Capas 1 y 2 de Blockchain: lo que debe saber

En la tecnología blockchain, el término "escalado" se refiere al aumento del rendimiento de un sistema, medido por la cantidad de transacciones realizadas por segundo. Debido al hecho de que las criptomonedas se utilizan cada vez más en la vida cotidiana, ha surgido la necesidad de crear capas de blockchain para mejorar la seguridad de la red, el mantenimiento de registros, etc. La primera capa de un ecosistema descentralizado es la cadena de bloques. La Capa 2, por otro lado, es la integración de componentes de terceros combinados con la Capa 1 para aumentar la cantidad de nodos y, por lo tanto, el rendimiento del sistema. Actualmente se están implementando muchas soluciones basadas en blockchain de capa XNUMX. Estas soluciones utilizan contratos inteligentes para automatizar transacciones.

Cadena de bloques de capa XNUMX frente a cadena de bloques de capa XNUMX

La tecnología Blockchain tiene muchas ventajas: aumenta el nivel de seguridad, permite transacciones y mantenimiento de registros sin complicaciones. Sin embargo, a medida que su uso se generaliza, surgen una serie de problemas. Uno de estos problemas es la escalabilidad.

En la cadena de bloques, cada transacción en un sistema descentralizado debe pasar por varias etapas, lo que requiere un poder de cómputo y un tiempo significativos. Para mejorar la capacidad de la cadena de bloques para procesar datos, los desarrolladores de cadenas de bloques implementan una escala de segundo nivel en su estructura. Averigüemos más sobre cómo funciona.

¿Por qué es importante la escalabilidad de blockchain?

La definición de la palabra "escalabilidad" varía de un experto a otro. Sin embargo, en esencia, la escalabilidad de blockchain se refiere a la capacidad del sistema para ofrecer una experiencia rica a cada usuario, independientemente del número total de usuarios en un momento dado.

El término rendimiento se refiere a la cantidad de transacciones procesadas por un sistema por segundo. Mientras que empresas/canales de pago como Visa procesan casi 20 TPS utilizando la red de pago electrónico VisaNet, la principal Cadena de bloques de Bitcoin solo puede realizar de 3 a 7 TPS.

La diferencia en el rendimiento puede ser impactante, pero hay una explicación simple para esto. Bitcoin usa un sistema descentralizado mientras que VisaNet opera en un sistema centralizado. El primero utiliza más potencia de procesamiento y tiempo para garantizar la privacidad de sus usuarios. Cada transacción de datos debe pasar por varias etapas, incluida la aceptación, minería, distribución y verificación por la red nodal.

Como se espera que las criptomonedas se conviertan en una fuerza integral en el mundo de los negocios, los desarrolladores de cadenas de bloques están tratando de expandir el alcance de las cadenas de bloques. Al crear capas de blockchain y optimizar el escalado de la capa XNUMX, quieren acelerar los tiempos de procesamiento y aumentar el TPS.

La lucha de Bitcoin con la escalabilidad

Bitcoin comenzó como una simple cadena de bloques para enviar y recibir moneda digital. Sin embargo, desde sus inicios se ha enfrentado a un problema de escalabilidad, lo que ha dado lugar a la pregunta: ¿Qué sucederá si cada vez más personas comienzan a usar Bitcoin?

Este escenario se puede considerar como un problema de red. Cada sistema tiene una cierta cantidad de rendimiento y solo puede procesar una cierta cantidad de transacciones por segundo (TPS). Además, cada transacción en un sistema descentralizado debe verificarse, por lo que se requiere suficiente espacio de almacenamiento de datos.

Avance rápido hasta 2021. A medida que crecía la popularidad de bitcoin, sucedió lo esperado: el protocolo se desbordó. Como resultado, la velocidad de procesamiento de datos ha disminuido.

¿Por qué la cadena de bloques actual requiere tecnología de segunda capa?

La respuesta es simple: un aumento en la demanda y un aumento en el costo de las transacciones. Expliquemos esto usando Ethereum como ejemplo.

Dado que Ethereum tiene un mecanismo de consenso, permite una variedad de aplicaciones descentralizadas. En la tecnología blockchain, el mecanismo de consenso es un sistema tolerante a fallos que permite concluir acuerdos sobre un único estado de la red entre nodos distribuidos. Estos protocolos garantizan que todos los nodos acuerden las transacciones y estén sincronizados. Esto hace que la cadena de bloques Ethereum sea extremadamente difícil de sobrescribir o atacar.

Gracias a la estabilidad y seguridad de Ethereum, comenzó la moda de las ICO, lo que llevó a que las personas crearan monedas en la cadena de bloques. Como resultado, hubo una afluencia de usuarios y un aumento en el número de transacciones realizadas en Ethereum. A medida que el sistema se obstruyó, aumentaron las tarifas de transacción (o “gas”) pagadas por las partes que procesan transacciones en la red Ethereum.

