Las 10 principales soluciones de escalado para redes blockchain

Los desarrolladores de Dapp continúan empujando los límites de la tecnología blockchain mediante la introducción de soluciones de escalado innovadoras. Estos ingeniosos creadores aprovechan todos los métodos posibles hoy en día para garantizar que sus redes puedan manejar la presión y congestión de la economía digital actual. Mantener tu blockchain escalable no es una tarea fácil cuando se registran miles de millones de transacciones.

Los Enfoques Diversos

Los métodos para garantizar un escalado suficiente son variados por naturaleza, desde ajustar códigos fuente hasta apilar un protocolo sobre otro. Con eso en mente, aquí están las 10 principales soluciones de escalado para redes blockchain.

Nuevos Mecanismos de Consenso

En la parte superior de la lista está la introducción de nuevos mecanismos de consenso. Es raro ver blockchains de prueba de trabajo como Bitcoin o Ethereum V1. Estos sistemas siguen siendo altamente seguros pero a menudo carecen del rendimiento de los blockchains más avanzados de hoy. Estas opciones eliminan la Prueba de Trabajo (PoW) y a los mineros, sustituyendo esas tareas por protocolos de staking.

Las funciones de staking permiten a los usuarios bloquear sus tokens en carteras de la red para asegurar la red. Este proceso es sencillo y brinda ingresos pasivos a los usuarios de la red sin necesidad de comprar costosos equipos de minería o aprender nuevas habilidades técnicas como la programación. Las redes PoS son más populares que nunca porque a menudo ofrecen mejores transacciones y requieren mucho menos energía para operar.

Las redes PoS continúan evolucionando, y hoy las redes DPoS (Delegated Proof of Stake) son una opción popular para que los traders consideren. Estos sistemas reducen los requisitos de staking al permitir a los usuarios delegar sus tokens a quienes hacen staking. Este enfoque mejora el rendimiento al reducir la cantidad de nodos necesarios para finalizar transacciones. Cabe destacar que es común que estos sistemas aprovechen nodos verificados para compensar la menor descentralización.

Protocolos de Capa 2

Las soluciones de capa 2 están entre las mejores formas de mejorar el rendimiento de una red sin alterar la red directamente. Lo principal que hay que entender sobre las soluciones de capa 2 es que son redes separadas diseñadas para mejorar el rendimiento de otros blockchains. Protocolos como Lightning Network en Bitcoin y FUEL en Ethereum han ayudado a estos gigantes a seguir siendo opciones viables.

Las mejores soluciones de capa 2 aprovechan la capa 1 para la seguridad mientras migran temporalmente los cálculos y transacciones fuera de la cadena. Esta estructura reduce la congestión de la red principal. El tipo más común de soluciones de capa 2 son las sidechains y los canales de pago.

Las sidechains están diseñadas para ejecutarse en paralelo a una solución de capa 1. Normalmente manejan tareas como la ejecución de contratos inteligentes mientras dejan la validación a los nodos de capa 1. Las soluciones de canales de pago de capa 1 como Lightning Network introducen pasarelas directas que ofrecen transacciones ilimitadas de bajo costo con la publicación de datos en la red principal después de que el canal se cierra.

El inconveniente de los protocolos de capa 2 es que muchos reducen la descentralización debido a su estructura. Por ejemplo, Lightning Network reduce la descentralización de Bitcoin al utilizar operadores de canales centralizados. Los operadores de canales pueden permitir que tus fondos fluyan a través de ellos, lo que representa una mayor centralización que la red principal de Bitcoin.

Forks Duros

Cuando una comunidad de desarrollo no puede decidir cómo mejorar el rendimiento, a veces puede conducir a un fork duro. Un fork duro es un cambio completo en la programación de la red que requiere que los nodos abandonen la red original y descarguen nuevo software para comenzar a comunicarse con una nueva red. La necesidad de dejar de minar la cadena de bloques antigua ha convertido a los forks duros en un proceso controvertido y a menudo desafiante para la comunidad blockchain.

Una plataforma puede optar por un fork duro por muchas razones, incluidas el rendimiento, la seguridad o la funcionalidad. Cabe destacar que uno de los forks duros más famosos fue el fiasco de Bitcoin Cash. La comunidad de Bitcoin entró en conflicto por modificar el tamaño de bloque de 1 MB. El debate se volvió tan intenso que la comunidad finalmente se dividió, con quienes estaban a favor de un bloque más grande creando Bitcoin Cash y quienes se oponían permaneciendo en Bitcoin Core.

Este tipo de fork duro se ha vuelto menos frecuente a medida que los proyectos han introducido una variedad de estrategias para evitar divisiones controvertidas. Una de las principales tecnologías utilizadas hoy para prevenir esto son las DAO (Organizaciones Autónomas Descentralizadas). Estos protocolos permiten a la comunidad presentar propuestas y votar sobre qué cambios implementar.

