El futuro de la escalabilidad de Ethereum

Actualmente, Ethereum ocupa el segundo lugar en términos de capitalización bursátil. Además de ser objeto de inversión, también se está aplicando en diversas direcciones para potenciar el uso de la tecnología blockchain, dando lugar a un ecosistema en el que se desarrollan nuevos criptoproyectos que contribuyen al desarrollo de la criptoindustria. Con un gran valor y una amplia aplicación práctica, el libro mayor compartido de Ethereum está en constante mejora y experimentando cambios, que son el resultado de una profunda modernización informativa de los protocolos blockchain denominada escalabilidad.

Este artículo le guiará a través del mundo de Ethereum, explicando qué es la escalabilidad de Ethereum y por qué es necesaria. También aprenderá qué soluciones se utilizan en el proceso de escalado de la blockchain de Ethereum y cómo funcionan. Al final, entenderá por qué la hoja de ruta de Ethereum centrada en el rollup es el futuro de este proyecto blockchain.

¿Qué es la escalabilidad de Ethereum y por qué es necesaria?

La escalabilidad es la capacidad de software de una blockchain para equilibrar la oferta y la demanda, expresada como la capacidad de una red o base de datos para aumentar su rendimiento en condiciones de sobrecarga. Existe un escalado vertical (mediante la mejora del hardware) y horizontal (mediante la distribución uniforme de la carga en pequeños segmentos) del sistema. El primero se realiza aumentando la capacidad de los nodos centrales, y el segundo mediante métodos de software.

Después de que Ethereum,  al igual que otras criptomonedas,  dejara de ser un instrumento de pago marginal y se convirtiera en omnipresente, la carga sobre su blockchain se multiplicó. Como resultado, muchos factores negativos estaban frenando el desarrollo del protocolo, desde las enormes comisiones por transacción hasta una escalabilidad extremadamente pobre, en comparación con otras blockchains que utilizan soluciones de escalado de Capa 1.

A lo largo de su existencia, Ethereum ya ha sufrido seis actualizaciones “duras” que han supuesto cambios significativos en su blockchain. Estos eventos se denominan hard forks (bifurcaciones duras), y son redes ramificadas en las que todos los usuarios tienen que cambiar a una nueva versión del software que ha sido mejorada por los desarrolladores. Esto es lo que ocurrió con cada una de las actualizaciones aéreas programadas. Pero también hubo hard forks de Ethereum no programados llevados a cabo debido a ataques de hackers. A continuación se ofrece una lista de las actualizaciones más significativas de la red:

1. Ice Age (Deshielo Frontier) – 8 Sep 2015

Se trata de una bifurcación dura no programada, que se llevó a cabo para aumentar la seguridad y la velocidad de las actualizaciones del blockchain.

2. Homestead – 15 Mar 2016

El principal objetivo de esta bifurcación era eliminar la centralización. Las transacciones con la criptomoneda de la red (ETH) pasaron a estar disponibles para los usuarios de la red, que también podían desplegar contratos inteligentes. Después de esto, Ethereum se convirtió en un proyecto DeFi de pleno derecho. Muchos usuarios conocieron su moneda nativa e invirtieron en ETH; el comercio de Ether comenzó a ganar impulso en la comunidad de criptomonedas.

3. El DAO – 20 Jul 2016

La bifurcación de DAO fue una respuesta al ataque a DAO de 2016, en el que un contrato DAO inseguro fue despojado de más de 3,6 millones de ETH en un hackeo. La bifurcación trasladó los fondos del contrato defectuoso a un nuevo contrato con una única función: retirar.

4. EIP-150 (Tangerine Whistle) – 18 Oct 2016

Este hard fork ha cambiado el coste del gas para las transacciones. Esta actualización pretendía ayudar a eliminar las capacidades de ataque DDoS de las que adolecía la cadena principal de Ethereum en ese momento, o al menos hacerlas mucho más costosas para los atacantes.

5. Metropolis (Constantinopla & Bizancio) – 2017 – 2018

Esta bifurcación dura en dos partes del ecosistema Ethereum, planificada por los desarrolladores, tenía como objetivo preparar la red para la transición al algoritmo de minería Proof-of-Stake (PoS) y la implementación de soluciones para escalar la red. 

Gracias a la bifurcación Constantinopla, Ethereum se ha vuelto más rápido, eficiente y cómodo. Los contratos inteligentes son ahora más fáciles de desarrollar y algunas operaciones del código de Ethereum se han simplificado.

