Escalabilidad, Interoperabilidad, Privacidad
Introducción
Una nueva generación de iniciativas proponen soluciones para los problemas actuales en la industria blockchain. Como sabemos, existe una necesidad imperiosa de revisar los temas estructurales de escalabilidad, interoperabilidad y privacidad que representan, para muchos investigadores y desarrolladores influyentes del sector, limitaciones de diseño heredadas que pueden y deben ser inevitablemente repensadas para lograr la promesa del gran impacto potencial de la tecnología más importante de nuestra época, sin perder de vista los principios fundamentales de descentralización de poder, innovación ágil, riqueza distribuida en el origen, gobernanza user-driven, seguridad por diseño, etc.
En este texto revisamos los problemas que blockchain 3.0 intenta resolver y las organizaciones que está liderando estos esfuerzos.
Escalabilidad
En un segundo, la red Bitcoin procesa siete transacciones mientras que Visa procesa 2000. Pero más preocupante es el hecho de que el algoritmo de consenso de esta red, conocido como Proof-of-Work (PoW), es un gran cuello de botella dado el enorme consumo de energía eléctrica necesaria para el minado. Cada minero debe encontrar un hash que sea numéricamente inferior a un target (definido dinámicamente en función del hash rate de la red de un momento dado) y, aunque ese desafío criptográfico hace segura a la red, el costo es un factor a tener en cuenta.
Muchos alegan que las infraestructuras centralizadas tradicionales no son menos costosas: pensemos en un camión de caudales lleno de billetes, dejando una estela de humo negor, viajando por el país para abastecer cajeros automáticos. Pensemos en un trabajador que realiza giros postales para ayudar a su familia en su país de origen: una hora de bus de ida y una de vuelta, para acceder a alguna oficina perdida de alguna empresa que le permita enviar dinero a cambio de comisiones injustificables. Cuánto valen esas horas? Luego, el receptor deberá realizar el mismo procedimiento para recibir el dinero en el país de origen. Cómo nos explicamos este servicio abusivo, obsoleto, deficiente y que perjudica inescrupulosamente a los trabajadores?
Recordemos: el dinero real es nuestro tiempo y nuestra libertad. Podemos representar esta energía con algún material escaso en el universo, como el oro (muy difícil o caro de emitir), pero el dinero papel no asociado a un colateral es un invento moderno que habilita a los gobiernos a tomar impuesto de la gente por medio de la inflación, sin ninguna justificación más que la conveniencia del gobierno de turno.
Los diseños en esta nueva era Blockchain 3.0 incluyen la escalabilidad como una feature fundamental.
Layer 2
Algunas soluciones de Layer 2 se están desarrollando para integrarse con los protocolos blockchain existentes. Estas soluciones descargan (en computación decimos offload) transacciones de una blockchain a una red P2P para reducir la carga e incrementar el throughput de la red.
Muchas transacciones bitcoin actualmente pasan a través Lightning Network y Ethereum implementa una solución similar llamada Plasma, pensando en blockchain 3.0.
Mecanismos de consenso
Un enfoque distinto es el de crear blockchains con el foco puesto en la escalabilidad desde las primeras etapas del diseño. Por ejemplo Zilliqa, una plataforma de smart contracts, implementa el sharding y un mecanismo de consenso distinto (Byzantine Falut Tolerance, o BFT) para proveer throughput de manera eficiente, en comparación a las técnicas tradicionales.
Cada día, nuevas organizaciones testean nuevos algoritmos como mecanismos de consenso originales. Facebook’s Libra utiliza una variante de BTF, Ethereum está migrando a Proof-of-Stake y otras exploran con delegated Proof-of-Stake (dPoS)
Grafos Acíclicos Dirigidos (DAGs)
De hecho, algunos proyectos están alejándose definitivamente de las estructuras blockchain. La arquitectura de IOTA y Nano, por ejemplo, es un DAG, no una cadena de bloques.
En cada ecosistema se están desarrollando soluciones de escalamiento. Por el lado de Bitcoin, Lightning Network y RootStock son dos de los enfoques más conocidos. En Ethereum, soluciones como Sharding, Plasma, o Caspar están al principio de la lista. Intentos como el Lightning Network o Sharding sugieren que la respuesta a la pregunta de escalado es que no todos los participantes — o nodos de la red — necesitan conocer toda la información en todo momento para mantener la red sincronizada. Este enfoque es algo en lo que también se basa el DAG o gráfico acíclico dirigido.
