Escalabilidad de Bitcoin: cómo resolver el problema de escala de Bitcoin

Los esfuerzos para escalar Bitcoin se intensificaron en 2023, desencadenando una carrera entre proyectos para encontrar las soluciones más innovadoras y eficientes.

Lee más para aprender sobre el problema de escalabilidad de Bitcoin y qué posibles soluciones existen para resolverlo.

¿Cuál es el Problema de Escalabilidad de Bitcoin?

El problema de escalabilidad de Bitcoin se refiere a la capacidad limitada de la cadena de bloques para procesar grandes cantidades de datos de manera rápida y eficiente.

Esto significa que cada vez que la red experimenta un nivel aumentado de actividad, los usuarios deben esperar más tiempo para que se procesen sus transacciones, lo que crea congestión. Esta demora obliga a los usuarios a pagar más, ya que los mineros deben priorizar sus transacciones, lo que generalmente hacen según la tarifa de transacción ofrecida.

Otro problema de escalabilidad en la red de Bitcoin es su limitada programabilidad. Si bien la cadena de bloques tiene funcionalidad de contratos inteligentes, no puede admitir el desarrollo de aplicaciones descentralizadas (dapps).

Los contratos inteligentes de Bitcoin son simples y menos expresivos por diseño, lo que significa que su programabilidad es limitada. Esto ayuda a reducir errores de programación y el potencial de explotación, y mantiene la red segura y protegida contra ataques de denegación de servicio (DoS).

El Trilema de Escalabilidad

El trilema de escalabilidad o de la cadena de bloques es un término acuñado por Vitalik Buterin de Ethereum para describir el compromiso entre los tres elementos principales de una cadena de bloques de alto rendimiento: descentralización, seguridad y escalabilidad.

Según el trilema, las cadenas de bloques solo pueden lograr efectivamente dos de las tres propiedades a la vez.

Bitcoin ha sacrificado la escalabilidad por la descentralización y la seguridad. Por lo tanto, está limitado en cuanto a escalabilidad pero altamente descentralizado, confiable y seguro.

Limitaciones de Escalabilidad de Bitcoin

Bitcoin está limitado en cuanto a programabilidad y en su capacidad para procesar muchas transacciones de manera efectiva y rápida. Estas limitaciones son causadas por los siguientes factores:

• Tiempo de bloque: El tiempo de bloque es el intervalo entre la generación de dos bloques secuenciales. Un tiempo más largo resulta en tiempos de confirmación de transacciones más lentos, mientras que un tiempo más corto tiene el efecto contrario. Se tarda aproximadamente un promedio de 10 minutos para que los mineros agreguen un bloque de Bitcoin a la cadena, un intervalo que es más largo que en cadenas de bloques como Ethereum (aproximadamente 12 segundos) y Solana (alrededor de 400 milisegundos).
• Tamaño de bloque: El tamaño de bloque es otro factor que afecta la velocidad de las transacciones. Se refiere a la cantidad máxima de datos contenidos en un solo bloque. Los bloques grandes suelen ser capaces de aumentar ligeramente el rendimiento de las transacciones. En Bitcoin, el tamaño de bloque inicialmente estaba limitado a 1 MB por razones de seguridad (para prevenir ataques de denegación de servicio). Sin embargo, un solo bloque ahora puede contener datos que suman un máximo de 4 MB debido a la actualización SegWit de 2017, que minimizó el “peso” de las transacciones en un bloque. Aún así, la mayoría de los bloques de Bitcoin permanecen por debajo de los 2 MB.
• Rendimiento de transacciones: Debido al tiempo y tamaño de bloque limitados, Bitcoin solo puede procesar alrededor de 7 transacciones por segundo en su capa base. Para ponerlo en perspectiva, Visa puede procesar aproximadamente 1700 transacciones por segundo.

Lenguaje de script: Los contratos inteligentes de Bitcoin están escritos utilizando Script, que tiene una programabilidad limitada ya que no es Turing completo. La completitud de Turing es la capacidad de un lenguaje de programación o máquina para resolver cualquier problema computacional cuando tiene suficiente memoria y tiempo. Debido a que Script no es Turing completo, es difícil implementar contratos inteligentes complejos en Bitcoin.

¿Cómo Resolverá Bitcoin el Problema de Escalabilidad?

