La tecnología Blockchain está cambiando radicalmente la forma en que hacemos negocios e interactuamos entre nosotros. Es una herramienta poderosa para almacenar, compartir y procesar datos de forma segura. Para comprender cómo funciona blockchain, es importante observar sus distintas capas. Cada capa de la arquitectura de una cadena de bloques tiene un propósito diferente y tiene características distintas que influyen en su funcionamiento. En este artículo, exploraremos los diferentes niveles de una cadena de bloques y cómo trabajan juntos para mantener los datos seguros.
¿Qué es la tecnología Blockchain y cómo funciona?
Blockchain es un libro de contabilidad digital incorruptible que se utiliza para proteger datos y registros transaccionales. A medida que se agregan nuevos bloques de estos registros, la cadena de bloques crece y los nodos de todo el mundo actualizan sus versiones de la cadena con cada adición. Estas transacciones se pueden rastrear desde el inicio del bloque, debido a su marca de tiempo. La descentralización, los menores costos de mantenimiento, la transparencia (en el caso de las cadenas de bloques públicas) y la inmutabilidad sin la aprobación de los participantes son solo algunos de los beneficios que aporta la tecnología de contabilidad distribuida. Los expertos dicen que la eliminación del elemento humano y el uso de algoritmos de cálculo matemático también contribuyen a la eficacia de esta tecnología.
Blockchain es una tecnología moderna y multifuncional en la intersección de las finanzas y la informática que permite el intercambio de información sin requerir una confianza total. Blockchain permite transacciones directas entre las partes sin necesidad de un repositorio central de datos o un intermediario para garantizar la transacción. Esto se logra a través de un registro post facto completo e inalterable de todas las transacciones, al que todos los participantes en la plataforma blockchain tienen acceso completo; los registros ya ingresados en la base de datos no pueden ser modificados ni por los participantes ni por sus asociaciones.
El proceso de minería es el mecanismo clave para escribir nuevas operaciones (en el modelo Prueba de trabajo) a los bloques en cadenas de bloques de código abierto. Este enfoque se basa en organizar una competencia entre los participantes de la red, quienes realizan operaciones matemáticas para encontrar el hash de un nuevo bloque y competir en el tiempo necesario. A medida que los mineros aumentan (o disminuyen) su potencia de procesamiento, la red ajusta la complejidad del algoritmo para mantener aproximadamente el mismo tiempo para generar nuevos bloques en la cadena. Este enfoque hace que generar un bloque que cumpla con la condición de confirmación sea un desafío porque se deben probar muchas combinaciones "aleatorias" hasta que se confirme el bloque.
¿Qué es la escalabilidad de Blockchain?
Blockchain es un sistema distribuido centrado en dos objetivos: por un lado, permite que todos agreguen nuevas transacciones a una línea de tiempo de transacciones compartida y, por el otro, garantiza que el período de tiempo de los datos de las transacciones esté protegido contra cambios y manipulaciones. El sistema blockchain logra ambos objetivos a través de una estructura de datos inmutable de solo adición que resuelve un rompecabezas hash cada vez que se agrega un nuevo bloque. Resolver el rompecabezas del hash requiere mucho tiempo, por lo que cualquier intento de cambiar la cronología de las transacciones implicaría demasiado esfuerzo. Desafortunadamente, dicha estructura tiene el costo de una velocidad de procesamiento de datos reducida, cuya consecuencia es la escalabilidad limitada del sistema.
La escalabilidad es la capacidad de una red o base de datos para aumentar su rendimiento en condiciones de sobrecarga. Hay escalamiento vertical (mejorando el hardware) y horizontal (distribuyendo la carga uniformemente en pequeños segmentos) del sistema. El primero se realiza aumentando la capacidad de los nodos centrales, y el segundo, mediante métodos de software. La escalabilidad del protocolo blockchain se define generalmente como la capacidad de procesar más transacciones por segundo a través de las cadenas de bloques habituales. Muchos sistemas blockchain pueden considerarse escalables hoy en día, pero su rendimiento varía ampliamente. Cuando un sistema se denomina escalable, logra un TPS más alto que los sistemas existentes cambiando el protocolo de consenso y/o refinando algunos parámetros del sistema.
En la actualidad existen varios esquemas de escalabilidad de red blockchain, los principales son Prueba de trabajo, Prueba de participación y tolerancia a fallas bizantinas (BFT). Si bien todos estos esquemas pueden diferir en forma y concepto, pueden tener un desempeño similar en términos de rendimiento. Idealmente, todos los enfoques maximizan la utilización del ancho de banda para la transferencia de mensajes y proporcionan una complejidad de mensajes sin obstáculos. La diferencia fundamental entre ellos es que la escalabilidad en los sistemas distribuidos requiere un aumento lineal en el rendimiento del sistema y la cantidad de servidores (nodos), lo cual es esencialmente inalcanzable para blockchain debido a la descentralización.
