Resumen
Las blockchains solo pueden manejar una cantidad limitada de transacciones por segundo. La red Bitcoin, por ejemplo, puede procesar alrededor de siete transacciones por segundo. Para que la tecnología blockchain se pueda adoptar a nivel mundial, debería poder manejar muchos más datos y a una mayor velocidad, para que más personas puedan usar la red sin que su uso se vuelva muy lento o caro. Sin embargo, el diseño fundamental de muchas redes descentralizadas hace que el aumento de la escalabilidad tienda a debilitar la descentralización o la seguridad. Esto es lo que se conoce como el trilema de la blockchain. Los desarrolladores que quieren resolver este problema están probando con diferentes mecanismos de consenso y soluciones de escalabilidad, como el sharding (fragmentación), las sidechains y los canales de estado.
Introducción
En términos básicos, una blockchain es una base de datos digital distribuida. Los bloques de datos se organizan en orden cronológico. Los bloques están vinculados y protegidos por pruebas criptográficas. La implementación de esta tecnología en diferentes industrias ya está cambiando la manera en que trabajamos y vivimos.
La idea es que las blockchains descentralizadas y seguras posibiliten un mundo en el que no dependamos de terceros para que funcionen las redes o los mercados. Sin embargo, los expertos generalmente coinciden en que, si esta tecnología va a adoptarse más ampliamente, existe un problema fundamental que debe resolverse antes: el "trilema de la blockchain".
El cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, fue quien popularizó este término. Para entenderlo, debes conocer la existencia de tres elementos que son deseables en una blockchain: descentralización, seguridad y escalabilidad. El trilema de la blockchain es la idea de que es difícil para las blockchains alcanzar niveles óptimos de las tres propiedades al mismo tiempo. Por lo general, si aumentas la optimización de un elemento, otro se debilitará.
En este artículo analizaremos los tres elementos del trilema y explicaremos detalladamente qué es cada uno. Analizar cada uno en detalle y cómo encajan entre sí nos permite entender mejor cómo y por qué existe el trilema de la blockchain. En este artículo también destacaremos algunas de las soluciones sugeridas por desarrolladores.
¿Qué es la descentralización?
Bitcoin y otras redes de blockchain similares tienen un diseño descentralizado. Toda la estructura está organizada para que no haya una única persona u organización a cargo, sino que es descentralizada. La capa de red es abierta para cualquiera que quiera participar. Como resultado, el control está completamente distribuido en lugar de recaer en una única entidad. Todos tienen acceso a los mismos datos. Si alguien intenta engañar al sistema cambiando los registros a su favor, el resto de los participantes rechazará los datos defectuosos.
Esto puede ser bastante técnico, pero veamos la red de Bitcoin como un ejemplo. No hay terceros que ejerzan el control. Compáralo con la necesidad del sistema financiero tradicional de contar con bancos. Los bancos refuerzan la confianza entre las personas que realizan transacciones y garantizan que todos los registros se conserven correctamente. La red Bitcoin, sin embargo, comparte todos los datos con todos los miembros de la red, de modo que se puedan verificar y confirmar antes de ser agregados a la base de datos digital. El resultado es un sistema que puede existir sin la necesidad de participación de terceros.
La descentralización ofrece la posibilidad de lo que se conoce como Web3. En este momento, tenemos Web2, el Internet de hoy. Está lleno de sitios y aplicaciones controlados por empresas, pero que presentan contenido creado por los usuarios. Web3 es el siguiente paso. Un Internet en el que la tecnología blockchain descentralizada permite que las personas controlen sus propios datos y sus vidas en línea.
Sin embargo, una cosa que hay que considerar es que, debido a cómo funcionan estos sistemas distribuidos que deben contar con una gran variedad de participantes para acordar la validez de cualquier dato, los tiempos de transacciones pueden ser lentos por la manera en que se comparte y procesa la información. Por este motivo, las blockchains deben escalar, lo que equivale a decir que deben ser capaces de manejar más datos a mayor velocidad. Retomaremos este punto cuando hablemos de la escalabilidad.
Además, el sueño descentralizado solo es válido si las blockchains subyacentes son seguras. Si una blockchain carece de seguridad, una persona malintencionada puede tomar control y cambiar los datos a su favor. Esto lleva a la segunda parte del trilema: la seguridad.
