Resumen
Existe un límite en la cantidad de transacciones que una cadena de bloques puede procesar por segundo. Por ejemplo, la red Bitcoin puede manejar aproximadamente siete transacciones por segundo. Una vez que la tecnología blockchain se adopte ampliamente, las capacidades y velocidades de procesamiento de datos mejorarán enormemente y el aumento en el número de usuarios no ralentizará la red ni aumentará los costos. Sin embargo, los principios básicos de diseño de muchas redes descentralizadas se centran en mejorar la escalabilidad, a menudo a expensas de la descentralización o la seguridad. Este es el llamado "trilema blockchain". Los desarrolladores están experimentando con diferentes mecanismos de consenso, así como con soluciones de escalabilidad como fragmentación, cadenas laterales y canales estatales, con la esperanza de resolver este problema.
Introducción
En resumen, blockchain es una base de datos digital distribuida. Los fragmentos de datos están organizados en orden cronológico. Los bloques están conectados mediante pruebas criptográficas y asegurados. Implementada en todas las industrias, esta tecnología ya está cambiando la forma en que trabajamos y vivimos.
La idea es que con la llegada de cadenas de bloques seguras y descentralizadas, las personas puedan mantener el mundo en funcionamiento sin depender de redes o mercados de terceros. Sin embargo, los expertos creen en general que para popularizar esta tecnología a gran escala, primero debe resolverse un problema central: el tan discutido problema de la "paradoja ternaria de blockchain".
El término fue popularizado por el cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin. Para comprender este concepto, primero es necesario conocer los tres elementos principales de blockchain: descentralización, seguridad y escalabilidad. El concepto de "Trilema Blockchain" se refiere a la dificultad de blockchain para alcanzar el nivel óptimo de estos tres atributos al mismo tiempo. Un aumento en un atributo a menudo conduce a una disminución en otro atributo.
Este artículo estudiará los tres elementos principales del trilema y los explicará en detalle uno por uno. Una discusión en profundidad de cada elemento y cómo se combinan entre sí ayudará a profundizar nuestra comprensión de cómo y por qué existe el trilema de blockchain. Este artículo también destacará varias soluciones sugeridas por los desarrolladores.
¿Qué es la descentralización?
Bitcoin, al igual que otras redes blockchain similares, está descentralizado por diseño. La arquitectura general de este tipo de red no está gestionada por un individuo ni por una única organización, sino que está descentralizada. El nivel de red está abierto a todos los participantes. Como resultado, el control está completamente descentralizado y no en manos de una sola entidad. Todos tienen acceso a los mismos datos. Si alguien intenta engañar al sistema alterando los registros por su propia voluntad, otros participantes pueden rechazar los datos erróneos.
Esta operación es bastante técnica. Tomemos como ejemplo la red Bitcoin y no implica control de terceros. Comparamos esto con la dependencia de los bancos en el sistema financiero. Los bancos mejoran la confianza entre las partes de las transacciones y garantizan que todos los registros se mantengan adecuadamente. Sin embargo, la cadena de bloques de Bitcoin comparte datos con todos en la red para garantizar que los datos se verifiquen antes de agregarlos a la base de datos digital. El resultado es un sistema que no requiere intervención de terceros.
La descentralización brinda la posibilidad de la llamada Web3. Nuestra Internet actual se encuentra en la etapa Web2. Los sitios web y las aplicaciones en Web2 están controlados por empresas importantes, pero los usuarios crean el contenido. Web3 es la próxima tendencia de desarrollo. En Web3 Internet, las personas controlan sus propios datos y su vida en línea con la ayuda de la tecnología blockchain descentralizada.
Sin embargo, una cosa a tener en cuenta es que la forma en que operan estos sistemas distribuidos requiere que una gran cantidad de participantes se pongan de acuerdo sobre la validez de todos los datos, lo que requiere que la información se comparta y procese, lo que resulta en tiempos de transacción más lentos. Por lo tanto, blockchain necesita escalar, es decir, ser capaz de procesar más datos a una velocidad más rápida. Continuaremos con esto cuando hablemos de escalabilidad.
Además, para lograr la descentralización, primero se debe garantizar la seguridad de la cadena de bloques subyacente. Si la cadena de bloques carece de seguridad, los delincuentes tendrán la oportunidad de alterar los datos. Esto lleva a la segunda parte del trilema: la seguridad.
