Entender el problema del trilema de la cadena de bloques

El dilema de las tres características

Existen desafíos inevitables en la promoción de la adopción global de la tecnología blockchain. Esto se refiere a la dificultad de lograr simultáneamente el equilibrio entre las tres características fundamentales de seguridad, descentralización y escalabilidad. Este es el problema conocido como trilema, que se refiere a la contradicción estructural donde fortalecer una característica inevitablemente debilita otra.

Para que la blockchain funcione realmente, es necesario aumentar significativamente el número de transacciones que la red puede procesar por segundo (TPS). Sin embargo, muchas de las cadenas de bloques públicas actuales tienden a sufrir una disminución en la descentralización y la seguridad cuando intentan mejorar la escalabilidad. Se están tratando diversas enfoques técnicos en toda la industria para abordar este dilema fundamental.

La esencia de las redes descentralizadas

La cadena de bloques es, en pocas palabras, una base de datos digital descentralizada. Los bloques de datos se organizan en orden cronológico y están conectados mediante pruebas criptográficas.

La mayor ventaja de la descentralización es que elimina la gestión centralizada por parte de empresas o individuos específicos. Todos los participantes de la red pueden acceder al mismo libro mayor, lo que permite verificar y prevenir colectivamente la manipulación de los registros de transacciones. Bitcoin logró establecer un sistema de pagos que no necesita un banco central precisamente gracias a esta descentralización.

Sin embargo, dado que un gran número de participantes debe llegar a un consenso, la velocidad de procesamiento es más lenta en comparación con los sistemas centralizados. Esto se convierte en una restricción de escalabilidad y es una de las raíces del trilema.

Compromiso entre la seguridad y la velocidad de procesamiento

La seguridad de la blockchain se logra a través de la combinación de criptografía y mecanismos de consenso. En el sistema de Prueba de Trabajo (PoW) adoptado por Bitcoin, los mineros verifican las transacciones resolviendo complejos cálculos matemáticos. Este mecanismo, que requiere una gran cantidad de recursos computacionales, eleva el costo de los ataques a la red, asegurando así la seguridad.

Sin embargo, este diseño de seguridad limita la capacidad de procesamiento de Bitcoin a aproximadamente 5 TPS. Por otro lado, la capa base de Ethereum también se mantiene en alrededor de 18 TPS. Superar estas limitaciones mientras se mantiene la seguridad y la descentralización es la clave para resolver el trilema.

En teoría, si un solo sujeto controla más de la mitad de la capacidad de cálculo de la red, se puede llevar a cabo un ataque del 51%, lo que facilita fraudes como el doble gasto. Para prevenir esto, se necesita suficiente descentralización, pero cuanto más se aumenta la descentralización, más tiempo se tarda en formar consenso, lo que lleva a un círculo vicioso de disminución de la escalabilidad.

Estado actual y desafíos de la escalabilidad

Los sistemas de pago centralizados como Visa pueden procesar miles de transacciones por segundo. Esto es posible porque en un entorno cerrado y con permisos, un pequeño número de nodos toma decisiones.

En contraste, en una cadena de bloques pública, todos los validadores deben verificar las transacciones. Este proceso de validación descentralizada es seguro, pero limita significativamente la capacidad de procesamiento. Si se ignora la escalabilidad y aumenta el uso de la red, no se puede evitar la congestión y el aumento de las tarifas de transacción.

La transición a Prueba de Participación (PoS) también será una mejora parcial, pero aún se necesita un consenso de nodos distribuidos en todo el mundo, por lo que no es una solución fundamental.

Enfoque multifacético para resolver el trilema

La industria está persiguiendo múltiples enfoques técnicos en paralelo, y algunos de ellos están logrando resultados prometedores.

distribución de carga mediante sharding

El sharding es un mecanismo que divide la cadena de bloques en múltiples parcelas independientes (shards), cada una de las cuales procesa transacciones en paralelo. En el modelo Nightshade 2.0 del protocolo NEAR, múltiples shards paralelos escalan dinámicamente la red, y para el año 2025 habrá ocho shards activos en funcionamiento, logrando un tiempo de confirmación de transacciones de aproximadamente 600 milisegundos.

Adopción de diversos mecanismos de consenso

Se están llevando a cabo esfuerzos para ajustar el equilibrio de las características del trilema mediante un diseño de consenso diferente. En PoS, cualquiera puede convertirse en validador simplemente al hacer staking de tokens, lo que reduce las barreras de participación y aumenta la descentralización.

La Prueba de Autoridad (PoA) es un método que prioriza la escalabilidad al concentrar la autoridad en validadores de confianza. La BNB Smart Chain adopta la Prueba de Autoridad de Participación (PoSA), que combina elementos de PoS y PoA, logrando un diseño equilibrado. La red Conflux combina elementos de Prueba de Trabajo con una estructura de gráfico acíclico dirigido (DAG), intentando un enfoque diferente.

escalado gradual mediante Layer 2

La solución más práctica a corto plazo son las soluciones de capa 2. En lugar de cambiar la cadena principal, se construye sobre ella, lo que permite procesar las transacciones fuera de la cadena.

La tecnología de rollups comprime múltiples transacciones y las envía a la cadena principal como una única prueba. Los rollups optimistas, como Arbitrum y Scroll, logran aumentar la velocidad mientras almacenan todos los detalles de las transacciones, y los rollups de conocimiento cero verifican la validez mediante pruebas criptográficas. Ethereum está evolucionando hacia una estructura centrada en rollups, lo que mejora significativamente la escalabilidad del ecosistema DeFi.

Los canales de estado son un mecanismo que registra en la blockchain solo el estado al inicio y al final de una transacción, permitiendo a los participantes realizar transacciones libremente fuera de la cadena. La Lightning Network de Bitcoin adopta este enfoque, llevando a cabo la mayor parte del procedimiento fuera de la cadena mientras realiza la liquidación final en la capa base, lo que permite pagos rápidos y de bajo costo.

Posibilidad de resolución del trilema y visión futura

Actualmente, no existe una blockchain que haya “resuelto” completamente el trilema. Sin embargo, la hoja de ruta centrada en rollups de Ethereum y las emergentes blockchains modulares de alto rendimiento están mostrando un camino práctico.

Estas innovaciones tecnológicas están acercando la posibilidad de mejorar la escalabilidad sin comprometer la seguridad ni la descentralización, y se acerca la era en la que la operación de aplicaciones a escala global se realizará sobre blockchain.