¿Qué es la seguridad de la blockchain?
Si una blockchain no tiene seguridad, no importa cuán descentralizada sea. Una buena red de blockchain debe ser resistente a los ataques de entidades maliciosas. Los sistemas centralizados basan su seguridad en el hecho de que el sistema es cerrado. Quien tenga el control puede garantizar que los datos estén libres de interferencias. Pero ¿cómo se logra esto en un sistema descentralizado en el que cualquiera puede participar?
Es un tema complicado, pero podemos volver a tomar el Bitcoin como ejemplo de seguridad de una blockchain descentralizada. La blockchain de Bitcoin utiliza una combinación de criptografía y un mecanismo de consenso de red llamado Proof of Work (PoW). En términos criptográficos, cada bloque tiene una especie de firma digital o hash y se conecta de manera tal que no puede ser manipulado porque cualquier cambio alteraría el hash del bloque. Cualquier intento de cambio de datos sería rápidamente identificado por el resto de la red.
El mecanismo de consenso PoW es otra parte del rompecabezas. Ayuda a proteger el ledger de criptomonedas. Entender el consenso Proof of Work requeriría todo un artículo aparte, pero para nuestros fines, ten en cuenta que los miembros de la red solo pueden verificar nuevas transacciones y agregarlas al ledger a través de una actividad llamada minería. Esto involucra usar potencia informática para resolver rompecabezas matemáticos. Parte del proceso requiere que estas computadoras realicen varias funciones de hash. Esto influye en el asunto de la escalabilidad, ya que el mecanismo PoW es seguro, pero relativamente lento.
También considera que cuantos más participantes (nodos) existan en la red, más segura será. Cuanto mayor sea el número de las partes, más difícil será para un actor malintencionado tomar control del sistema. Esto se relaciona con lo que se conoce como el ataque del 51%. A manera de resumen, si una única entidad (o un grupo de actores malintencionados) logra controlar más del 50% de la tasa total de hash de red de una blockchain, podrían anular el consenso y cambiar los datos de la cadena para beneficio propio, por ejemplo, el doble gasto de tokens.
En pocas palabras, la seguridad es un requisito fundamental para que una blockchain sea exitosa porque, sin ella, los atacantes pueden controlar la cadena e inutilizarla.
¿Qué es la escalabilidad?
La escalabilidad se refiere al objetivo de construir una blockchain que pueda admitir más y más transacciones por segundo. Se debe poder escalar si se busca que la tecnología de blockchain llegue a una sociedad más amplia y, posiblemente, a miles de millones de usuarios. Sin embargo, es en este punto donde la mayoría de las blockchains tiene dificultades.
Esto sucede porque la descentralización y la seguridad son tan fundamentales para la blockchain que tienden a ser los primeros factores en considerarse. La descentralización es crucial para la filosofía y los objetivos de la tecnología blockchain, que conforma el corazón mismo de las blockchains más reconocidas. La seguridad, como ya hemos visto, es un requisito central para que la blockchain sea exitosa y útil.
Sin embargo, al priorizar la descentralización y la seguridad, la escalabilidad se convierte en un desafío. La cantidad de transacciones que puede manejar una cadena puede verse muy limitada. Un sistema de pagos centralizado, como Visa, afirma que puede procesar hasta 24,000 transacciones por segundo. Como la red es cerrada y no tiene que preocuparse por consideraciones como los nodos públicos y el consenso, esto se vuelve posible. Compara esto con algunas de las blockchains más reconocidas.
Según Bloomberg en 2022: "A septiembre de este año, Bitcoin no pudo manejar más de siete transacciones por segundo y Ethereum, la segunda red más popular, se limitó a unas 15 por segundo; una vida en comparación con los exchanges convencionales".
Como ya mencionamos, las velocidades de transacción de estas blockchains son limitadas debido a la manera en que se debe procesar la información por parte de los diferentes participantes, según la red descentralizada y la naturaleza del mecanismo de consenso PoW en sí. Si cada vez más personas de la sociedad comienzan a usar la tecnología blockchain, las redes se verán atascadas debido a la cantidad limitada de transacciones que pueden manejar.