Cuando la red de la cadena de bloques se obstruye, las transacciones pendientes terminan en el grupo de memoria y tardan más en procesarse. Para resolver este problema, los mineros están comenzando a priorizar las transacciones con un precio de gas más alto para poder confirmarlas. Esto aumenta aún más el valor mínimo requerido para completar una transacción.

El ciclo de aumento de precios llega al punto en que los precios de la gasolina se disparan, empeorando la situación para todos. El escalado de capa XNUMX tiene como objetivo abordar este problema y reducir los costos de transacción.

problema de primer nivel

La red de primera capa es una cadena de bloques en un sistema descentralizado. Dos ejemplos de este tipo de redes son Bitcoin y Ethereum.

El escalado de la capa XNUMX cambia el protocolo subyacente a la cadena de bloques para garantizar la escalabilidad. Con tales soluciones, las reglas del protocolo se modifican para aumentar el rendimiento y la velocidad de las transacciones, lo que permite acomodar más datos y usuarios.

La escala del primer nivel puede ser la siguiente:

• Aumento de velocidad de confirmación de bloque
• Aumentar la capacidad del bloque que contiene los datos.

Juntas, estas soluciones de escalado aumentan el ancho de banda de la red. Sin embargo, el Nivel 1 no parece poder mantenerse al día con el creciente número de usuarios de blockchain. A continuación se enumeran algunas de las desventajas del sistema.

Protocolo de consenso ineficiente

La cadena de bloques de Capa 1 todavía utiliza el antiguo e incómodo mecanismo de consenso de prueba de trabajo.

Aunque este mecanismo es más seguro que otros, su velocidad limita su uso. Se requiere que los mineros usen poder de cómputo para resolver algoritmos criptográficos. Por lo tanto, en general, se requiere más potencia y tiempo de cómputo.

Solución

El consenso alternativo es prueba de participación, que se utilizará en Ethereum 2.0. Este mecanismo de consenso confirma nuevos bloques de datos de transacciones de acuerdo con la disposición de los participantes de la red, lo que hace que el proceso sea más eficiente.

Carga de trabajo excesiva

A medida que aumentó la cantidad de usuarios, también lo hizo la carga de trabajo en la cadena de bloques de la primera capa. Debido a esto, la velocidad y el rendimiento del procesamiento de datos disminuyeron.

Solución

Una solución a gran escala a este problema es la fragmentación. En pocas palabras, el corte divide el trabajo de verificar y autenticar transacciones en partes pequeñas y manejables. De esta manera, la carga de trabajo se puede distribuir a través de la red para utilizar la potencia informática de más nodos.

Dado que la red procesa estos fragmentos en paralelo, el procesamiento en serie de múltiples transacciones puede ocurrir simultáneamente.

Soluciones de escalado de capa 2

La cadena de bloques de capa 2 opera en la capa nativa para mejorar su eficiencia. Al descargar transacciones de manera efectiva, la Capa 2 toma parte de la carga de transacciones de la cadena de bloques de la Capa 1 y la descarga a otra arquitectura del sistema.

La cadena de bloques de la Capa 2 luego maneja la carga y pasa los datos a la Capa 1 para el procesamiento final de los resultados. Dado que la mayor parte de la carga de procesamiento de datos se transfiere a esta arquitectura de soporte adyacente, se reduce la congestión de la red: la cadena de bloques de nivel 1 no solo se sobrecarga menos, sino que también es más escalable.

Un ejemplo de blockchain de primer nivel es la red Lightning Network Bitcoin, escalable en el segundo nivel, que simultáneamente acepta la carga de Bitcoin y le reporta. Como resultado, Lightning Network aumenta la velocidad de procesamiento de datos en la cadena de bloques de Bitcoin. Además, Lightning Network trae contratos inteligentes a la cadena de bloques de Bitcoin de capa XNUMX.

Aquí hay algunas otras soluciones de escalado de segundo nivel:

Cadena de bloques anidada (plasma)

Una cadena de bloques anidada de segundo nivel se ejecuta encima de otra cadena de bloques. En esencia, la cadena de bloques de primer nivel establece los parámetros y la cadena de bloques anidada de segundo nivel ejecuta los procesos.

Puede haber múltiples capas de blockchain en una blockchain principal. Piense en ello como una estructura de empresa típica. En lugar de que una persona (por ejemplo, el gerente) haga todo el trabajo, el gerente asigna tareas a los subordinados, quienes informan al gerente tan pronto como completan sus tareas. Por lo tanto, se reduce la carga del administrador y se mejora la escalabilidad.

Un ejemplo es el proyecto OMG Plasma, que actúa como una cadena de bloques de capa XNUMX para el protocolo Ethereum de capa XNUMX para permitir transacciones más baratas y rápidas.

Canales estatales

Los canales estatales permiten la comunicación bidireccional entre los participantes de blockchain. Al mismo tiempo, los participantes pueden reducir su tiempo de espera, ya que un tercero, como un minero, no está involucrado en el proceso.

Así es como funciona:

• En el marco de los contratos inteligentes, los participantes acuerdan de antemano bloquear una parte de la capa base.
• Luego pueden interactuar directamente entre sí, eliminando la necesidad de involucrar a los mineros.
• Después de completar todo el conjunto de transacciones, agregan el estado final del canal a la cadena de bloques.