La arquitectura Blockchain: definición y descripción general
Cada blockchain que existe hoy en el espacio criptográfico es un sistema multicomponente de elementos interconectados, el funcionamiento correcto de cada uno de los cuales garantiza la estabilidad de toda la arquitectura blockchain. Arquitectura es un conjunto de niveles, en cada uno de los cuales se ejecutan ciertos procesos que, de una forma u otra, afectan aspectos individuales del rendimiento de la red y determinan la posibilidad de su escalamiento.
Capa de hardware
La capa de infraestructura de hardware es la capa más fundamental de una cadena de bloques. Alberga los nodos que procesan y almacenan las transacciones del libro mayor. Las redes peer-to-peer son la base de las plataformas blockchain. En esta red, los nodos se interconectan para intercambiar y compartir datos entre varios dispositivos. Cada nodo de la red puede rastrear datos aleatoriamente durante las transacciones.
Una característica distintiva de las redes blockchain es que, independientemente de qué grupo de nodos verifica un bloque recién minado, la información sobre él se actualiza para todos los nodos simultáneamente. En consecuencia, el nodo de validación actúa como servidor, mientras que los nodos de actualización actúan como cliente en este caso. Un sistema de este tipo, en el que cada nodo puede actuar como servidor y cliente, se basa en el nivel de hardware, cuyo objetivo principal es garantizar la protección del libro mayor criptográfico de la cadena de bloques frente al acceso no autorizado mediante la verificación y el almacenamiento de las transacciones de la cadena de bloques de forma descentralizada.
Para lograr este objetivo, se crea una base de datos distribuida que almacena toda la información en un formato de cadena de bloques que es transparente y cronológico. Todos los datos o transacciones que tienen lugar en la cadena de bloques son verificados por esta capa utilizando diferentes mecanismos de consenso.
Capa de datos
La capa de datos es una cadena segura y estable que actúa como una base de datos para almacenar información de las transacciones. Una vez que los nodos han verificado un número determinado de transacciones, se agregan a un bloque y se vinculan al bloque anterior de la cadena (excepto el bloque génesis, que es el primer bloque de la cadena). Cada bloque contiene detalles esenciales, como el hash raíz del árbol Merkle, el hash del bloque anterior, la fecha y otros datos relevantes. Esto garantiza la seguridad, integridad e inmutabilidad del sistema.
Cada transacción de blockchain utiliza una firma digital creada usando una clave privada guardada en la billetera del remitente. Debido a que esta clave solo está disponible para el remitente, nadie puede acceder a los datos. Además, la firma digital protege la identidad del propietario, que está cifrada por seguridad. Esta etapa del proceso se llama "finalidad".
Capa de red
La capa de red es la tercera capa de la arquitectura blockchain, también llamada peer-to-peer. capa. Es responsable de gestionar y mantener la infraestructura de red de blockchain y es la capa de distribución, donde se producen la creación y adición de bloques y la comunicación entre nodos. Los nodos y los mineros utilizan la potencia informática para resolver problemas matemáticos complejos en esta capa para transmitir consistentemente datos transaccionales a través de la red peer-to-peer y validar las transacciones. De esta manera, la capa de red garantiza la legitimidad de las transacciones.
La capa peer-to-peer de una estructura blockchain permite a los nodos intercambiar datos sobre transacciones y llegar a un acuerdo sobre su validez. Esta capa de red es responsable de permitir la comunicación P2P entre nodos y, a veces, también se denomina capa de "ramificación". Contiene mecanismos como los de redes P2P, transferencia de datos y validación.
Capa de consenso
La capa de consenso es crucial para la cadena de bloques. Establece la regla de consenso entre nodos y es responsable de la funcionalidad crítica de la cadena de bloques. El consenso se logra de manera descentralizada, lo que significa que no hay necesidad de una autoridad central. Varios nodos controlan los datos de las transacciones y todos deben autenticar las transacciones de los demás y acordarlas. Si la capa de consenso falla, todo el sistema blockchain también falla.
La capa de consenso garantiza que todos los nodos de la red puedan verificar y acordar los datos de las transacciones, garantizando así que cada detalle almacenado dentro de la cadena de bloques sea aprobado por cada nodo. Esta capa involucra algoritmos y protocolos que permiten que múltiples computadoras lleguen a un acuerdo al crear nuevos bloques o modificar registros existentes.
