¿Cuáles son las diferentes capas de la tecnología Blockchain?

La tecnología Blockchain está cambiando radicalmente la manera en que manejamos los negocios e interactuamos entre nosotros. Es una herramienta poderosa para almacenar, compartir y procesar datos de forma segura. Para entender cómo funciona la Blockchain, es importante observar sus diversas capas. Cada capa de la arquitectura de una blockchain sirve a un propósito diferente y tiene características distintas que influyen en su funcionamiento. En este artículo, exploraremos los diferentes niveles de una blockchain 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 utilizado para proteger datos y registros transaccionales. A medida que se agregan nuevos bloques de estos registros, la cadena de bloques crece, con nodos de todo el mundo actualizando sus versiones de la cadena en cada adición. Estas transacciones pueden rastrearse hasta 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 sólo algunos de los beneficios que aporta la tecnología de registros distribuidos. Los expertos dicen que la eliminación del elemento humano y el uso de algoritmos de cálculo matemático en su lugar también contribuyen a la eficacia de esta tecnología.

Blockchain es una tecnología moderna y multifuncional que une las finanzas y la informática y que permite el intercambio de información sin requerir una confianza total. Blockchain permite transacciones directas entre las partes sin necesidad de un centro de datos centralizado o intermediario para garantizar la transacción. Esto se logra a través de un registro post-facto completo e inmutable de todas las transacciones, al que todos los participantes en la plataforma blockchain tienen acceso: los registros ya introducidos en la base de datos no pueden ser cambiados ni por los participantes.

El proceso de minería de datos es el mecanismo clave para escribir nuevas operaciones (en el modelo de Proof of Work) en los bloques de blockchains de código abierto. Este enfoque se basa en organizar una competencia entre los participantes de la red, que realizan operaciones matemáticas para encontrar el hash de un nuevo bloque y compiten por resolverlas en un tiempo determinado. A medida que los mineros aumentan (o disminuyen) su poder de procesamiento, la red ajusta la complejidad del algoritmo para mantener aproximadamente el mismo tiempo para generar nuevos bloques en la cadena. Este enfoque dificulta la generación de un bloque que cumpla la condición de confirmación, ya que se deben probar muchas combinaciones “aleatorias” hasta que se confirme el bloque.

¿Qué es la escalabilidad de la Blockchain?

Blockchain es un sistema distribuido centrado en dos objetivos: por un lado, permite a todos agregar nuevas transacciones a una línea de tiempo de transacciones compartidas y, por otro, garantiza que la marca de tiempo de los datos de las transacciones esté protegida contra cambios y manipulaciones. El sistema blockchain logra ambos objetivos a través de una estructura de datos inmutable y de complementos que resuelven un rompecabezas hash cada vez que se agrega un nuevo bloque. Resolver el rompecabezas consume mucho tiempo, por lo que cualquier intento de cambiar la cronología de las transacciones implicaría demasiado esfuerzo. Desafortunadamente, esta estructura se produce a costa de una velocidad de procesamiento de datos reducida, lo que tiene como consecuencia la limitación de la escalabilidad del sistema.

La escalabilidad es la capacidad de una red o base de datos para aumentar su rendimiento en condiciones de sobrecarga. Existen escalas verticales (mejorando el hardware) y horizontales (distribuyendo la carga uniformemente sobre segmentos pequeños) del sistema. El primero se realiza mediante el aumento de la capacidad de los nodos centrales, y el segundo – por métodos de software. La escalabilidad del protocolo blockchain generalmente se define como la capacidad de procesar más transacciones por segundo a través de las cadenas habituales de bloques. Muchos sistemas blockchain se pueden considerar escalables en estos días, pero su rendimiento varía ampliamente. Cuando un sistema se llama escalable, logra una TPS (transacción por segundo) más alta que los sistemas existentes cambiando el protocolo de consenso y/o refinando algunos parámetros del sistema.

Existen varios esquemas de escalabilidad de la red blockchain hoy en día, los principales son Proof of Work, Proof of Stake y BFT. Aunque todos estos esquemas pueden diferir en forma y concepto, pueden tener un rendimiento similar en términos de rendimiento. Idealmente, todos los enfoques maximizan el uso del ancho de banda para la transferencia de mensajes y proporcionan mayor complejidad de mensajes sin obstáculos. La diferencia fundamental entre ellos es que la escalabilidad en sistemas distribuidos requiere un aumento lineal en el rendimiento del sistema y el número de servidores (nodos), lo que es, en esencia, inalcanzable para una blockchain debido a la descentralización.

Arquitectura de una blockchain: Definición y visión general

Cada blockchain que existe hoy en día en el espacio criptográfico es un sistema multicomponente de elementos interconectados, cuyo correcto funcionamiento garantiza la estabilidad de toda la arquitectura blockchain. La arquitectura es un conjunto de niveles, en cada uno de los cuales se ejecutan ciertos procesos que, de una u otra forma, afectan a aspectos individuales del rendimiento de la red y determinan la posibilidad de su escalado.

Capa de hardware

La capa de hardware es la capa más fundamental de una blockchain. Alberga los nodos que procesan y almacenan transacciones contables. 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 realizar un seguimiento aleatorio de los datos durante las transacciones.