Un DAG trabaja según un esquema “horizontal”, mientras que una cadena de bloques se basa en una arquitectura “vertical”. Con la cadena de bloques, los mineros crean nuevos bloques que se añaden a la cadena de bloques. Por otra parte, la estructura “horizontal” de los DAG permite que las operaciones se vinculen directamente a otras operaciones sin ponerlas en primer lugar en un bloque. De esta manera no hay necesidad de esperar a que se confirme el siguiente bloque. Al mismo tiempo, no todos los participantes de la red tienen que confirmar la actualización del bloque. Dado que el concepto DAG no tiene ni bloques ni mineros, no existe una cadena de bloques llena de transacciones y, por lo tanto, no existe una “cadena de bloques”. La estructura de un DAG es mucho más parecida a una red “laberíntica” de numerosas transacciones. Esta es la razón por la que a menudo se le llama Tangle — un término que aparece una y otra vez, especialmente en relación con el proyecto IOTA. En su núcleo, sin embargo, el Tangle tiene las mismas propiedades que una cadena de bloques: sigue siendo una base de datos distribuida basada en una red peer-to-peer. Así, el Tangle es también un mecanismo de validación para la toma de decisiones distribuida.
¿Cómo funciona la maraña?
La maraña se crea enlazando transacciones individuales en la red. La vinculación es una consecuencia del hecho de que cada nueva transacción no confirmada debe confirmar una o dos transacciones adicionales antes de que la transacción no confirmada pueda ser procesada y confirmada. A diferencia de la cadena de bloqueo de Bitcoin o Ethereum, no son sólo los mineros los responsables de la confirmación de las transacciones. En el caso de la maraña, esta tarea de procesar y aprobar nuevas transacciones es responsabilidad de todos los participantes activos de la maraña o de la red. De este modo, no sólo se confirman las nuevas operaciones añadidas, sino que también se confirma indirectamente todo el historial de operaciones. El “emisor de la transacción” no paga una comisión directa por el procesamiento de sus propias transacciones, sino que sólo paga indirectamente (con el poder del ordenador) mediante la confirmación de otras transacciones.
Las operaciones en el grafo que todavía no se han confirmado se denominan comúnmente “consejos”. Para obtener la confirmación, estos “consejos” tienen que confirmar otras transacciones. Un algoritmo llamado Markov chain Monte Carlo asegura que los participantes de la red no sólo confirmen sus propias transacciones.
La razón por la que hay que confirmar las transacciones es obvia: hay que evitar el problema del doble gasto. Al igual que con una cadena de bloques regular, las unidades de criptomoneda — en el caso de IOTA el token de IOTA — deben ser detenidas de los intentos de doble gasto. Por ejemplo, si Alice envía diez fichas IOTA a Bob, Charlie comprueba el saldo de las fichas IOTA de Alice antes de esta transacción. Si Alice sólo tenía cinco fichas de IOTA, entonces su saldo sería demasiado bajo para que la transacción fuera válida. Charlie no querrá confirmar esta transacción porque tiene interés en que se confirme su propia transacción y lo más probable es que esto sólo suceda si él mismo no valida ninguna transacción inválida.
Como su nombre indica, la maraña es, en última instancia, una maraña de transacciones. El Enredo tiene un concepto llamado “confianza de confirmación” de modo que no se forman dos ramas separadas en este “laberíntico” grupo de transacciones en el que Alice ha emitido el mismo token de IOTA dos veces. Porque este es el nivel de confianza y aceptación que el resto de la maraña da a una transacción. Por lo tanto, cada transacción tiene un porcentaje determinado, dependiendo del número de propinas (transacciones no confirmadas) que la acepten. Con ello se pretende garantizar que sólo prevalezca una rama, a saber, la de mayor confianza en la confirmación.
Es este concepto el que debería permitir un mejor escalado de cualquier proyecto DAG. Lo que causa un atasco de tráfico en una cadena de bloques y ralentiza la red debería hacer que una maraña sea aún más seguro y rápido: Cuantos más participantes en la red y cuantas más transacciones se procesen, mejor será el procesamiento de las transacciones pendientes — eso es lo que dice la teoría. Hasta ahora, la red IOTA sigue siendo bastante pequeña, razón por la cual no se puede validar con seguridad la reclamación. Sin embargo, los mayores proyectos de maraña, IOTA y Nano, indican que actualmente pueden procesar ~1.000 y 7.000 tps respectivamente.