Capa de aplicación
En la capa de aplicación se encuentran los programas que proporcionan la naturaleza determinista de la cadena de bloques. Facilitan que los dispositivos de consumo se comuniquen con la cadena de bloques y son la interfaz que enfrenta el usuario. La pila de blockchain, a su vez, actúa como back-end. Los desarrolladores pueden implementar programas encima de esta pila y hacer que la computadora los ejecute.
La capa de aplicación de una red blockchain consta de scripts, API, interfaces de usuario, marcos, contratos inteligentes y dApps. Se divide en dos partes: la capa de aplicación y la capa de ejecución. El primero inicia las transacciones mientras que el segundo lleva a cabo el proceso de verificación. Finalmente, la capa semántica los ejecuta.
Las capas de los protocolos Blockchain
La arquitectura Blockchain a menudo se presenta como un sistema de niveles jerárquicos, donde cada capa tiene sus propias características y funciones. Independientemente del método de consenso que se utilice dentro de una arquitectura blockchain, las capas ofrecen una variedad de soluciones para escalar la red. Echemos un vistazo más de cerca a estas capas.
Capa 0
El protocolo L0 forma la base de la arquitectura blockchain L1. Un enfoque para abordar los obstáculos de interoperabilidad y adaptabilidad que enfrenta actualmente la tecnología blockchain es el protocolo L0, la base para las redes y aplicaciones blockchain.
Las redes creadas utilizando el mismo protocolo L0 pueden comunicarse automáticamente entre sí sin el uso de puentes especiales. Las Las cadenas de bloques en el ecosistema pueden aprovechar las funciones y casos de uso de cada una mediante el uso de diferentes protocolos de transferencia entre cadenas o L0. Esto a menudo da como resultado tiempos de transacción más rápidos y una mayor eficiencia.
En la mayoría de los casos, los protocolos L0 actúan como la cadena de bloques principal y admiten datos de transacciones de múltiples cadenas L1. Además de los protocolos de red que permiten la transferencia de tokens y datos entre distintos libros de contabilidad criptográficos, existen cadenas L1 construidas sobre protocolos L0. De un protocolo L0 a otro, la arquitectura y las conexiones de estos tres componentes pueden variar mucho.
Capa 1
Los registros distribuidos de la Capa 1 incluyen cadenas de bloques que procesan y terminan transacciones dentro de ellos mismos. Esta capa realiza tareas grandes y esenciales que respaldan los fundamentos de la red: lenguajes de programación, resolución de disputas, método de consenso y restricciones.
Un método popular de escalar la Capa 1 para aumentar el rendimiento de las transacciones es la segmentación. Este tipo de método de partición de bases de datos se puede utilizar con registros distribuidos en blockchains. La red y sus nodos se dividen en múltiples segmentos para distribuir la carga de trabajo y aumentar el rendimiento de las transacciones. Cada segmento controla parte de la actividad de la red. Por lo tanto, cada fragmento tiene sus propias transacciones, nodos y bloques individuales.
Capa 2
Soluciones de capa 2 son soluciones de infraestructura en forma de aplicaciones y software construidos sobre cadenas de bloques subyacentes. Pueden manejar grandes volúmenes de transacciones y reducir la carga en la red subyacente. Ahora existen varias opciones para soluciones de segundo nivel: cadenas laterales, canales estatales y acumulaciones optimistas y ZK. Las soluciones de Capa 2 están diseñadas para sortear las limitaciones de escalabilidad, aislamiento y baja flexibilidad para los desarrolladores.
Capa 3
La Capa 3, también conocida como capa de aplicación, es el ámbito para las aplicaciones y servicios de red descentralizados y sus protocolos de uso. Si bien algunas cadenas de bloques, como Ethereum o Solana (SOL), admiten un ecosistema estable de aplicaciones de capa 3, Bitcoin no es adecuado para esto. Las soluciones de capa 2 de la red central de Bitcoin son actualmente las más populares. Algunos proyectos están intentando integrar las capacidades de DApp en el ecosistema BTC a través de bifurcaciones de la red original.
Conclusión
El libro mayor distribuido es un sistema sofisticado que sirve como base para diversos productos digitales, aplicaciones y proyectos de criptomonedas. A medida que las redes blockchain de diferentes criptomonedas continúen desarrollándose y mejorando la escalabilidad, el uso de la tecnología de contabilidad distribuida se generalizará. Este tipo de tecnología abre muchas aplicaciones potenciales que podrían tener un impacto importante en nuestras vidas y la forma en que hacemos negocios.
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