¿Qué son las capas de una cadena de bloques?

Resultados del aprendizaje:

Al final de este artículo, usted comprenderá:

1. La diferencia entre los conceptos de Capa 0, 1, 2 y 3
2. Los problemas que enfrentan las cadenas de bloques 
3. Cómo funcionan las soluciones de escalabilidad 
4. Cómo funcionan las soluciones de puentes 

¿Qué son las capas de una cadena de bloques?

Las cadenas de bloques como Bitcoin y Ethereum se describen como capas de liquidación porque liquidan y almacenan las transacciones de las monedas digitales. Se describen alternativamente como cadenas de capa 1 situadas dentro de una jerarquía de otras capas de 0 a 3. 

Las preguntas que surgen son: ¿por qué es necesaria más de una capa de una cadena de bloques? y ¿qué hace cada una de estas capas? 

El concepto de capas de una cadena de bloques 

Es común describir los sistemas tecnológicos utilizando el concepto de stack o capas. El funcionamiento de Internet es un buen ejemplo, descrito en el modelo TCP/IP de cuatro capas: Capa de acceso a la red (1) > Capa de Internet (2) > Capa de transporte (3) > Capa de aplicación (4). 

Lo mismo sucede con las cadenas de bloques. A nivel técnico, las cadenas de bloques pueden dividirse en cinco capas: 

• La capa de infraestructura o hardware: la red de ordenadores físicos que se conectan unos con otros a través de Internet entre pares. 

• La capa de datos: la información que las cadenas de bloques almacenan y actualizan.  

• La capa de red: el software que permite a los Nodos de la red escuchar, proponer y añadir nuevos bloques a la Red. 

• La capa de consenso: los sistemas que mantienen la integridad y autenticidad de los datos almacenados en las cadenas de bloques, siendo los más conocidos la Prueba de Trabajo y la Prueba de Participación. 

• Capa de aplicación y presentación: las API, los Contratos inteligentes y las dApp que proporcionan una Interfaz de usuario. 

Pero, aunque resulte confuso, el lenguaje de las criptomonedas utiliza más comúnmente capas numeradas como forma abreviada de describir soluciones a dos de los mayores retos a los que se enfrentan las cadenas de bloques: la interoperabilidad y la escalabilidad. Este artículo se centrará en las capas 0, 1 y 2. 

Capas 0-2: Resumen 

Capa 0 – Creación y seguridad de la cadena de bloques: Un sistema de cadena de bloques que proporciona liquidación y seguridad para cadenas de bloques interoperables ilimitadas. 

Capa 1 – Capa base: Cadenas de bloques de instancia única que proporcionan liquidación y seguridad.

Capa 2 – Capa de abstracción: Procesamiento por lotes de transacciones fuera de la cadena. 

Capa 2: Escalabilidad y el trilema de la cadena de bloques 

El artículo de la Academia de criptomonedas de Skrill que decodifica el White Paper de Bitcoin proporciona un análisis completo de cómo funciona Bitcoin como una cadena de capa 1 para liquidar una nueva forma de dinero en Internet entre pares.

Aunque en el White Paper no se menciona la palabra capa, su autor seudónimo, Satoshi Nakamoto, se refirió en otro lugar de Internet a las deficiencias que insinuaban la necesidad de una segunda capa.

"Actualmente Bitcoin no es práctico para micropagos muy pequeños. Lo suficientemente pequeño como para incluir lo que podría llamarse la parte superior del rango de micropagos. Pero no pretende ser práctico para micropagos arbitrariamente pequeños". Satoshi Nakamoto, Referencia 

La forma más sencilla de ilustrar lo poco práctico que resulta Bitcoin para los micropagos es utilizar el ejemplo de una compra de bajo costo pero urgente, como la compra de un café para llevar.  

El problema de la cafetería de Bitcoin 

Bitcoin está diseñado para confirmar nuevos bloques de transacciones cada 10 minutos, por lo que comprar un café con Bitcoin y esperar a que se confirme su compra en la cadena llevaría al menos ese tiempo, ya que la red solo puede admitir aproximadamente siete transacciones por segundo.  

De hecho, las mejores prácticas sugieren que los minoristas esperen hasta seis confirmaciones para garantizar el carácter definitivo de un pago con Bitcoin. 

Nadie esperará hasta una hora para comprar café, así que o bien Bitcoin solo sirve como reserva de valor, o se necesita una solución que le permita aceptar micropagos sin largas confirmaciones de bloque. 

Este problema se conoce como el trilema de la cadena de bloques porque la única forma de que Bitcoin pudiera escalar transacciones en términos de tiempo de confirmación o número de transacciones por bloque sería confirmar bloques más rápido o hacer bloques más grandes para mantener más transacciones; cada una de estas opciones implica un compromiso inaceptable. 

• Los bloques más rápidos comprometerían la seguridad al aumentar las posibilidades de éxito de los ataques 

• Los bloques más grandes comprometerían la descentralización porque el aumento de los requisitos de espacio en disco dificultaría la ejecución de un nodo.  

Las guerras de los bloques 

El debate sobre la escalabilidad dio lugar a lo que se conoce como las guerras de los bloques. Las guerras de los bloques alcanzaron su clímax a finales de 2017, cuando se creó una versión alternativa de Bitcoin llamada Bitcoin Cash que ofrecía bloques más grandes.  

La mayoría de los Mineros votaron por mantener el tamaño de bloque existente, pero esto no impidió que Bitcoin Cash existiera de forma independiente. Posteriormente se bifurcó para crear Bitcoin SV (en noviembre de 2018) que ofrece espacio de bloque ilimitado. 

De hecho, Bitcoin se ha bifurcado más de 100 veces, pero el dominio de la implementación original ilustra que la solución a la escalabilidad debe venir de la construcción sobre Bitcoin en lugar de tratar de cambiarlo fundamentalmente. 