6. Estambul – 4 Dic 2019

Esta importante actualización de blockchain incluía 6 sugerencias para mejorar Ethereum, entre ellas aumentar la escalabilidad de la criptomoneda, garantizar la compatibilidad con la moneda Zcash, cambiar el precio del gas para diferentes códigos de transacción y aumentar la resistencia del sistema a los ataques DDoS.

7. Muir Glacier – 2 Ene 2020

La bifurcación Estambul no fue del todo exitosa; menos de la mitad de los nodos habían instalado el software necesario en el momento de la actualización, el tiempo de minería de bloques comenzó a aumentar, y el 2 de enero de 2020, la red Ethereum celebró otra bifurcación llamada Muir Glacier, cuyo objetivo principal era retrasar la “bomba de complejidad” una vez más.

8. Beacon Chain – 1 Dic 2020

La etapa Beacon Chain incluyó el tan esperado lanzamiento del nuevo libro mayor Proof-of-Stake y cambios adicionales como la fragmentación, la comunicación entre segmentos y la transición de la Máquina Virtual Ethereum (EVM) al WebAssembly (eWASM).

9. Berlín – 15 Abr 2021

Esta bifurcación dura es esencialmente la segunda etapa de Estambul y la preparación para la bifurcación Londres, e incluye mejoras como la reducción de las comisiones, el uso de diferentes tipos de transacciones, un rendimiento más rápido de las transacciones y la compatibilidad con nuevos tipos de operaciones..

10. Londres – 5 Sep 2021

Esta actualización incluía cinco cambios, el más controvertido de los cuales es el EIP-1559. Cambió el mecanismo de cálculo de las recompensas a los mineros por minar un bloque. A partir de entonces, parte de las recompensas se quemarían. Este método se utilizó para combatir la inflación de las criptomonedas. Aunque ahora los mineros recibirían menos por minar bloques, en teoría deberían beneficiarse al aumentar el valor de la criptomoneda.

11. Merge (Bellatrix и París) – 15 Sep 2022

Esta actualización del escalado de Ethereum representó un paso formal hacia la proof-of-ownership. Esto eliminaba la necesidad de una minería intensiva en energía y, en su lugar, protegía la red con éter entregado. Esta actualización fue un paso históricamente importante para hacer realidad la visión de Ethereum de mayor escalabilidad, seguridad y resistencia.

Soluciones de escalado de la blockchain de Ethereum: Tipos y principio de funcionamiento

La historia de la evolución de la segunda criptomoneda más popular del mercado, Ethereum, es un largo proceso de cambio de la filosofía del proyecto y de los principios de su funcionamiento. Como red de libro mayor distribuido, Ethereum es un complejo sistema de algoritmos que funciona utilizando diferentes  soluciones para escalar Ethereum. Consideremos los principales tipos de soluciones para comprender mejor de qué se trata.

Escalado en cadena/Capa 1

Dado que blockchain es un sistema de red abierto, cualquiera tiene derecho a actuar como nodo para participar en la contabilidad. Formular un conjunto de reglas que todos los nodos deban acatar es una cuestión muy importante para que la blockchain funcione sin problemas. 

Las soluciones de la capa 1 se dan en la capa de consenso básica estándar en la que se realizan actualmente casi todas las transacciones de la red del libro mayor de Ethereum. El concepto de capas no es exclusivo de Ethereum. Su diseño permite que la blockchain mantenga la coherencia de los estados “ledger” y “transaction finality”, de modo que los nodos puedan realizar transacciones de datos de forma no autorizada y lograr el consenso de forma cifrada sin un control centralizado. El sharding o fragmentación es actualmente el principal objetivo de este método de escalado.

Sharding

El sharding o fragmentación es una técnica de escalado para manejar datos. Su esencia consiste en dividir (particionar) la base de datos para trasladar cada una a un servidor distinto.

El concepto de fragmentación consiste en dividir la red en varias secciones que pueden funcionar de forma parcialmente independiente. La sección A se ocupa de varias transacciones, y la sección B, de otro grupo de transacciones. Este mecanismo duplica el número de transacciones que pueden ejecutarse, dado que ahora el límite viene determinado por el ancho de banda de dos nodos simultáneamente.

