Trilemas: Blockchains

¿Descentralización, Seguridad, Escalabilidad?

El trilema de las blockchains es un concepto que se refiere a la dificultad de lograr simultáneamente tres atributos clave en una red blockchain: descentralización, escalabilidad y seguridad. El término fue popularizado por Vitalik Buterin, el cofundador de Ethereum, para describir el desafío que enfrentan los desarrolladores de blockchain al intentar optimizar estos tres factores.

Hace unos meses escribí un artículo titulado “Trilemas: Las monedas estables 💵💴💶”. Que inicialmente mi intención era escribir este post, pero luego me salió ese primero. Bueno, no me lio. Que hoy he venido a a hablar de esto.

Los tres vértices del trilema:

1. Descentralización: Se refiere a la distribución del control y la toma de decisiones entre una amplia red de nodos en lugar de depender de una autoridad centralizada. Cuanto más descentralizada sea la blockchain, menos control tienen unas pocas entidades, lo que asegura un sistema más justo y resistente a la censura o la manipulación.

2. Seguridad: Es la capacidad de la blockchain para defenderse de ataques, garantizar la integridad de los datos y proteger los fondos y transacciones de los usuarios. Las blockchains seguras deben ser resistentes a problemas como los ataques del 51%, donde un grupo mayoritario de nodos puede manipular la red.

3. Escalabilidad: Se refiere a la capacidad de una blockchain para manejar una gran cantidad de transacciones de manera rápida y eficiente. A medida que aumenta el número de usuarios, la red debe poder escalar sin que las transacciones se ralenticen o encarezcan.

El problema del trilema:

El trilema sostiene que una blockchain, en su estado actual, no puede maximizar estos tres factores al mismo tiempo. Es decir, si se aumenta demasiado uno de estos factores, los otros dos pueden verse comprometidos.

• Descentralización y seguridad, pero poca escalabilidad: Este es el caso de Bitcoin, donde la red está diseñada para ser extremadamente segura y descentralizada, pero su capacidad de procesar muchas transacciones es limitada.

• Seguridad y escalabilidad, pero poca descentralización: Esto se podría ver en algunas blockchains privadas o centralizadas, donde una autoridad controla la red. Aunque la red es rápida y segura, no es descentralizada.

• Descentralización y escalabilidad, pero poca seguridad: Si una red está diseñada para procesar muchas transacciones y es muy descentralizada, puede ser más vulnerable a ataques debido a la menor seguridad en algunos casos.

Las soluciones a este trilema están en desarrollo, como las cadenas laterales (sidechains), fragmentación (sharding), capa 2 (Layer 2 solutions) y otras innovaciones que buscan equilibrar mejor estos tres factores.

1. Cadenas laterales (Sidechains)

Una sidechain es una blockchain separada que está conectada a la blockchain principal (o blockchain madre) mediante un enlace bidireccional. Esto permite que los activos se transfieran entre la cadena principal y la cadena lateral sin comprometer la seguridad de la red principal. El objetivo de las sidechains es aliviar la congestión de la blockchain principal al permitir que algunas transacciones o procesos ocurran en la cadena lateral, lo que mejora la escalabilidad sin comprometer demasiado la seguridad.

Ejemplos:

• Plasma: Desarrollado para Ethereum, Plasma es una solución de sidechains que permite a Ethereum procesar un mayor número de transacciones al moverlas a una cadena lateral. La cadena lateral gestiona estas transacciones, pero aún puede interactuar con la blockchain principal para mantener la seguridad y el consenso.

• RSK: Es una sidechain compatible con Ethereum que se conecta a la blockchain de Bitcoin, permitiendo el uso de contratos inteligentes en la red de Bitcoin.

2. Fragmentación (Sharding)

El sharding es una técnica en la que la blockchain se divide en partes más pequeñas llamadas shards. Cada shard puede procesar sus propias transacciones de manera independiente, lo que distribuye la carga de trabajo en la red y mejora la escalabilidad. Esto permite que múltiples transacciones se procesen en paralelo, en lugar de tener que ser procesadas por todos los nodos de la red principal.

Cómo funciona:

• Cada shard contiene su propia cadena de bloques y es responsable de un subconjunto de transacciones.

• Los nodos de la red se asignan a diferentes shards, reduciendo así la cantidad de trabajo que cada nodo necesita realizar.

• Aunque cada shard actúa de manera independiente, todos los shards están conectados a la cadena principal o beacon chain, que garantiza la seguridad general y la coherencia del sistema.