Roll-ups ZK

La tecnología ZK permite a los usuarios verificar la propiedad de ciertos activos o información sin revelar su identidad ni más detalles sobre el artículo o cuenta poseída. Zero Knowledge, el nombre del protocolo, hace referencia a sus controles de privacidad añadidos. Por otro lado, el término roll-up se refiere a cómo este protocolo combina los datos de transacciones en un solo bloque.

Esta maniobra reduce considerablemente la congestión en la mainnet. La principal ventaja de los ZK-rollups es la escalabilidad añadida sin sacrificar la seguridad o la descentralización. Las soluciones de escalado equipadas con ZK-roll-up proporcionan una cantidad mínima de datos a la cadena principal solo para garantizar la validez y autenticidad.

Contratos inteligentes especiales se encargan de agrupar los datos. Las redes ZK roll-up originales enviaban datos muy comprimidos a la mainnet. Este estilo de roll-up mantiene los cálculos en la red de capa 2, lo que permite un mayor rendimiento sin sacrificar la seguridad. Además, este enfoque ha demostrado ser una excelente manera de aumentar el rendimiento utilizando soluciones de capa 2.

Roll-up Optimista

Otra forma popular de tecnología roll-up utilizada hoy son los roll-ups optimistas. Estos sistemas funcionan como sus predecesores, excepto que agrupan los datos asumiendo que la información es correcta. A partir de ahí, hay un período en el que cualquier nodo puede impugnar los datos en el bloque.

Los roll-ups optimistas ofrecen algunas ventajas importantes debido a su escalabilidad y capacidades más rápidas. También pueden manejar cálculos avanzados de contratos inteligentes. En comparación, los roll-ups tradicionales están limitados a funcionalidades básicas de contratos inteligentes. Actualmente, Optimism y Arbitrum son las dos principales soluciones de escalado que aprovechan esta tecnología con gran efecto.

Fragmentación

La fragmentación es un método popular para mejorar la escalabilidad en bases de datos empresariales y recientemente ha encontrado un lugar en la economía blockchain. El término fragmentación fue creado por Google para describir la estructura y características de su producto Big Table. La fragmentación se refiere a dividir bases de datos en tamaños más pequeños y almacenar la información en múltiples ubicaciones.

La mejor analogía para explicar cómo funciona es imaginar un espejo roto en fragmentos. Cada fragmento se almacena en un servidor separado, lo que mejora la escalabilidad al permitir que los cálculos y los datos operen y escalen de forma lineal. Esta solución ha ayudado a resolver el problema de bases de datos en constante crecimiento y el tiempo adicional que lleva procesarlas.

Las redes fragmentadas pueden ejecutar aplicaciones en paralelo, lo que las hace mucho más rápidas que las opciones de cálculo único. Actualmente, múltiples blockchains están utilizando esta tecnología. La principal desventaja de la fragmentación es la dependencia de recursos fuera de la cadena adicionales para mantener la red.

Testigo Segregado (SegWit)

El concepto de usar Segwit para escalar Bitcoin llegó al mercado en 2015. La solución de escalado fue introducida por Blockstream y recibió un fuerte apoyo de Bitcoin Core. Segwit (Testigo Segregado) funciona separando temporalmente los datos de la firma de los datos de validación de cada transacción antes de añadirlos al final de la transacción.

Cabe destacar que esta maniobra permite que la blockchain enfoque los esfuerzos computacionales mientras los datos eliminados permanecen separados hasta que se necesiten nuevamente después de los cálculos. La eliminación de los datos de firma o testigo ayuda a aumentar la cantidad de datos transaccionales que pueden enviarse dentro de los bloques de la blockchain.

La actualización Segwit fue diseñada para mejorar las redes de Prueba de Trabajo como Bitcoin. La actualización también permitió la integración de Lightning Network, lo que redujo aún más la congestión de Bitcoin. Hoy, Segwit es un protocolo central para los usuarios de Bitcoin a nivel mundial. Curiosamente, el espacio adicional creado por la actualización ha llevado a una nueva funcionalidad para Bitcoin en forma de tokens BRC-20.

Diseño Modular

El futuro de la blockchain podría ser modular. Para entender por qué los blockchains modulares son tan importantes, necesitas comprender la diferencia entre redes monolíticas y modulares. Un blockchain monolítico es tu red tradicional que busca manejar todas las tareas principales en una sola red.

Estas tareas incluyen validación, cálculos, disponibilidad de datos, ejecución de contratos inteligentes y consenso. Esta estructura significa que los nodos individuales suelen manejar múltiples tareas como la validación y la ejecución de contratos inteligentes. La necesidad de que cada nodo valide y ejecute perjudica el rendimiento de las redes monolíticas.