¿Qué es la seguridad blockchain?
No importa cuán descentralizada esté una cadena de bloques, no ayudará si carece de seguridad. Una red blockchain sólida debe ser resistente a ataques de entidades maliciosas. Los sistemas centralizados son cerrados, garantizando así la seguridad. El responsable del tratamiento puede garantizar que los datos no sean alterados. Pero ¿cómo lograr seguridad en un sistema descentralizado donde todos pueden participar?
Este es un tema complejo. Volvamos a Bitcoin y su seguridad blockchain descentralizada como ejemplo. La cadena de bloques de Bitcoin utiliza una combinación de criptografía y un mecanismo de consenso de red llamado Prueba de trabajo (PoW). Desde una perspectiva criptográfica, cada bloque tiene una firma digital o "hash". Cualquier modificación cambia el hash del bloque, por lo que cada bloque de datos está conectado de una manera que no puede ser alterada. Cualquier intento de alterar datos es rápidamente reconocido por el resto de la red.
El mecanismo de consenso de prueba de trabajo también desempeña un papel en esto, garantizando efectivamente la seguridad del libro mayor de criptomonedas. Comprender la prueba de trabajo es un gran problema en sí mismo, pero para los propósitos de este artículo, recuerde que los miembros de la red solo pueden validar nuevas transacciones y agregarlas al libro mayor mediante la actividad de "minería". Esto implica utilizar la potencia informática para resolver problemas matemáticos difíciles. El proceso de cálculo requiere que estas computadoras realicen una gran cantidad de funciones hash. Aunque el mecanismo de prueba de trabajo es seguro, es relativamente lento, lo que plantea problemas de escalabilidad.
También tenga en cuenta que cuantos más participantes (nodos) haya en una red, más segura será la red. Cuanto mayor sea el número de participantes, más difícil será para los malos actores hacerse con el control del sistema. Se trata del llamado "ataque del 51%". El significado general de este concepto es que si una sola entidad (o un grupo de delincuentes) controla más del 50% de la tasa de hash de toda la red blockchain, puede anular arbitrariamente el consenso y alterar los datos de la cadena, como como tokens de doble gasto.
En resumen, la seguridad es fundamental para el éxito de blockchain. Sin seguridad y sin atacantes que tomen el control a voluntad, la cadena de bloques no tiene valor.
¿Qué es la escalabilidad?
La escalabilidad se refiere al objetivo de construir una cadena de bloques para aumentar la velocidad de las transacciones por segundo. Si la tecnología blockchain va a servir a la sociedad en general o a miles de millones de usuarios, la expansión es imperativa. Sin embargo, esto es algo con lo que muchas blockchains todavía luchan.
La razón es que la descentralización y la seguridad son cuestiones fundamentales de blockchain y, por lo tanto, siempre reciben atención prioritaria. La descentralización es fundamental para la filosofía y los objetivos de blockchain. La mayoría de las cadenas de bloques conocidas se ciñen a este núcleo. Como se mencionó anteriormente, la seguridad es el requisito fundamental para el éxito y el valor de blockchain.
Sin embargo, priorizar la descentralización y la seguridad hace que la escalabilidad sea un desafío. La cantidad de transacciones que una sola cadena puede procesar es muy limitada. Los sistemas de pago centralizados como Visa afirman poder procesar 24.000 transacciones por segundo porque la red está cerrada y no se ve afectada por los nodos públicos ni el consenso. Comparemos varias cadenas de bloques conocidas.
Según Bloomberg en 2022: “En septiembre, Bitcoin tuvo dificultades para procesar más de 7 transacciones por segundo, mientras que la segunda red Ethereum más popular estaba limitada a unas 15 transacciones por segundo. En comparación con las plataformas comerciales tradicionales, esto es simplemente muy lento. ese duda de la vida”.
Como se mencionó anteriormente, las velocidades de transacción en estas cadenas de bloques están limitadas debido a la forma en que los participantes en una red descentralizada deben procesar la información, así como a la naturaleza del propio mecanismo de consenso de prueba de trabajo. Si cada vez más personas comienzan a utilizar la tecnología blockchain en la sociedad, la capacidad de procesamiento de transacciones de la red será limitada, lo que provocará una congestión en la red.
¿Por qué existe la paradoja ternaria de blockchain?