Una característica distintiva de las redes blockchain es que, independientemente del grupo de nodos que compruebe un bloque recién extraído, la información sobre él se actualiza para todos los nodos simultáneamente. Por consiguiente, el nodo de validación actúa como servidor, mientras que los nodos de actualización actúan como cliente en este caso. Dicho sistema, en el que cada nodo puede actuar como servidor y como cliente, se basa en el nivel de hardware, cuyo objetivo principal es garantizar la protección del libro mayor criptográfico de blockchain contra el acceso no autorizado mediante la verificación y el almacenamiento de las transacciones de blockchain de forma descentralizada.

Para lograr este objetivo, se crea una base de datos distribuida que almacena toda la información en un formato blockchain 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 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 Root Hash o dirección raíz del árbol de 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 usa una firma digital creada con una clave privada en el monedero del remitente. Como esta clave sólo está disponible para el remitente, nadie puede tener acceso a los datos. Además, la firma digital protege la identidad del propietario, que se cifra por motivos de seguridad. Esta etapa del proceso se denomina “finality o finalidad”.

Capa de red

La capa de red es la tercera capa de la arquitectura blockchain, también denominada capa peer-to-peer. Es responsable de administrar y mantener la infraestructura de la red de la blockchain y es la capa de distribución, donde se produce la creación de bloques, la adición de bloques y la comunicación entre nodos. Los nodos y mineros utilizan la capacidad de cálculo para resolver problemas matemáticos complejos en esta capa para transmitir de forma coherente datos transaccionales a través de la red peer-to-peer y validar transacciones. De este modo, la capa de red garantiza la legitimidad de las transacciones.

La capa peer-to-peer de una estructura de 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 ‘bifurcación’. 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 los 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 ponerse de acuerdo sobre estas. 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 datos de transacciones, garantizando así que cada detalle almacenado dentro de la cadena de bloques sea aprobado por cada nodo. Esta capa incluye algoritmos y protocolos que permiten que varios equipos lleguen a un acuerdo al crear nuevos bloques o modificar registros existentes.

Capa de aplicación

En la capa de aplicación están los programas que proporcionan la naturaleza determinista de la blockchain. Hacen que sea fácil para los dispositivos comunicarse con la cadena de bloques y son la parte frontal de cara al usuario. La pila de blockchain, a su vez, actúa como el back-end. Los programadores pueden implementar programas en la parte superior de esta pila y hacer que el ordenador los ejecute.

El nivel 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 las ejecuta.

Las capas de protocolos Blockchain

La arquitectura de blockchain se presenta a menudo como un sistema de nivel jerárquico, donde cada capa tiene sus propias características y funciones. Independientemente del método de consenso que se utilice en una arquitectura blockchain, las capas ofrecen una gama de soluciones para escalar la red. Echemos un vistazo más de cerca a estas capas.

Nivel 0

El protocolo L0 forma la base de la arquitectura de blockchain L1. Un enfoque para abordar los obstáculos de interoperabilidad y adaptabilidad a los que se enfrenta actualmente la tecnología blockchain es el protocolo L0, la base de las redes y aplicaciones blockchain.

Las redes creadas con el mismo protocolo L0 pueden comunicarse automáticamente entre sí sin utilizar puentes especiales. Las cadenas de bloques en el ecosistema pueden basarse en las funciones y usos de cada una de ellas utilizando diferentes protocolos de transferencia entre cadenas o L0s. Esto a menudo se traduce en 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, admitiendo datos de transacciones de varias cadenas L1. Además de los protocolos de red que permiten que los tokens y los datos se transfieran entre distintos libros mayores criptográficos, hay cadenas L1 construidas sobre protocolos L0. La arquitectura y las conexiones de estos tres componentes pueden variar mucho entre un protocolo L0 y otro.

Nivel 1

Los registros distribuidos de nivel 1 incluyen cadenas de bloques que procesan y finalizan las transacciones dentro de sí mismos. Esta capa realiza tareas esenciales y de gran tamaño que respaldan las bases 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 varios 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 consiguiente, cada fragmento tiene sus propias transacciones, nodos y bloques individuales.

Nivel 2

Las soluciones de nivel 2 son soluciones de infraestructura en forma de aplicaciones y software basadas en blockchains subyacentes. Pueden manejar grandes volúmenes de transacciones y reducen la carga en la red subyacente. Hay varias soluciones de segundo nivel: cadenas laterales, state channels y roollups optimistas y de ZK. Las soluciones de nivel 2 están diseñadas para sortear las limitaciones de escalabilidad, aislamiento y baja flexibilidad para los desarrolladores.

Nivel 3

La capa 3, también conocida como capa de aplicación, es el espacio para aplicaciones y servicios de red descentralizados y sus protocolos de uso. Aunque algunos blockchains, como Ethereum o Solana (SOL), admiten un ecosistema estable de aplicaciones de nivel 3, Bitcoin no es adecuado para esto. Las soluciones de nivel 2 de la red principal de Bitcoin son actualmente las más populares. Algunos proyectos están intentando integrar las capacidades de DApp en el ecosistema BTC a través de las bifurcaciones de la red original.

Conclusión

El libro mayor distribuido es un sistema sofisticado que sirve de base para varios productos digitales, aplicaciones de criptomonedas y proyectos. A medida que las redes de blockchain de diferentes criptomonedas sigan desarrollándose y mejorando la escalabilidad, el uso de la tecnología de registro distribuido se generalizará. Este tipo de tecnología abre las puertas a muchas aplicaciones que podrían tener un impacto importante en nuestras vidas y en la manera en que manejamos los negocios.