Al dividir la blockchain en diferentes secciones, el número de transacciones potencialmente procesadas puede aumentar linealmente. La implementación de la solución de fragmentación funciona en la primera capa de la red. Por lo tanto, será necesario realizar una bifurcación para actualizar el protocolo de red e implementar esta solución para la escalabilidad.

Escalado fuera de la cadena/Capa 2

Las soluciones  de capa 2  son soluciones de infraestructura Eth2 en forma de aplicaciones y distintos programas informáticos construidos sobre blockchains subyacentes. Pueden gestionar grandes volúmenes de transacciones y reducir la carga de la red subyacente. Actualmente existen varias opciones de soluciones de segundo nivel: cadenas laterales, canales de estado, rollups optimistas y ZK. Las soluciones de segundo nivel están diseñadas para sortear las limitaciones de escalabilidad, aislamiento y escasa flexibilidad para los desarrolladores.

Las soluciones de escalabilidad de capa 2 incluyen toda una lista de tecnologías que tienen como objetivo el desarrollo integral de la blockchain de Ethereum. Veamos cada una de ellas con más detalle.

Rollups

Los rollups realizan transacciones de Capa 2 y envían datos a la blockchain subyacente. Esto significa que obtienen una capa de seguridad de Ethereum, pero pueden realizar transacciones fuera de ella. Hay dos tipos de rollups. El primero es el ZK (conocimiento cero), que combina múltiples transferencias en una única transacción. El segundo tipo son los rollups optimistas, que funcionan en paralelo con Ethereum.

a) Rollups de conocimiento cero

El rollup ZK (rollup de conocimiento cero) es una solución tecnológica de Ethereum de escalado de blockchain que utiliza protocolos de proof of concept de conocimiento cero para garantizar la privacidad y seguridad de los datos de las transacciones. En el rollup ZK, varias transacciones se comprimen en un único bloque, que se envía a la blockchain principal para su validación.

Los protocolos de prueba de conocimiento cero se utilizan para demostrar que una transacción es válida sin tener que revelar los detalles de la transacción en sí. Esto permite a los participantes en la red verificar la transacción sin intercambiar más información que la prueba de validez. Esto hace que el rollup ZK sea una forma segura y confidencial de escalar la blockchain.

Las Pruebas de Conocimiento Cero pueden ser de dos tipos: interactivas y no interactivas, denominadas ZK-Stark y ZK-Snark, que tienen sus propias características.

ZK-Stark

ZK-Stark, o el argumento de conocimiento transparente escalable con divulgación cero, es esencialmente un “primo” de ZK-Snark, sólo que mejor. ZK-Stark elimina uno de los principales puntos débiles de ZK-Snark: su dependencia de una configuración de confianza. Para el protocolo ZK-Snark, esto es un requisito previo, mientras que ZK-Stark no requiere tal fase. En su lugar, ZK-Stark se basa en supuestos criptográficos más sencillos.

ZK-Snark

Zk-Snark es el más popular de los dos tipos principales de pruebas de conocimiento cero. Varios proyectos en el espacio criptográfico las utilizan hoy en día para mejorar la escalabilidad y la privacidad de Ethereum. Este argumento de conocimiento genera y verifica rápidamente zKp; los protocolos de mejora de la privacidad los utilizan ampliamente. Con Zk-Snark, la blockchain habilitada para la privacidad puede ocultar transacciones de miradas indiscretas, permitiendo a los usuarios proporcionar pruebas de conocimiento cero en lugar de registros de transacciones normales.

b) Rollups optimistas

La idea básica de la prueba de fraude es enviar un mínimo de datos a la capa 1 y asumir (siendo optimistas) que son verdaderos. Para evitar que los atacantes envíen spam a la red, los remitentes también deben proporcionar un depósito (normalmente en ETH), que se retirará si la blockchain detecta fraude. Uno de los principales proyectos que trabajan en rollups optimistas es Optimism.

Canales de estado

Un canal de estado es una solución que permite a los usuarios crear su propio canal fuera de la blockchain, donde pueden realizar transacciones privadas ilimitadas. La cadena de bloques sólo almacena la primera y la última transacción. La primera transacción abre el canal; los participantes deben bloquear los fondos en un contrato multifirma. La conexión se cierra con la segunda transacción. Cuando se completan todas las transacciones entre los participantes, se envía la última transacción de la red y se desbloquean los fondos. Todas las transacciones en los canales sólo son visibles para sus respectivos usuarios. La blockchain sólo registra los estados inicial y final.