La Lightning Network 

En 2015, dos desarrolladores llamados Joseph Poon y Thaddeus Dryja publicaron una propuesta de solución de escalabilidad de capa 2 construida sobre la capa de liquidación existente de Bitcoin; se llamaba Lightning Network.

La Lightning Network permite la creación de canales de pago entre pares fuera de la cadena (también conocidos como canales de estado) en los que dos personas (nos referiremos a ellas como Alice y Bob) pueden enviar y recibir micropagos de forma instantánea y con un costo mínimo.

Solo se necesita una transacción en la cadena con un tiempo de confirmación de 10 minutos cuando Alice o Bob deseen abrir o cerrar el canal, añadiendo o retirando fondos.

Lo mejor de la Lightning Network es la forma en que se enrutan los pagos. Alice no necesariamente tiene que tener un canal de conexión directo con Bob. Los fondos se pueden enrutar mediante centros (hubs) de Lightning que dispongan de liquidez suficiente para atender pagos (incluida la compra de un café) como una conexión proxy para miles de usuarios y beneficiarse de las comisiones por transacción. 

Ethereum y la capa 2 

Las guerras de los bloques y las aplicaciones de capa 2 como Lightning Network ofrecen soluciones para escalar Bitcoin conservando su actual método de consenso Prueba de Trabajo, pero los métodos de consenso alternativos enmarcan la escalabilidad de una manera completamente diferente.

Ethereum, lanzado en julio de 2015, adaptó la Prueba de Trabajo para permitir un tiempo de confirmación de unos 13 segundos y duplicar el rendimiento de Bitcoin. 

Sin embargo, cuando la popularidad de las DeFi despegó en el verano de 2020 se alcanzó el límite de rendimiento, lo que creó una guerra de ofertas por el espacio de bloques contraria a las aspiraciones abiertas de Ethereum, que sigue siendo un problema.

Así como Lightning proporcionó una solución de capa 2, los desarrolladores de Ethereum introdujeron formas de realizar transacciones por lotes antes de enviarlas a través del proceso estándar de confirmación de bloque. 

Esta tecnología se conoce colectivamente como rollups. Toda persona que envíe una transacción dentro de un rollup disfruta de un rendimiento considerablemente mayor y de unas comisiones significativamente más baratas.

• Rollups optimistas 

Se asume "optimistamente" que las transacciones son válidas, pero pueden impugnarse.

• Rollups de conocimiento cero 

Las transacciones se calculan fuera de la cadena. Luego, los datos comprimidos se suministran a la Mainnet de Ethereum con pruebas de validez para demostrar su legitimidad. 

Capa 0: Puente entre cadenas de bloques 

Mientras que la escalabilidad de las cadenas de bloques se resuelve construyendo sobre la capa base, la incapacidad de las cadenas de bloques para comunicarse entre sí (interoperabilidad) también supone un reto para su adopción. 

La naturaleza democrática del desarrollo de la cadena de bloques significa que ahora hay muchas cadenas de capa 1, cada una de las cuales ofrece sus propios casos de uso y soluciones al trilema de la cadena de bloques. Pero para garantizar la seguridad, las cadenas de bloques se construyen como silos, incapaces de compartir datos con cadenas de bloques que operan con métodos de consenso diferentes.

La verificación de transacciones entre distintas cadenas de bloques debe cumplir tres requisitos, conocidos como el Trilema de la Interoperabilidad.

• Desconfianza: seguridad equivalente en ambas cadenas 

• Extensibilidad: compatibilidad con cualquier dominio 

• Generalizabilidad: capacidad para manejar datos arbitrarios entre dominios 

Esto dificulta la vida del usuario promedio de criptomonedas que podría querer, por ejemplo, ganar intereses sobre su Bitcoin utilizando una dApp basada en Ethereum. Las soluciones a este problema incluyen:

• Envoltura de tokens: creación de versiones sintéticas de activos en una base 1:1, p.ej., wBTC 

• Puentes: soluciones centralizadas/basadas en la confianza y opciones descentralizadas sin confianza 

La envoltura y el puente mitigan la incompatibilidad de diferentes cadenas de bloques de capa 1. Sin embargo, las opciones descentralizadas están plagadas de riesgos de seguridad, mientras que los enfoques centralizados comprometen los objetivos fundamentales de los sistemas de pago resistentes a la censura.

Una solución alternativa es desarrollar una capa base más profunda de stack de cadenas de bloques, una cadena de bloques de cadenas de bloques (también conocida como capa 0). O construir cadenas que funcionen en paralelo. 

Polkadot y Cosmos 

Polkadot y Cosmos son dos ejemplos de cadenas de bloques de capa 0. Ambos admiten la creación de cadenas de bloques independientes pero interoperables que están aseguradas por la capa base, a veces descritas como cadenas de bloques anidadas.  

Cadenas laterales 

En algún punto intermedio entre las capas 0-1 se encuentran las cadenas laterales, que operan en paralelo a la cadena principal con su propio mecanismo de consenso. Las cadenas laterales dependen de la cadena principal para la seguridad, así como para procesar grandes lotes de transacciones. Polygon es un ejemplo de red de cadenas laterales.

Las cadenas de bloques de capa 0 y las redes de cadenas laterales ofrecen una solución potencial para la interoperabilidad de las cadenas de bloques en el futuro, pero no son compatibles con versiones anteriores. 

Así que, a menos que Polkadot, Cosmos u otras cadenas de bloques bases se impongan en todo el ecosistema, lo que parece poco probable dado el predominio de Bitcoin y Ethereum, el problema de la interoperabilidad persistirá hasta que aparezcan nuevas ideas o tecnologías.

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