¿Qué es la escalabilidad?
La escalabilidad puede definirse como la capacidad de cualquier sistema o proceso para crecer y adaptarse cuando aumenta la demanda o flujo de trabajo del mismo. Si dicho crecimiento es posible sin ocasionar un impacto negativo en la calidad del sistema, entonces hablaremos de un sistema escalable. En el mundo del comercio electrónico podríamos decir, por ejemplo, que un proceso de ventas es escalable si aumenta repentinamente la demanda de sus productos y todo ese incremento es satisfecho sin saturarse el proceso, manteniendo la calidad del servicio, los plazos de envío, etc.
En el entorno de las criptomonedas, la escalabilidad es la capacidad de una red blockchain de absorber un crecimiento elevado de las transacciones sin afectar al procesamiento de las mismas. Por ello, la escalabilidad está directamente relacionada con el funcionamiento del algoritmo de consenso de dicha red. En algunas redes como Bitcoin se han observado graves deficiencias en este aspecto. Ante picos en el número de transacciones, los usuarios han experimentado retrasos en el registro de sus transacciones así como un encarecimiento de las comisiones pagadas.
Ocurre que los sistemas distribuidos como blockchain están basados en la comunicación constante entre todos sus nodos. Esto implica que el procesamiento de una transacción adicional requiere una gran comunicación de los nodos, lo que ralentiza el proceso. Para que dicha transacción se procese, tiene que ser enviada a cada uno de los nodos validadores, y estos deben comunicar su aprobación.
Consecuencias de una baja escalabilidad
Ahora que ya sabemos qué es la escalabilidad, toca preguntarnos porqué es tan importante. La respuesta, en principio, parece sencilla. Si la escalabilidad está relacionada con la capacidad de crecimiento de la red, entonces una baja escalabilidad podría implicar un bajo crecimiento de esa criptomoneda en el futuro. En realidad, de lo que estamos hablando es de un aumento de la demanda de esa criptomoneda, con una oferta constante.
Si acudimos a cualquier otra industria, escenarios de este tipo suelen acabar en una subida de precios para los usuarios. En el caso de las criptomonedas, también podría darse esta situación. Si la única forma de asegurar mi transacción es pagar una comisión alta para «saltarme la cola», pues lo haré. No es casualidad que, en los últimos meses, el número de transacciones de Bitcoin haya alcanzado un record, y las comisiones se hayan disparado al mismo ritmo. Actualmente, hay casi medio millón de transacciones a la espera de ser validadas por este motivo.
Esto está muy relacionado con el proceso de validación de la minería. Recordemos que los nodos mineros obtienen una doble recompensa por cada bloque minado. Por un lado, las monedas de nueva creación definidas en ese momento (minería pura) y por otro, las comisiones incluidas en las transacciones del bloque minado. Por ello, los mineros de Bitcoin tienen claros incentivos para minar primero los bloques cuyas comisiones son más elevadas.
La otra gran consecuencia de una baja escalabilidad es la congestión de la red. Si aumenta la demanda, pero la oferta se mantiene, entonces llegará un momento en que la demanda no se podrá satisfacer. Ya hemos visto episodios de este tipo en Bitcoin, y si sigue aumentando su uso, esto ocurrirá con más frecuencia.
Tipos de soluciones
A la hora de afrontar la escalabilidad, la ventaja de los sistemas centralizados es muy clara, ya que la escalabilidad depende únicamente del nodo central. En las redes DLT, sin embargo, el crecimiento del número de transacciones puede comprometer la eficacia del sistema. Además, un mayor número de nodos también podría ser perjudicial, porque implicaría que el mismo nivel de comunicación debe darse entre un número mayor de participantes.
Por todo lo anterior, para cualquier criptomoneda que aspire a ser utilizada como medio de pago global, la escalabilidad es un aspecto clave. Cualquier sistema de pago electrónico tradicional es fácilmente escalable y admite miles de transacciones por segundo (Visa, por ejemplo, gestiona unas 20.000 por segundo, mientras que Bitcoin apenas gestiona 7), por lo que las redes que pretendan competir con ellos deben mejorar mucho en este aspecto. Si estas redes incluyen Smart Contracts y Aplicaciones Descentralizadas, la necesidad de ser escalables es aún mayor.
Sin embargo, no hay que olvidar que la escalabilidad no es el único aspecto que preocupa en las blockchains. Debido a su diseño técnico y a su querencia por la descentralización, las redes afrontar un triple problema. Este problema, conocido como el Trilema de la Escalabilidad, define las dificultades de diseñar una red que sea, simultáneamente, escalable, segura y descentralizada. Debido a la dificultad observada, no hay muchas soluciones que sean válidas, aunque sí podemos agruparlas en 3 categorías.