Tanto Raiden Network de Ethereum como Lightning Network de Bitcoin son ejemplos de canales estatales. Lightning Network permite a los participantes realizar múltiples microtransacciones durante un período de tiempo. Al mismo tiempo, Raiden permite a los participantes ejecutar contratos inteligentes a través de canales personales.

Los canales gubernamentales como Lightning Network también son completamente seguros ya que solo los participantes conocen las transacciones. Por otro lado, la cadena de bloques de capa XNUMX de Ethereum registra todas las transacciones en un libro mayor verificable públicamente.

Cadenas laterales

Junto con los canales gubernamentales como Lightning Network y los contratos inteligentes, las cadenas laterales también son una solución para escalar la tecnología blockchain de capa 2. Una cadena lateral es una cadena de transacciones que facilita una gran cantidad de transacciones. Tiene un mecanismo de consenso que es independiente de la capa nativa. Este mecanismo se puede optimizar para mejorar la escalabilidad y la velocidad de procesamiento. En esta situación, la cadena principal debe confirmar los registros de transacciones, mantener la seguridad y resolver disputas.

Las cadenas laterales se diferencian de los canales públicos en que registran públicamente todas las transacciones en un libro mayor. Además, si se produce una brecha de seguridad en una cadena lateral, no afecta a otras cadenas laterales ni a la propia cadena principal subyacente.

resúmenes

Los rollups son soluciones para escalar una cadena de bloques de segunda capa que realizan transacciones fuera de la cadena de bloques de primera capa y colocan datos de transacciones en ella. Dado que los datos se encuentran en la capa base, permite que la primera capa garantice la seguridad de los resúmenes.

Los rollups tienen dos diferentes modelos de seguridad:

Resumen optimista: En ellos, las transacciones se consideran válidas por defecto. Por lo tanto, solo realizan cálculos de detección de fraude cuando hay un problema.
Rollups con conocimiento cero: Estos rollups realizan cálculos fuera de la cadena. Después de eso, pasan la prueba de validez a la capa base o cadena principal.
Los paquetes acumulativos ayudan a aumentar el rendimiento de las transacciones, abrir la participación y reducir las tarifas de gasolina para los usuarios.

Restricciones de capa 1 y 2

La cadena de bloques multinivel tiene una serie de ventajas. Por ejemplo, el principal beneficio de las soluciones de Nivel 1 es que los desarrolladores no tienen que agregar nada a la arquitectura existente a medida que cambia la capa subyacente.

Mientras tanto, las soluciones de capa 2 para escalar no cambian el protocolo de capa base. Además, estas soluciones permiten realizar muchas microtransacciones sin que los usuarios paguen inflados. tarifas de transacción o pasar el tiempo revisando a los mineros.

Sin embargo, ambas capas de blockchain tienen sus propias limitaciones que deben tenerse en cuenta.

Adición a protocolos existentes

El principal problema con las capas de blockchain es agregarlas a los protocolos existentes. El capital de mercado de Bitcoin y Ethereum es de miles de millones. Los usuarios intercambian millones de dólares diariamente. Por lo tanto, no tiene sentido complicar el proceso mediante codificación y experimentación innecesarias, ya que esto será costoso.

El trilema de la escalabilidad

Vitalik Buterin, fundador de Ethereum, acuñó el término "trilema de escalabilidad" para referirse a la capacidad de blockchain para hacer malabarismos con tres propiedades organicas:

• seguridad
• Escalabilidad
• Descentralizacion

El trilema establece que cualquier tecnología blockchain puede tener un máximo de dos propiedades, pero nunca las tres a la vez. Por lo tanto, la tecnología blockchain actual siempre tendrá que comprometer una de sus propiedades fundamentales. Un gran ejemplo de esto es Bitcoin. Si bien blockchain ha logrado optimizar la descentralización y la seguridad, ha tenido que comprometer la escalabilidad, sin que sea culpa suya.

¿Cuál es el futuro después del primer y segundo nivel?

La escalabilidad es una de las razones por las que la adopción masiva de criptomonedas en la industria blockchain no es posible en este momento. A medida que crece la demanda de criptomonedas, también lo hará la presión para escalar los protocolos blockchain. Dado que ambas capas de blockchain tienen ciertas limitaciones, la solución en el futuro será crear un protocolo que pueda resolver el trilema de escalabilidad.

Total

Con respecto al cuello de botella anterior, hay dos opciones: 1) mitigar el problema de escalamiento, o 2) buscar alternativas viables. Los desarrolladores de Blockchain están eligiendo la primera opción a medida que pasan a escalar la capa dos en acción con Ethereum 2.0.

En el momento de esta publicación, los sistemas blockchain aún están en desarrollo. Una pregunta apremiante para el futuro es si las capas de blockchain y el escalado de la capa 2 serán temporales o permanentes. Por el momento nadie lo sabe a ciencia cierta.