Hashgraph — La última excitación entre los DLTs
Además de la maraña, el término “Hashgraph” también está causando una gran conmoción en el mercado. Esta tecnología recientemente desarrollada también entra dentro de la categoría de tecnologías de ledger distribuido (DLT). La idea de Hashgraph fue desarrollada por Leemon Baird a mediados de 2016 y fue originalmente concebida para el sector empresarial privado. La propiedad intelectual de Hashgraph está en manos de Swirlds, una empresa fundada por Baird Swirlds distribuye un programa de desarrollo de software que permite a cualquiera experimentar con la “Hashgraph Consensus Library”. Con CULedger, un consorcio de 6.000 bancos cooperativos en Norteamérica, Hashgraph ya ha encontrado un cliente potente que utiliza su software privado Hashgraph e incluso lo ha preferido a otras alternativas como Hyperledger.
Debido a este éxito en el sector corporativo, Swirlds ha lanzado la “Plataforma Hashgraph de Hedera” con el objetivo de impulsar la tecnología patentada de Hashgraph de Swirlds para el desarrollo de una red pública de Hashgraph. Mientras el código fuente del Hashgraph de Hedera esté disponible públicamente y cualquiera pueda formar parte del ecosistema Hashgraph de Hedera como nodo de red, el proyecto seguirá teniendo un modelo de gobierno similar al de Visa. Esto significa que habrá 39 organizaciones que formarán una especie de consejo de liderazgo. Actualmente se están ultimando los términos exactos y se anunciarán los 39 miembros. Debido a esta estructura con un órgano de gestión, no será posible dividir el código fuente para crear un proyecto alternativo utilizando un trabajo duro.
¿Cómo funciona el Hashgraph?
Al igual que con la maraña, el concepto de Hashgraph ya no se basa en bloques que se juntan cronológicamente para formar una cadena. En vez de eso, los llamados eventos, que se entrelazan entre sí — de ahí el nombre “Hashgraph”. La siguiente información está contenida en estos “eventos”: una marca de tiempo, dos hashes padres diferentes y una o más transacciones.
Mientras que en una cadena de bloques el nodo ganador tiene la posibilidad de añadir el nuevo bloque con transacciones a la cadena existente, en el Hashgraph todos los nodos de toda la red se informan entre sí sobre el último estado e “intercambian” su información entre sí. Al igual que en una maraña, se crea un diagrama de conexión de “eventos” o transacciones, y las transacciones se organizan de acuerdo con una secuencia cronológica de tiempo. Este historial de transacciones permite un consenso sobre la secuencia de transacciones individuales.
Con el concepto Hashgraph, la información necesaria dentro de la red también se transfiere a través del llamado protocolo Gossip, un protocolo de comunicación. Para diseminar información dentro de una red, el protocolo Gossip es considerado el método más rápido y eficiente de comunicación entre diferentes ordenadores. Cada ordenador pasa la información recibida a una computadora seleccionada al azar. Esto conduce a una difusión exponencial de la información en toda la red.
Sin embargo, la mera difusión de información dentro de la red no es suficiente para lograr un consenso sobre la información compartida. Para ello, cada participante de la red debe conocer el historial exacto de las transacciones y, por lo tanto, la secuencia exacta de cada una de ellas, lo que está garantizado por las marcas de tiempo ya mencionadas. Por lo tanto, el algoritmo de consenso de Hashgraph utiliza el enfoque “Gossip-about-Gossip”. Cada ordenador dentro de la red comparte todo su conocimiento sobre qué cuentas de red hablaron con qué, con quién y cuándo. O más técnicamente hablando: Cada ordenador comparte todos sus conocimientos sobre el Hashgraph, que es el orden exacto de todas las transacciones que se realizan en la red. Debido a que cada participante de la red siempre tiene el Hashgraph actual, cada ordenador conoce el historial completo de transacciones. Todos los participantes saben que todos los demás participantes de la red tienen toda la información relevante sobre las transacciones y su pedido. Esta circunstancia permite lo que se denomina “votación virtual” porque todos los nodos de la red tienen una copia del historial de transacciones e información sobre quién recibió la información y en qué momento, cada participante puede calcular cómo se comportará cada uno de los otros participantes de la red. Por lo tanto, cada nodo conoce la decisión del otro, sin que se haya tomado una decisión efectiva, es decir, un “voto”. Sobre la base de esta “votación sin voto”, existe un consenso entre los participantes de la red, aunque no tienen que llevar a cabo un procedimiento de coordinación entre ellos que requiere muchos recursos.
