¿QUÉ SIGNIFICA ESCALAR EN BLOCKCHAIN Y POR QUÉ ES UN DESAFÍO?

El escalado, en el contexto de blockchain, se refiere a la capacidad de una red blockchain para gestionar un número creciente de transacciones o una base de usuarios en crecimiento sin comprometer su rendimiento, seguridad ni descentralización. El objetivo fundamental del escalado es aumentar el rendimiento (transacciones por segundo), reducir la latencia y controlar los costes asociados al uso de la red, especialmente a medida que crece su adopción.

Por ejemplo, Bitcoin, la red blockchain original, puede procesar aproximadamente 7 transacciones por segundo (TPS), mientras que Ethereum, la plataforma líder de contratos inteligentes, gestiona entre 15 y 30 TPS. En contraste, los sistemas de pago tradicionales como Visa pueden procesar más de 24 000 TPS. Esta gran discrepancia demuestra el reto de escalabilidad que enfrenta la tecnología blockchain.

Existen dos grandes categorías de enfoques de escalado:

• Escalado en cadena: Realizar cambios en el protocolo principal de blockchain para permitir más transacciones por segundo. Esto puede implicar aumentar el tamaño del bloque, reducir el tiempo de bloque o modificar los algoritmos de consenso.
• Escalado fuera de la cadena: Transferir el procesamiento de transacciones a sistemas auxiliares o capas secundarias que interactúan con la cadena de bloques principal, pero que operan de forma independiente para aumentar el rendimiento general.

Un escalado eficaz debe mantener la seguridad y la descentralización de una cadena de bloques. Sin embargo, esto presenta un desafío técnico significativo, ya que los cambios en un aspecto pueden comprometer otros, lo que lleva a lo que se conoce como el "trilema de la escalabilidad".El trilema de la escalabilidad, acuñado por el cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, postula que los sistemas blockchain pueden lograr simultáneamente, como máximo, dos de las siguientes tres propiedades:Descentralización: Participación equitativa de nodos independientes sin depender de autoridades centrales.Seguridad: Protección contra ataques o manipulación.Escalabilidad: Capacidad para gestionar grandes volúmenes de transacciones de manera eficiente.La dificultad radica en optimizar las tres. Aumentar el rendimiento puede implicar bloques más grandes, lo que beneficia la escalabilidad, pero esto a menudo requiere mayor potencia de procesamiento, centralizando la participación de los nodos y debilitando la descentralización. De igual manera, añadir pasos de consenso adicionales puede reforzar la seguridad, pero potencialmente reducir la escalabilidad.

A medida que aumenta la adopción de blockchain en todos los sectores, desde las finanzas hasta las cadenas de suministro, resolver el problema de la escalabilidad es fundamental. Desarrolladores e investigadores están explorando activamente métodos innovadores para escalar las redes blockchain, conservando sus valores fundamentales.

Escalar una red de cadena de bloques es inherentemente difícil debido a decisiones de diseño fundamentales que priorizan la descentralización y la seguridad. Estos principios de diseño, que ofrecen algunas de las mayores ventajas de la cadena de bloques, como la inmutabilidad y la falta de confianza, también generan limitaciones en la velocidad de procesamiento y el almacenamiento de datos.

1. Mecanismos de consenso

En el corazón de cualquier red de cadena de bloques se encuentra un mecanismo de consenso, o el método mediante el cual los participantes acuerdan el estado del libro contable. Mecanismos populares como la Prueba de Trabajo (PoW) y la Prueba de Participación (PoS) requieren un cálculo intensivo o esfuerzos de validación distribuidos para garantizar la legitimidad de todas las transacciones.

Si bien estos mecanismos protegen contra el fraude y la manipulación, también introducen latencia. En el caso de Bitcoin, el tiempo promedio de bloque es de 10 minutos, lo que limita la rapidez con la que se pueden finalizar las transacciones. Aumentar el tamaño de los bloques para agrupar más transacciones puede ser útil, pero también sobrecarga los nodos con mayores cargas de datos, lo que desalienta la participación y potencialmente centraliza el control.

2. Propagación de la red

Otro obstáculo es el tiempo necesario para propagar nuevos bloques por toda la red. En sistemas descentralizados, los nodos deben comunicarse a través de geografías dispersas. Los bloques más grandes tardan más en propagarse, lo que aumenta la posibilidad de bloques huérfanos y problemas de consenso, lo que socava la fiabilidad y la eficiencia.

3. Almacenamiento de datos y requisitos de los nodos

Los datos de la cadena de bloques se almacenan de forma redundante en cada nodo completo. A medida que la cadena de bloques crece, también lo hacen los requisitos de almacenamiento y ancho de banda para ejecutar un nodo. Sin un equilibrio cuidadoso, esto lleva a que menos personas puedan operar los nodos, lo que nuevamente compromete la descentralización. Ethereum, por ejemplo, ha introducido propuestas de "alquiler estatal" para abordar los problemas de almacenamiento excesivo de datos que dificultan la escalabilidad.