Posibles Soluciones:

El problema de escalabilidad de Bitcoin puede resolverse escalando la cadena de bloques de diferentes maneras. Escalar significa aumentar la capacidad de procesamiento de Bitcoin y mejorar su programabilidad. Bitcoin podría lograr esto implementando las siguientes soluciones:

Capas de Bitcoin

La forma más fácil de escalar Bitcoin sin realizar cambios en el protocolo es a través de protocolos fuera de cadena, como redes de Capa 2 y sidechains. Estos protocolos están construidos sobre Bitcoin o se ejecutan en paralelo a él, y pueden operar sin plantear riesgos para la cadena de bloques de Bitcoin subyacente. Además, la mayoría de las capas de Bitcoin utilizan Bitcoin como capa de liquidación, lo que les permite heredar sus propiedades de seguridad y descentralización.

El objetivo de las capas de Bitcoin es mejorar la velocidad de las transacciones, reducir los costos y mejorar la programabilidad a través de contratos inteligentes complejos. Utilizan diferentes tecnologías como rollups, sidechains y canales de estado para lograr escala. Sin embargo, este no es un proceso directo, y podría llevar a la creación de nuevos problemas.

Por ejemplo, aunque las transacciones de Capa 2 o sidechain eventualmente se liquidan en la cadena de bloques de Bitcoin, el BTC mantenido fuera de la cadena principal puede enfrentar riesgos de centralización y seguridad. Otro problema posible que enfrentan las capas de Bitcoin es la falta de interoperabilidad.

Afortunadamente, BitcoinOS está desarrollando una solución que ofrece interoperabilidad y rieles BTC casi sin confianza. Este nuevo protocolo fuera de cadena aprovecha los rollups “sovryn” para minimizar la congestión en la cadena de bloques de Bitcoin. El protocolo es una supercadena que puede albergar múltiples rollups interoperables y componibles, permitiendo a los usuarios moverse de una dapp a otra sin problemas.

Los rieles BTC casi sin confianza de BitcoinOS minimizan los riesgos de centralización y seguridad asociados con los puentes de Capa 2 y sidechain.

Mecanismos de Consenso Mejorados

El mecanismo de consenso de una cadena de bloques es el proceso que utiliza la cadena para alcanzar un acuerdo unificado sobre el estado de la red de manera descentralizada. Bitcoin utiliza el mecanismo de consenso de Prueba de Trabajo (PoW), que requiere que los mineros inviertan mucha potencia computacional para asegurar la red.

PoW se basa en la capacidad de un minero para demostrar que una tarea computacional está completa. Esta tarea implica encontrar un hash que esté por debajo de un cierto nivel de dificultad. El minero que lo haga más rápido puede agregar el siguiente bloque de transacciones a la cadena. A cambio, reciben tarifas originadas en las transacciones de ese bloque y una recompensa en bloque en forma de BTC recién minado.

El problema con PoW es que los bloques se agregan a la cadena solo cada 10 minutos en promedio, lo que ralentiza las velocidades de transacción. Para mejorar esto, Bitcoin podría, en teoría, cambiar a un mecanismo de consenso diferente con reglas separadas donde el tiempo de bloque sea más corto.

Sin embargo, cambiar estas reglas requeriría que tanto los mineros como los mantenedores del código de Bitcoin estén de acuerdo con el cambio. Obtener la aprobación de todas las partes interesadas relevantes no es una tarea fácil. Además, muchas personas en la comunidad de Bitcoin creen que PoW es el mejor mecanismo de consenso, y sería difícil convencerlos de cambiar a otra cosa. Alejarse de PoW expondría a Bitcoin a muchos riesgos indeseables y eliminaría la distribución justa de nuevos Bitcoin.

Debido a estas dificultades, es más fácil implementar un mecanismo de consenso diferente en un sidechain que se ejecute en paralelo con Bitcoin. Para lograr escala, el mecanismo de consenso del sidechain aceptaría un tiempo de bloque más corto que el de Bitcoin. Los sidechains son adecuados para mejorar el algoritmo de consenso de una Capa 1 porque son cadenas de bloques independientes vinculadas a la cadena principal por un puente de doble vía.

