por Ethereum 2.0. Este mecanismo de consenso valida nuevos bloques de datos de transacción de acuerdo a la garantía de staking de los participantes en la red, lo que hace que el proceso sea más eficiente.

Carga de trabajo excesiva

A medida que se incrementa el número de usuarios, también aumenta la carga de trabajo en la blockchain de Capa 1. Debido a esto, la velocidad y capacidad de procesamiento caen.

La solución

La solución de escalabilidad a este problema es la fragmentación (sharding). Básicamente, la fragmentación desglosa el trabajo de validación y autenticación de transacciones en partes más pequeñas y manejables. Por lo tanto, la carga de trabajo se puede distribuir a lo largo de la red para aprovechar el poder computacional de más nodos.

Como la red procesa estos fragmentos simultáneamente, puede ocurrir un procesamiento secuencial en múltiples transacciones al mismo tiempo.

Soluciones de escalabilidad de Capa 2

La blockchain de Capa 2 opera en una capa nativa para mejorar su eficacia. La Capa 2 toma una porción de la carga transaccional de la blockchain de la Capa 1 y la asigna a otra arquitectura de sistema.

La blockchain de Capa 2 luego gestiona la carga de procesamiento y luego informa a la Capa 1 el resultado final. Ya que la mayoría de la carga de procesamiento de datos se asigna a arquitectura auxiliar, se reduce la congestión en la red: no solo se descongestiona la blockchain de la Capa 1, también se hace más escalable.

Como ejemplo de una blockchain de Capa 1 podemos encontrar la red Lightning Network de Bitcoin, una solución de escalabilidad de Capa 2 que simultáneamente toma la carga de Bitcoin y a su vez informa a la red. Como resultado, la Lightning Network incrementa la velocidad de procesamiento en la blockchain de Bitcoin. Además, la Lightning Network permite los contratos inteligentes a la blockchain de Capa 1 de Bitcoin.

Estas son algunas otras soluciones de escalabilidad de Capa 2:

Blockchain anidadas (Plasma)

Una blockchain de Capa 2 anidada opera por encima de otra blockchain. Básicamente, la Capa 1 fija los parámetros mientras la Capa 2 anidada ejecuta los procesos.

Puede haber múltiples niveles de blockchain en una mainchain (cadena principal). Imagínala como la típica estructura de una compañía. En lugar de que una sola persona haga todo el trabajo, por ejemplo, el gerente asigna tareas a sus subordinados, quienes le informan al gerente cuando terminan las tareas asignadas. Al hacer esto, se alivia la carga del gerente a la vez que se mejora la escalabilidad.

Un ejemplo de esto es el proyecto Plasma de OMG, que funciona como una blockchain de Nivel 2 para el protocolo de Nivel 1 de Ethereum para asegurar transacciones más baratas y rápidas.

Canales de estado

Los canales de estado (state channels) permiten la comunicación en ambos sentidos entre participantes de la blockchain. Al hacer esto, los participantes pueden reducir el tiempo de espera ya que no hay un tercero –por ejemplo, un minero– involucrado en este proceso.

Así es cómo funciona:

• De acuerdo a los contratos inteligentes, los participantes acuerdan previamente sellar una parte de la capa de base.

• Luego, pueden interactuar directamente entre sí, eliminando la necesidad de involucrar a los mineros.

• Después de terminar todo el conjunto de la transacción, agregan el estado de canal final a la blockchain.

Tanto la red Raiden Network en Ethereum como la Lightning Network en Bitcoin son ejemplos de canales de estado. La Lightning Network permite a los participantes realizar múltiples microtransacciones durante una duración particular. Mientras tanto, Raiden permite a los participantes ejecutar contratos inteligentes mediante canales personales.

Los canales de estado como la red Lightning Network también son completamente seguros, ya que solo los participantes saben sobre las transacciones. Por otro lado, la blockchain de Nivel 1 de Ethereum registra todas las transacciones en un registro públicamente auditable.