4. Compatibilidad con versiones anteriores y bifurcaciones

Implementar mejoras de escalabilidad suele requerir modificar el protocolo principal de la blockchain. Estos cambios suelen resultar en bifurcaciones duras, que dividen la cadena y el ecosistema existentes. Esto puede causar confusión, fragmentación y pérdida de consenso en la comunidad. Mantener la compatibilidad con versiones anteriores mientras se implementan actualizaciones escalables sigue siendo un desafío importante.

5. Vulnerabilidades de seguridad

Los esfuerzos de escalado pueden introducir inadvertidamente vectores de ataque adicionales. Por ejemplo, las soluciones de capa 2, como las cadenas laterales y los rollups, operan parcialmente fuera de la cadena y pueden heredar supuestos de seguridad más débiles que la cadena principal. Garantizar una mayor escalabilidad sin aumentar la vulnerabilidad del sistema es una preocupación constante para los desarrolladores.

En resumen, cada intento de escalar una solución blockchain debe sortear una red de compensaciones. Ya sea mediante optimizaciones de protocolo o soluciones fuera de la cadena, los desarrolladores deben preservar los pilares de la cadena de bloques (seguridad y descentralización) a la vez que mejoran el rendimiento en un entorno globalmente distribuido. Ninguna solución única se adapta a todas las redes, de ahí la diversidad de estrategias en las diferentes plataformas.

Dados los desafíos descritos, los desarrolladores han adoptado enfoques multifacéticos para escalar las redes blockchain. Estas soluciones abordan puntos críticos como el volumen de transacciones, la eficiencia del consenso y el almacenamiento de datos. Se clasifican en métodos de escalado dentro y fuera de la cadena, así como modelos híbridos.

1. Soluciones de Capa 2

• Canales de Estado: Permiten que dos partes realicen transacciones fuera de la cadena y confirmen solo el resultado final en la cadena principal, lo que reduce significativamente la congestión. Algunos ejemplos son la red Lightning de Bitcoin y la red Raiden de Ethereum.
• Plasma y Rollups: Las cadenas Plasma funcionan como cadenas hijas semiautónomas que agrupan las transacciones antes de liquidarlas en la cadena principal. Los Rollups (optimistas o de conocimiento cero) comprimen los datos de las transacciones y los procesan fuera de la cadena, mientras que almacenan las pruebas dentro de la cadena. Esto mantiene la seguridad y mejora el rendimiento.

Las opciones de capa 2 son cada vez más populares porque permiten aumentos significativos en la capacidad de transacción sin alterar el protocolo base.

2. Fragmentación

La fragmentación implica dividir la cadena de bloques en fragmentos más pequeños, o "fragmentos", cada uno capaz de procesar sus transacciones y contratos inteligentes. Coordinados por la cadena principal, los fragmentos pueden escalar linealmente con el tamaño de la red. Ethereum 2.0 considera la fragmentación como una característica central de escalabilidad; sin embargo, su implementación es compleja y continua.

3. Mecanismos de Consenso Alternativos

Algunas cadenas de bloques más recientes adoptan modelos de consenso que ofrecen inherentemente una mayor escalabilidad:

• Prueba de Participación Delegada (DPoS): Utilizada por EOS y Tron, la DPoS se basa en un conjunto limitado de validadores, lo que aumenta la velocidad de las transacciones, aunque con una descentralización reducida.
• Prueba de Historial (PoH): Utilizada por Solana, la PoH permite una secuenciación rápida de transacciones, lo que mejora el rendimiento.

Estos mecanismos buscan equilibrar la seguridad y la escalabilidad, aunque cada uno presenta sus limitaciones y riesgos de centralización.

4. Poda de la cadena de bloques y eficiencia del almacenamiento

Los archivos completos de la cadena de bloques son considerables y requieren una gran capacidad de almacenamiento. Las técnicas de poda (eliminación de datos innecesarios o históricos) buscan facilitar la participación de los nodos. Algunas cadenas de bloques también exploran modelos de cliente sin estado, donde solo se necesitan datos del estado actual para la validación, lo que reduce la carga general.

5. Interoperabilidad y cadenas laterales

Al aprovechar las cadenas laterales (cadenas de bloques paralelas vinculadas a la cadena principal), se pueden distribuir las cargas de las transacciones. Por ejemplo, Polygon ofrece cadenas laterales compatibles con Ethereum que descargan la computación y el almacenamiento. Protocolos de interoperabilidad como Polkadot y Cosmos facilitan las transacciones entre cadenas, creando un ecosistema multicadena escalable.

6. Conclusiones y el camino a seguir

Ninguna solución única resuelve la escalabilidad de las cadenas de bloques. El progreso es iterativo y a menudo requiere concesiones. Plataformas líderes como Ethereum están implementando gradualmente la fragmentación y las acumulaciones, mientras que las cadenas de bloques alternativas exploran arquitecturas novedosas. Mientras tanto, los investigadores continúan explorando innovaciones, desde libros de contabilidad basados ​​en DAG hasta la validación de transacciones asistida por IA. En última instancia, la capacidad de las cadenas de bloques para escalar eficazmente determinará su alcance en el comercio global, las finanzas y otros ámbitos. La escalabilidad sigue siendo tanto un obstáculo técnico como una oportunidad para reestructurar la infraestructura digital con sistemas descentralizados.