La solución más obvia y básica al problema anterior es expandir la red y aumentar la velocidad reduciendo la cantidad de participantes que confirman y agregan datos de la red. Sin embargo, hacerlo reduce la descentralización y pone el control en manos de unos pocos participantes. Menos participantes significa mayores posibilidades de ser atacado, lo que también puede conducir a una seguridad más débil.
Así se forma el trilema: en el diseño básico del principio operativo de la cadena de bloques, los dos atributos necesarios de descentralización y seguridad están estrechamente relacionados, lo que hace que sea difícil lograr la escalabilidad. Los tres están en un estado de flujo y reflujo. ¿Cómo podemos avanzar en la escalabilidad sin comprometer la descentralización, la seguridad o ambas?
Resolviendo el trilema de Blockchain
No existe una solución única para este trilema. Dada la importancia de resolver este problema, la comunidad ha propuesto una variedad de soluciones diferentes, con resultados prometedores. Resumamos las principales tendencias para que todos tengan una idea de los últimos avances en este campo.
1. fragmentación
Así es como una cadena de bloques u otro tipo de base de datos se divide en particiones más pequeñas de la cadena de bloques para administrar segmentos específicos de datos. Esta configuración alivia la presión sobre una sola cadena para manejar todas las transacciones e interacciones de la red. Cada partición de la cadena de bloques se denomina "fragmento" y tiene su propio libro de contabilidad específico. Estos fragmentos pueden luego procesar transacciones por sí solos, pero la cadena de baliza o cadena principal gestiona las interacciones entre fragmentos. Este es un cambio en la red principal de blockchain, por lo que la fragmentación se convierte en una mejora de escalabilidad para las redes de Capa 1.
2. Varios mecanismos de consenso
Una de las razones por las que existe la paradoja ternaria en la red Bitcoin es la forma en que funciona la prueba de trabajo para garantizar la seguridad. Para lograr la seguridad del sistema, los mineros, los algoritmos de criptomonedas y una enorme potencia informática descentralizada son indispensables, pero también conducen a un sistema lento. Encontrar otras formas de garantizar el consenso también es una manera de resolver el trilema. Esta es una de las principales razones por las que Ethereum pasó de la prueba de trabajo a la prueba de participación (PoS).
En una cadena de bloques de prueba de participación, los participantes deben apostar (bloquear) sus tokens para poder participar en la verificación de transacciones, pero no se requieren máquinas de minería altamente especializadas. Es más fácil y conveniente agregar más validadores a la red. Los mecanismos de consenso de prueba de participación son solo una de las muchas formas de abordar la escalabilidad.
3.Solución de capa 2
La fragmentación y varios mecanismos de consenso son las llamadas soluciones de Capa 1 que tienen como objetivo cambiar el diseño fundamental de la red subyacente. Sin embargo, otros desarrolladores están estudiando la posibilidad de crear soluciones sobre las estructuras de red existentes en un intento de resolver el problema del trilema. En otras palabras, creen que la solución reside en la creación de redes de Capa 2, o "Capa 2". Los ejemplos relevantes incluyen cadenas laterales y canales estatales.
Las cadenas laterales son esencialmente cadenas de bloques independientes conectadas a la cadena principal. Con esta configuración, los activos pueden fluir libremente entre las dos cadenas. Es importante destacar que las cadenas laterales pueden operar bajo diferentes reglas para lograr velocidad y escalabilidad. Asimismo, los canales estatales son otra forma de aliviar la Capa 1 eliminando transacciones de la cadena principal. En lugar de utilizar una cadena separada, los canales estatales utilizan contratos inteligentes que permiten a los usuarios interactuar entre sí sin publicar transacciones en la cadena de bloques. La cadena de bloques solo necesita registrar el inicio y el final del canal.
Resumir
El trilema blockchain obstaculiza el potencial de la tecnología blockchain para ayudar a cambiar el mundo. Si una red blockchain solo puede manejar una pequeña cantidad de transacciones por segundo para permanecer descentralizada y segura, será difícil lograr una adopción masiva. Sin embargo, a juzgar por las últimas soluciones propuestas por los desarrolladores para resolver este problema, las redes blockchain sólo pueden esperar lograr un salto en las capacidades de procesamiento de datos en el futuro si continúan avanzando con los avances tecnológicos actuales.