Ejemplo:

• Ethereum 2.0 está implementando sharding como una de sus principales soluciones de escalabilidad. En lugar de que todos los nodos validen todas las transacciones, se dividirán en shards que validarán diferentes conjuntos de transacciones simultáneamente.

3. Soluciones de Capa 2 (Layer 2)

Las soluciones de capa 2 son mecanismos construidos sobre la blockchain principal que permiten procesar transacciones fuera de la cadena principal, mejorando así la escalabilidad sin comprometer la descentralización o la seguridad. En estas soluciones, las transacciones se agrupan o procesan fuera de la blockchain, y luego el estado final o el resumen de las transacciones se publica en la cadena principal.

Ejemplos de soluciones de capa 2:

• Lightning Network (Bitcoin): Es una red de micropagos construida sobre Bitcoin que permite a los usuarios crear canales de pago fuera de la cadena principal. Dentro de estos canales, las transacciones se pueden realizar instantáneamente y con tarifas extremadamente bajas. Solo el saldo final del canal se registra en la blockchain de Bitcoin, lo que permite realizar muchas transacciones sin sobrecargar la red principal.

• Rollups: Los rollups son una solución popular para Ethereum. Hay dos tipos principales:

  • Optimistic Rollups: Agrupan muchas transacciones fuera de la cadena y las envían a la blockchain principal con una prueba de validez opcional. Solo se asume que las transacciones son válidas, pero se pueden disputar y revisar en caso de sospecha de fraude.

  • ZK-Rollups: Agrupan las transacciones fuera de la cadena y envían a la blockchain principal una prueba criptográfica que valida el estado final de esas transacciones. Este enfoque es más rápido, ya que no requiere que las transacciones sean disputadas y revisadas.

4. Proof of Stake (PoS) y sus variaciones

El cambio del Proof of Work (PoW) a Proof of Stake (PoS) o variaciones de este (como Delegated Proof of Stake, DPoS y Liquid Proof of Stake, LPoS) es una solución que puede ayudar a mejorar la escalabilidad y descentralización, sin comprometer la seguridad.

¿Cómo mejora el trilema?

• Proof of Stake selecciona validadores que bloquean una cantidad de tokens en la red en lugar de depender de costosos cálculos computacionales como en Proof of Work. Esto reduce la necesidad de recursos energéticos y permite que las redes PoS sean más escalables.

• En sistemas como Delegated Proof of Stake (DPoS), los usuarios votan por validadores que luego gestionan el consenso. Esto puede ser más eficiente que los sistemas completamente descentralizados, pero podría comprometer la descentralización dependiendo de la concentración de votos.

Ejemplo:

• Ethereum 2.0 está haciendo la transición de PoW a PoS, lo que debería permitir una mayor escalabilidad sin reducir la seguridad o la descentralización.

• Cardano usa Ouroboros, un protocolo PoS diseñado para ser seguro y altamente escalable, sin comprometer la descentralización de la red.

5. Cadenas de bloques híbridas

Algunas blockchains combinan aspectos de redes privadas y públicas, buscando un equilibrio entre descentralización, seguridad y escalabilidad. En estas cadenas híbridas, algunas partes del sistema pueden ser controladas por una autoridad central, mientras que otras partes son completamente descentralizadas.

Ejemplo:

• Polkadot es un ecosistema de blockchains que permite la interoperabilidad entre diferentes redes. Utiliza una estructura donde la cadena principal (Relay Chain) garantiza la seguridad, mientras que las parachains conectadas a ella pueden operar de manera más independiente, lo que permite la escalabilidad y descentralización.

6. Interoperabilidad entre cadenas (Cross-chain)

La interoperabilidad permite que múltiples blockchains diferentes se conecten entre sí para compartir información y realizar transacciones entre ellas. Esto permite que las blockchains más pequeñas y escalables puedan procesar transacciones que luego son confirmadas o respaldadas por blockchains más grandes y seguras.

Ejemplos:

• Cosmos y Polkadot: Ambas plataformas están diseñadas para permitir que múltiples blockchains interactúen entre sí. Esto reduce la carga en una sola cadena y mejora la escalabilidad y seguridad al tiempo que mantiene la descentralización.

¿Y cómo está la situación hoy? Pues complicada. Hay pequeñas soluciones pero el trilema existe y algunas blockchains los saltan con mayor o menor éxito.

¿Conocías este Trilema?