Blockchains anidadas

Las cadenas de bloques anidadas son soluciones de escalado de Capa 2 donde las cadenas secundarias están alojadas dentro o encima de una cadena de bloques de Capa 1. La cadena de bloques principal es el “padre” mientras que las cadenas de bloques anidadas son “hijas”. Las cadenas de bloques secundarias se ejecutan según las reglas de la cadena principal.

Sin embargo, la cadena principal delega diferentes tareas a las cadenas secundarias, como la ejecución de transacciones para ayudar a reducir la congestión en la cadena principal. A cambio, las cadenas secundarias son responsables de enviar el resultado de las tareas delegadas a la cadena principal.

Al dividir el trabajo entre las diferentes cadenas secundarias, las cadenas de bloques de Capa 1 podrían lograr mejores rendimientos de transacciones. Además, las cadenas secundarias pueden estar diseñadas para comunicarse entre sí, creando eficiencia en todo el ecosistema. Otra característica de las cadenas secundarias es que se les puede permitir operar con un mecanismo de consenso diferente al de la cadena principal. Esto significa que pueden procesar transacciones más rápido bajo tiempos de bloque más cortos.

La anidación es una solución emergente de escalado de cadenas de bloques que se ha utilizado en muy pocas cadenas de bloques. Por ejemplo, la tecnología se ha implementado en el proyecto Plasma de OmiseGo de Ethereum. Hasta ahora, no se han hecho intentos para construir una cadena de bloques anidada para Bitcoin.

Transacciones agrupadas

La agrupación de transacciones implica comprimir muchas transacciones en una sola para reducir costos y maximizar el espacio de almacenamiento. Este proceso implica crear e implementar un contrato inteligente que pueda contener muchas transacciones y procesarlas como una sola. El costo se comparte entre todas las transacciones en el grupo, reduciendo las tarifas para los usuarios.

Además, agrupar múltiples transacciones juntas es eficiente en términos de almacenamiento, lo que permite que cada bloque contenga más transacciones. Esto resulta en más transacciones procesadas, lo que lleva a velocidades de transacción más altas. La agrupación se puede aplicar utilizando varios tipos de rollups, como validez, soberano y optimista.

Actualmente, los proyectos están utilizando diferentes tipos de rollups para escalar Bitcoin. Por ejemplo, BitcoinOS utiliza rollups “sovyrn”, que agrupan múltiples transacciones en una sola transacción. Cuando se aplica a Bitcoin, la agrupación podría ayudar a la cadena de bloques a procesar pagos masivos de millones de usuarios en todo el mundo.

Fragmentación

La fragmentación (sharding) es una solución de escalado en cadena que divide una cadena de bloques en segmentos más pequeños llamados fragmentos. Cada fragmento contiene su propio estado independiente e historial de transacciones, creando efectivamente múltiples redes de cadenas de bloques más pequeñas que operan en paralelo.

Además, cada fragmento es responsable de gestionar un segmento de datos específico, en lugar de tener una sola cadena procesar todas las transacciones. Las transacciones que involucran datos que abarcan múltiples fragmentos se procesan a través de “cadenas de fragmentos” especiales que permiten que los fragmentos distintos se comuniquen y se mantengan sincronizados. Por lo tanto, la fragmentación distribuye la carga de trabajo entre múltiples segmentos. Esto ayuda a que la cadena de bloques funcione más rápido, aumentando las velocidades y la eficiencia de las transacciones.

Además de mejorar el rendimiento de las transacciones, la fragmentación es beneficiosa porque los nodos de red no tienen que almacenar todo el historial de la cadena de bloques, lo que les ahorra recursos de almacenamiento. En cambio, solo se requiere que los nodos mantengan los datos de sus fragmentos.

Aumento del tamaño de los bloques

Aumentar el tamaño de los bloques es otra solución en cadena que podría aplicarse a Bitcoin mediante una actualización de protocolo. Sin embargo, los bloques más grandes también se pueden implementar en capas de Bitcoin, lo que les permite procesar transacciones más rápido. La ventaja de los bloques más grandes es que pueden contener más transacciones, lo que permite que una cadena de bloques procese más transacciones por segundo.