Cadenas laterales

Las cadenas laterales operan por separado de la cadena de bloques principal y actúan de forma independiente, utilizando su propio algoritmo de consenso. Se conectan a Ethereum a través de un puente bidireccional (crosschain). Las cadenas laterales son compatibles con la máquina virtual de Ethereum, pero tienen limitaciones: están menos descentralizadas que la red principal. Además, el algoritmo de consenso no se rige por la capa 1, y los validadores de las cadenas laterales pueden coordinarse con fines delictivos.

Cadenas de plasma

La cadena de plasma es una solución de escalado de capa 2 propuesta originalmente por Joseph Poon y Vitalik Buterin. Es una plataforma para crear aplicaciones escalables en Ethereum. Plasma utiliza contratos inteligentes y árboles de Merkle para crear un número ilimitado de cadenas hijas, copias del libro mayor digital de Ethereum.

Cadena validium

Validium es una solución de escalado que utiliza pruebas de validez pero tiene disponibilidad de datos fuera de la cadena. Compromete la seguridad de Ethereum, pero sigue siendo mucho más segura que la cadena lateral porque las transiciones entre estados se validan mediante STARK / SNARK. Validium es similar a la tecnología de rollup ZK en que utiliza pruebas de divulgación cero. Pero los datos se almacenan fuera de línea. Esto permite realizar hasta 10.000 transacciones por segundo sin retrasos en los retiros y con menos riesgo de ataques.

Hoja de ruta de Ethereum centrada en los rollups: El futuro del escalado de Ethereum

La sostenibilidad financiera es un requisito fundamental de un criptoproyecto, y en 2023 esto podría significar millones, si no decenas de millones, de dólares en financiación. La Fundación Ethereum o Gitcoin Grants pueden proporcionar cierta financiación para algunos de estos proyectos, pero su escala no es suficiente para cubrir una cantidad tan sustancial. En algunos casos, los proyectos de capa 2 pueden lanzar sus propios tokens – siempre que, por supuesto, los tokens estén respaldados por un valor económico genuino (es decir, tasas previstas para el futuro).

Además de las ventajas anteriores, una hoja de ruta centrada en los roll-ups también deja espacio para los protocolos L2 (capa 2), que son capaces de recaudar comisiones/MEV que pueden utilizarse para financiar el desarrollo, ya sea directa o indirectamente (respaldando un token que lo haga). Dado que la capa base de Ethereum debe ser creíblemente neutral, es difícil que tenga lugar la financiación de bienes públicos dentro del protocolo (imagine que en la ACD call se intente determinar cuánto debe recibir cada persona). Sin embargo, que las L2 tengan sus propios mecanismos de financiación de bienes públicos (y/o que contribuyan a Gitcoin Grants) es menos polémico. Por lo tanto, puede ser beneficioso para la sostenibilidad económica a largo plazo de Ethereum que dejemos este espacio abierto.

Aparte de las cuestiones de financiación, los más creativos desean tener una gran influencia en una islita propia que discutir con otros sobre el futuro del protocolo Ethereum en su conjunto. Además, hay una serie de proyectos existentes que pretenden desarrollar diversos tipos de plataformas. Las hojas de ruta centradas en los rollups proporcionan un camino claro para que todos estos proyectos pasen a formar parte del ecosistema Ethereum, al tiempo que mantienen un alto grado de autonomía respecto a éste en términos económicos y técnicos.

El escalado de Ethereum ha sido sin duda uno de los temas más candentes de los últimos meses. La transición de la red al algoritmo de consenso Proof-of-Stake en septiembre de 2022 fue un hito importante en este sentido, ya que abrió la puerta a la implementación de muchas soluciones de escalado. Mientras los desarrolladores de ETH trabajan en el escalado natural de la red, el poder de las soluciones de capa 2 apenas comienza a emerger. Conceptos como las pruebas de divulgación cero se están convirtiendo en una realidad, pero todavía resultan muy extraños para muchos.

Conclusión

El uso de rollups en la futura actualización de Ethereum desempeñará un papel indispensable para garantizar la estabilidad de la blockchain y su desarrollo integral, frente a soluciones de primer nivel como el sharding. Según el creador del proyecto, Vitalik Buterin, la solución transformará fundamentalmente su infraestructura de libro mayor para permitir la expansión de su aplicación práctica en la criptoindustria.