Escalado Modular

Los blockchains modulares mejoran el rendimiento al eliminar una de estas computaciones de la red principal. En la mayoría de las redes, son las ejecuciones de contratos inteligentes u otros procesos avanzados los que pueden consumir mucha energía y tiempo. Se puede decir que Ethereum fue el primero en intentar esta estructura, ya que cuenta con una capa separada para la ejecución de contratos inteligentes llamada Máquina Virtual de Ethereum (EVM).

Cabe destacar que actualmente hay más blockchains modulares ingresando al mercado que opciones monolíticas. Estas redes fáciles de crear y altamente útiles están ganando popularidad debido a su proceso de incorporación mejorado y rendimiento. Una de las principales ventajas que aprovechan los blockchains modulares es el uso de estándares y conjuntos de herramientas disponibles.

En 2020, la red SKALE introdujo un diseño modular en la estructura blockchain. El nuevo formato permitió mayor interoperabilidad y redujo los obstáculos para la incorporación de desarrolladores de Dapp. Los desarrolladores obtuvieron la capacidad de desplegar sus creaciones en múltiples cadenas o incluso en subredes llamadas Skale chains y hubs. Hoy, Skale sigue siendo el principal blockchain modular en términos de volumen de usuarios.

Tamaño de Bloque

Hubo muchos años antes de que estuvieran disponibles las soluciones de capa 2. Durante ese tiempo hubo mucho debate sobre cómo un blockchain podría mejorar el rendimiento. Una de las opciones más populares fue aumentar el tamaño de bloque. El tamaño de bloque se refiere a la cantidad de datos que contiene cada bloque en la blockchain.

Por ejemplo, Bitcoin tiene un tamaño de bloque de 1 MB, lo que le permite manejar alrededor de 7 transacciones por segundo. Si se duplica, la red podría sostener 14 tps sin la introducción de actualizaciones o soluciones de segunda capa. Curiosamente, el debate sobre el tamaño de bloque de Bitcoin ha sido un tema en el pasado.

El concepto de aumentar el tamaño de bloque llevó a un crecimiento constante de estas características. Incluso Bitcoin Cash, que se formó a partir de un fork duro de Bitcoin derivado de un debate sobre el tamaño de bloque, vio su red bifurcarse para bloques más grandes solo unos meses después de su creación. Además, los bloques más grandes reducen la cantidad de personas que poseen el hardware necesario para participar en la red. Son estas razones las que han llevado a muchos a alejarse de aumentar constantemente el tamaño de los bloques.

Gráfico Acíclico Dirigido (DAG)

Otro método para escalar redes es usar la tecnología DAG (gráfico acíclico dirigido). El término DAG se refiere a una base de datos en la que, en lugar de que las últimas transacciones se comuniquen con la acción confirmada final, todas las transacciones pueden comunicarse. Este enfoque significa que no hay ciclos para la validación. De esta manera, puedes pensar en estas redes más como árboles que como cadenas.

Una razón por la que la blockchain aprovecharía esta tecnología es reducir la cantidad de bloques que no llegan a la cadena. Estos bloques se llaman huérfanos y pueden reducir el rendimiento mediante la congestión. Cabe destacar que, al aumentar el tamaño y los tiempos de bloque, se crean inadvertidamente más huérfanos.

DAG crea un entorno más favorable que reduce la creación de bloques huérfanos mientras permite mayor escalabilidad. Dado que todos los bloques pueden referenciar los extremos del gráfico, los mineros pueden referenciar toda la cadena en lugar de necesitar avanzar desde el último bloque hacia atrás. Este enfoque contrasta marcadamente con la estructura original de prueba de trabajo, pero brinda mayor rendimiento.

Redes Hashgraph

Las redes Hashgraph no son técnicamente blockchains, pero ofrecen las mismas protecciones de red descentralizada. Similar a la tecnología DAG, todos los nodos de la red se comunican libremente entre sí en lugar de hacerlo en orden cronológico. En una red hashgraph, los nodos comparten sus datos con otros nodos aleatorios como forma de garantizar que todos los participantes tengan acceso a la información.

La principal ventaja de este estilo de libro mayor distribuido es la capacidad de crear transacciones ordenadas usando marcas de tiempo verificables sin depender de protocolos de terceros. Además, estas redes ofrecen más controles de privacidad a los usuarios. Actualmente, Hedera es la principal red hash que opera en el sector blockchain.

Los Blockchains Necesitan Escalabilidad para Sobrevivir

Los desarrolladores de blockchain hoy entienden la importancia de la escalabilidad. Estos desarrolladores continúan empujando los límites de esta tecnología para ofrecer mejor rendimiento y funcionalidades. Las soluciones de escalado mencionadas arriba son las más populares, pero no son las únicas opciones. Puedes esperar que surjan soluciones aún más ingeniosas y creativas a medida que la tecnología blockchain sigue llegando al público general.