Bitcoin tiene una interesante historia de intentos de aumentar el tamaño de los bloques. Entre 2015 y 2017, la comunidad de Bitcoin experimentó una “guerra” de tamaño de bloque donde un lado (los pequeños bloqueros) quería mantenerlo en 1 MB o aumentarlo usando el soft fork SegWit. El otro lado, los grandes bloqueros, querían cambiar el código de Bitcoin para admitir un tamaño de bloque de 2 MB o incluso 8 MB. Dado que los grandes bloqueros

estaban decididos a tener su camino, ocurrieron varios forks duros, creando nuevas monedas. En última instancia, todos los forks duros de Bitcoin fueron infructuosos, y se implementó la actualización SegWit, haciendo que los pequeños bloqueros fueran los ganadores de la guerra de tamaño de bloque.

Es poco probable que Bitcoin vuelva a someterse a otro soft fork para aumentar el tamaño de los bloques. Por lo tanto, la cadena de bloques deberá confiar en capas de Bitcoin con bloques más grandes para resolver el problema de escalabilidad.

Cómo Resuelve BitcoinOS el Problema de Escalabilidad de Bitcoin

BitcoinOS es una supercadena de rollups que escala Bitcoin mediante la mejora de su funcionalidad de contratos inteligentes. Esto permite que los desarrolladores construyan una amplia gama de dapps interoperables en los rollups de BitcoinOS, expandiendo los casos de uso para Bitcoin.

La interoperabilidad es beneficiosa porque diferentes proyectos con dapps en BitcoinOS podrán compartir usuarios, lo que resultará en una economía compartida construida en Bitcoin. Además, los usuarios podrán moverse fácilmente de una dapp a otra, lo que llevará a una mejor experiencia de usuario. En general, estas características serán una ventaja para todo el ecosistema de Bitcoin y ayudarán a impulsar la adopción.

Además de los rollups interoperables, BitcoinOS contará con un puente casi sin confianza, que permitirá a los usuarios mover BTC de Bitcoin a BitcoinOS y viceversa. Además, las transacciones de BitcoinOS serán seguras con Bitcoin y los usuarios podrán beneficiarse de la capacidad de los rollups para minimizar los costos de transacción y aumentar el rendimiento de las transacciones.

BitcoinOS está programado para el lanzamiento de la red principal en el cuarto trimestre de 2024.

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FAQs:

¿Cuál es el problema con la escalabilidad de Bitcoin?

Bitcoin renuncia a la escalabilidad para lograr una descentralización y seguridad óptimas. Como resultado, enfrenta transacciones lentas y tarifas altas cuando la red está congestionada. La cadena de bloques también tiene una programabilidad limitada, lo que significa que contratos inteligentes complejos no pueden ejecutarse directamente en Bitcoin. En consecuencia, Bitcoin no puede admitir aplicaciones descentralizadas en la cadena.

¿Cómo se puede resolver el problema de escalabilidad?

El problema de escalabilidad se puede resolver directamente en cadena o utilizando protocolos fuera de cadena. Las soluciones de escalado en cadena podrían incluir fragmentación, aumento del tamaño de los bloques o cambio en el algoritmo de consenso. Por otro lado, los protocolos fuera de cadena pueden construirse utilizando tecnología de sidechain, rollups o canales de estado. Estos últimos son beneficiosos porque pueden escalar una cadena de bloques de Capa 1 sin necesidad de cambios en el protocolo.

¿Puede Bitcoin ser escalado?

Sí, Bitcoin es escalable mediante soluciones de escalado en cadena y fuera de cadena. Sin embargo, las soluciones de escalado en cadena requieren cambios en el protocolo que pueden llevar años antes de ser aceptados a través del consenso y luego implementados. Por lo tanto, los protocolos fuera de cadena son probablemente la mejor solución para resolver el problema de escalabilidad de Bitcoin en este momento. Este trabajo ya está siendo realizado por varios proyectos.

¿Cómo pueden ayudar las sidechains a resolver el problema de escalabilidad de Bitcoin?

Las sidechains son cadenas de bloques independientes construidas para funcionar en paralelo con una red de Capa 1. Tienen mecanismos de consenso separados, lo que les permite implementar tiempos de bloque más cortos y tamaños de bloque más grandes para aumentar la velocidad de las transacciones. Además, las sidechains pueden escalar Bitcoin mediante el soporte de contratos inteligentes complejos que pueden alimentar el desarrollo de dapps. Aparte de tener un conjunto independiente de reglas de consenso, las sidechains tienen sus propios activos nativos y están conectadas a la cadena principal a través de un puente de doble vía.