Sidechains

Junto con los canales de estado como Lightning Network y los contratos inteligentes, las sidechains (cadenas laterales) también son una solución de escalabilidad para la tecnología de Capa 2 de blockchain. Una sidechain es una cadena transaccional que permite un gran número de transacciones. Tiene un mecanismo de consenso independiente de la capa nativa. El mecanismo puede optimizarse para mejorar la escalabilidad y la velocidad de procesamiento. En este escenario, la mainchain (cadena principal) tiene que confirmar los registros de la transacción, mantener la seguridad y resolver disputas.

Las sidechains difieren de los canales de estado ya que registran públicamente todas las transacciones en el registro. Además, si una sidechain sufre una falla de seguridad, no afecta otras sidechains o la mainchain de capa base en sí misma.

Rollups

Los rollups (rollos) son soluciones de escalabilidad de blockchain de Capa 2 que ejecutan transacciones fuera de la blockchain de Capa 1 y publican los datos de las transacciones en ella. Como los datos están en la capa de base, permite que la Capa 1 mantenga los rollups seguros.

Los rollups tienen dos modelos de seguridad diferentes:

• Rollups optimistas (Optimistic Rollups): estos asumen que las transacciones son válidas por defecto. Por lo tanto, solo realizan cálculos para detectar el fraude si hay un reto.

• Rollups de conocimiento cero (Zero Knowledge Rollups): estos rollups realizan cálculos fuera de la cadena. Consecuentemente, envían la prueba de validez a la capa de base o mainchain.

Los rollups ayudan a incrementar la tasa de transferencia de la transacción, la participación abierta y reducen las tarifas de gas para los usuarios.

Limitaciones de la Capa 1 y la Capa 2

La división en capas de la blockchain tiene varias ventajas. Por ejemplo, la ventaja primaria de las soluciones de Capa 1 es que los desarrolladores no tienen que agregar nada a la arquitectura existente, ya que se cambia la capa de base.

Mientras tanto, las soluciones de escalabilidad de Capa 2 no afectan el protocolo de la capa de base. Además, estas soluciones permiten múltiples microtransacciones sin que los usuarios deban pagar tarifas de transacción desmesuradas o que pierdan el tiempo en la verificación de parte de los mineros.

Sin embargo, ambas capas de blockchain tienen limitaciones que se deben tener en cuenta.

Suma a los protocolos existentes

El principal problema con las capas de blockchain es agregarlas a los protocolos existentes. Tanto Bitcoin como Ethereum tienen capitalización de mercado en los miles de millones. Los usuarios hacen trading por millones de dólares todos los días. Por lo tanto, no tiene sentido complicar el proceso mediante codificación y experimentación innecesaria, ya que esto requeriría demasiado dinero.

El trilema de la escalabilidad

Vitalik Buterin, el fundador de Ethereum, acuñó el término "trilema de la escalabilidad" para referirse a la capacidad de una blockchain de combinar tres propiedades orgánicas:

• Seguridad

• Escalabilidad

• Descentralización

El trilema enuncia que cualquier tecnología blockchain solo puede presentar dos propiedades a la vez y nunca las tres juntas. Así, la tecnología blockchain actual siempre deberá ceder ante una de las propiedades fundamentales. Un excelente ejemplo de esto es Bitcoin. Aunque su blockchain ha logrado optimizar la descentralización y la seguridad, se ha visto comprometida en su escalabilidad, aunque no es culpa de la red misma.

¿Qué depara el futuro después de la Capa 1 y Capa 2? 

La escalabilidad es una de las razones por la cual la adopción masiva de las criptos no es posible en la industria cripto actual. A medida que la demanda de criptomonedas aumenta, la presión para escalar los protocolos blockchain también aumentará. Debido a que ambas capas de blockchain tienen ciertas limitaciones, la solución en el futuro será construir un protocolo que pueda hacer frente al trilema de la escalabilidad. 

Conclusión

Con respecto al cuello de botella que mencionamos anteriormente, hay dos opciones disponibles: 1) mitigar el problema de escalabilidad, o 2) buscar alternativas viables. Los desarrolladores de blockchain apuntan a la primera opción, buscando la escalabilidad de Capa 2 con Ethereum 2.0.

Al momento de la redacción de este artículo, todavía se están desarrollando sistemas blockchain. La pregunta urgente para el futuro es si las capas de blockchain y la escalabilidad de Capa 2 serán permanentes o temporales. En este momento, nadie puede decirlo con seguridad.

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