Por qué existe el trilema de la blockchain
La solución más obvia y básica para este problema es reducir la cantidad de participantes que confirman y agregan datos a la red con el fin de poder escalar y aumentar la velocidad. Pero al hacerlo, se generaría el debilitamiento de la descentralización, ya que se entregaría el control a un número reducido de participantes. Asimismo, también afectaría negativamente a la seguridad, ya que menos participantes significa mayores probabilidades de sufrir ataques.
He allí el trilema: debido a la conexión entre las propiedades tan deseadas de descentralización y seguridad, el diseño fundamental de cómo funciona la blockchain hace que sea difícil de escalar. Si aumentas una, la otra se debilita. ¿Cómo puedes impulsar la escalabilidad sin dañar la descentralización, la seguridad o ambas?
Cómo resolver el trilema de la blockchain
No existe una solución de oro para este trilema. Sin embargo, dada la importancia de resolverlo, se ha desarrollado una serie de enfoques diferentes dentro de la comunidad con resultados interesantes. Repasemos un resumen de algunos de los desarrollos más populares para entender mejor qué está sucediendo en el espacio:
1. Fragmentación o "sharding"
Es un método de separación de blockchains (u otros tipos de bases de datos) en blockchains más pequeñas y divididas que gestionan segmentos de datos específicos. Esta configuración evita que una sola cadena se ocupe de todas las transacciones e interacciones de una red. Cada blockchain dividida se conoce como shard y tiene su propio ledger. Estos shards pueden procesar sus propias transacciones, pero una blockchain beacon o principal gestiona las interacciones entre los shards. Esto convierte el sharding en una actualización de escalabilidad de red de Capa 1, ya que es un cambio en la mainnet de la blockchain.
2. Un mecanismo de consenso diferente
Uno de los motivos por los que existe el trilema en la red Bitcoin es por la manera en que funciona el consenso PoW para garantizar la seguridad. La necesidad de mineros, algoritmos criptográficos y grandes cantidades de potencia informática descentralizada lleva a un sistema seguro, pero lento. Encontrar una manera diferente de proteger el consenso es uno de los enfoques para resolver el trilema. Este fue uno de los motivos para que Ethereum pasara del mecanismo PoW al Proof of Stake (PoS).
En las blockchains PoS, los participantes involucrados en validar las transacciones deben hacer staking (bloquear en depósito) de sus tokens. No se necesitan máquinas mineras altamente especializadas. Agregar más validadores a la red es más simple y accesible. PoS es solo uno de los muchos mecanismos de consenso que apuntan a la escalabilidad.
3. Soluciones de Capa 2
Tanto el sharding como los diferentes mecanismos de consenso son lo que se conoce como soluciones de Capa 1. Buscan cambiar el diseño fundamental de la red subyacente. Pero otros desarrolladores que quieren resolver el trilema han estado trabajando en soluciones que se construyan sobre la estructura de red ya existente. En otras palabras, creen que la solución radica en una segunda capa, o Capa 2. Algunos ejemplos de esto son las sidechains y los canales de estado.
Una sidechain es básicamente una blockchain separada que se conecta a la cadena principal. Se configura de manera que los activos puedan fluir libremente entre ambas blockchains. Es importante notar que es posible que la sidechain opere bajo reglas diferentes, lo que permite una mayor velocidad y escalabilidad. De manera similar, los canales de estado (state channels) son otra manera de sacar las transacciones de cadena principal y aliviar la presión en la Capa 1. Un canal de estado utiliza un contrato inteligente en lugar de una cadena separada para permitir a los usuarios interactuar entre sí sin publicar sus transacciones en la blockchain. La blockchain solo registra el inicio y la finalización del canal.
Conclusiones
El trilema de blockchain se interpone en el camino para que la blockchain pueda alcanzar su potencial como una tecnología que cambie al mundo. Si las redes de blockchain solo pueden manejar una pequeña cantidad de transacciones por segundo para poder mantener la descentralización y la seguridad, será difícil lograr la adopción masiva. Sin embargo, las soluciones que los desarrolladores han estado buscando y proponiendo para este problema sugieren que los avances tecnológicos ya logrados por la blockchain continuarán, y estas redes seguramente podrán manejar muchos más datos en el futuro.