Curiosamente, los algoritmos de votación utilizados para el Hashgraph ya tienen más de 35 años y se utilizan en una forma ligeramente modificada. Estos son tan útiles porque tienen un nivel de seguridad matemáticamente probado que, hasta el momento, no puede ser superado. Los expertos detrás de Hashgraph por lo tanto afirman — y se refieren a la evidencia matemática — que Hashgraph es la única tecnología DLT que es A-BFT (asíncrona bizantina de tolerancia a fallos). Según ellos, esto significa: Mientras menos de 1/3 de los participantes de la red no tengan intención de defraudar a la red, siempre se puede encontrar un consenso entre los ordenadores sobre el estado de la red y el historial de transacciones.
DAGs require you to confirm several other transactions when you create a transaction yourself. Doing so enables DAGs to become more efficient as the network grows.
DAGs grow in complexity as the network grows, but they also become more efficient. | Source: IOTA Whitepaper
Hereda Hashgraph es otro proyecto basado en DAG, liderado por IBM, Deutsche Telekom, and Tata Communications, entre muchos otros gigantes de la industria (many other industry giants)
Blockchain 3.0
Es común asociar la nueva era Blockchain 3.0 a la Interoperabilidad. Con miles de blockchains distintas, es indispensable construir soluciones de comunicación entre ellas. Hasta hace poco no disponíamos de protocolos de interoperabilidad que ofrecieran esta funcionalidad. Actualmente, numerosos proyectos están atacando este problema desde varios ángulos.
Aion, Wanchain, y Polkadot son tres ejemplos representativos de proyectos blockchain 3.0 especializados en interoperabilidad. El objetivo central es proveer un mecanismo para la transferencia de datos y assets entre blockchains sin la necesidad de una entidad third-party centralizada.
Blockchain 3.0 projects targeting interoperability hope to build an entire decentralized financial ecosystem. | Source: Wanchain
Pero la interoperabilidad no se limita sólo a la comunicación blockchain-to-blockchain. Es necesario poder conectar las blockchains a las infraestructuras tradicionales. Varias compañías, como Chainlink, están resolviendo este desafío construyendo ecosistemas de oráculos (oracles) que permiten la ingesta de real-world data en las redes blockchain. Google, Oracle y SWIFT ya forman parte de la red de Partners de Chainlink para recibir data de los oráculos y facilitar la integración de redes blockchain a sus infraestructuras.
Además, en el espacio de las finanzas tradicionales, Santander, Barclays, and other major institutions están creando sus propios estándares de interoperabilidad.
Privacidad
Muchas blockchain son inherentemente públicas: las wallets y transacciones son visibles para cualquiera. Muchas organizaciones consideran esto como un obstáculo a la hora de implementar sus soluciones sobre blockchain.
Pero actualmente, varias cryptomonedas han incluido la privacidad en sus protocolos. Monero, Dash y Zcash incluyen varios niveles de anonimidad en su diseño core. Incluso hay planes para implementar zk-SNARKs, el protocolo de privacidad de Zcash, en Ethereum. Sin embargo, no suelen incluirse estas cryptos como parte del movimiento blockchain 3.0.
MimbleWimble es un actor importante en la privacidad de blockchain 3.0, con sus dos primeras implementaciones: Grin y Beam.
MimbleWimble is a unique blockchain protocol that replaces addresses and a scripting language with blocks containing only inputs, outputs, and signature data. Doing so makes transactions more difficult to track and trace as well as helps with blockchain scalability.
Algunos desarrolladores de Bitcoin y Litecoin están experimentando con posibles integraciones de MimbleWimble es esas redes.
Grin and Beam are the two blockchain 3.0 projects most heavily involved with MimbleWimble. | Source: CryptoPotato
Con respecto a los smart contracts, Aion y Wanchain implementan capas de privacidad en el diseño de sus smart contracts, ofreciendo la posibilidad de controlar la información que se comparte.