- Soluciones en base a bloques
- Sharding
- Canales de pago
Soluciones en base a bloques
En el primer grupo podemos encontrar, entre otras, la solución que llevó a la creación de Bitcoin Cash a partir de la red principal de Bitcoin. Dado que que los bloques en Bitcoin se minan cada 10 minutos y permiten una media de 7-8 transacciones por segundo, aumentar el tamaño de los bloques parece una solución clara. Por ello, una parte de la comunidad de desarrolladores de Bitcoin decidió crear una red muy similar, pero cuyos bloques admitiesen un mayor número de transacciones. En una bifurcación fuerte (conocida como hard fork), el tamaño máximo del bloque pasó de 1 MB a 8 MB, permitiendo muchas más transacciones por segundo, y así nació Bitcoin Cash.
Esta solución puede suponer un “alivio” de posibles colapsos en momentos puntuales, pero sigue existiendo el riesgo de saturación. La red se puede congestionar si aumenta la demanda (aunque el punto de saturación está más lejano), por lo que no se trata de una solución definitiva. El tiempo de minado de cada bloque también podría reducirse para aumentar la velocidad de registro de transacciones. Sin embargo, esto podría tener implicaciones en la seguridad de la red.
Otra de las soluciones propuestas en su día es la de utilizar SegWit, abreviación para Seggregated Witness (Testigo Segregado en inglés). Este desarrollo implica, «de facto«, un aumento del tamaño del bloque, pero lo implementa de forma distinta a Bitcoin Cash. Con SegWit, el tamaño de los bloques no se mide en bytes sino en unidades, y una parte de la información de cada transacción se saca fuera de la misma, por lo que esta ocupa menos espacio. Las consecuencias de esta solución son un tamaño mayor del bloque (de 1 MB a 1.8 MB aproximadamente) y una mejora de la seguridad.
Sharding
El segundo grupo de soluciones incluiría la solución adoptada por Ethereum en su versión 2.0 y que está basada en el “Sharding” o funcionalidades similares. Este desarrollo consiste básicamente en que la cadena principal de datos se subdivide en varias más pequeñas que trabajan con una cantidad limitada de datos manteniendo los niveles de seguridad de la cadena principal. De esta forma, la red principal no se sobrecarga y admite mayores volúmenes de transacciones.
Esta solución es, aparentemente, más estable y permite una mayor escalabilidad que la descrita en otras soluciones, pero los casos de uso actuales son escasos y no se han puesto a prueba lo suficiente, sobre todo en comparación con el volumen de transacciones de los sistemas de pago tradicionales. Además, puede tener implicaciones negativas en la seguridad de la red.
Sin embargo, esta solución cuenta con dos ventajas adicionales muy importantes. En primer lugar, el Shardingno cuenta con muchos casos de uso entre las criptomonedas, pero ya era una solución de escalabilidad en la gestión de bases de datos tradicional. Esto hace que ya exista una gran experiencia en el uso de este tipo de técnicas. Por otro lado, al disminuir la carga de trabajo de los nodos, la red se vuelve más «accesible». Recordemos que uno de los problemas de Bitcoin es que la dificultad de su algoritmo estaba concentrando el poder de minado y, por tanto, perjudicaba la descentralización.
Con el sharding ocurre justo lo contrario. Se aligera la exigencia computacional a los nodos, y por tanto es más fácil la colaboración con la red. De esta forma, el nivel de descentralización de la misma no se ve comprometido. Además de Ethereum, existe otra criptomoneda que utiliza el sharding, aunque de una forma diferente. Se trata de Polkadot.
El caso de Polkadot
Polkadot es una blockchain cuyo objetivo principal ha sido desde el principio superar los problemas clásicos de escalabilidad de las criptomonedas. De esta forma, ha diseñado una red que garantiza no solo la escalabilidad, sino también la interoperabilidad entre distintas blockchains. Para ello, ha sido diseñada en base a varios elementos diferenciales:
- Estructura de cadenas interoperables – Polkadot cuenta con subcadenas, llamadas Parachains, que se conectan a la cadena principal (Relay Chain). Las Parachains son blockchains independientes, pero interoperables entre sí, y que están organizadas en «shards». Por eso, se considera un sistema escalable.
- Existencia de 4 tipos de nodos distintos – Existen nodos clasificadores, nominadores, validadores y pescadores. Se encargan de recopilar información, crear los bloques, validarlos, y buscar transacciones fraudulentas en la red, respectivamente. De esta forma, el sistema funciona y se mantiene seguro.
- Consenso mediante NPoS – Este algoritmo, concebido como una variante de la Prueba de Participación, permite la integración y coordinación de todos los elementos de la red.
Gracias a los 3 elementos anteriores, Polkadot supone un ejemplo perfecto de cómo una criptomoneda puede desarrollar innovadoras alternativas para luchar contra los problemas de interoperabilidad y escalabilidad.
Canales de pago
En último lugar, tendríamos las soluciones basadas en canales de pago. Estas soluciones, en vez de modificar el número de cadenas de datos o los parámetros de los bloques, lo que hacen es reducir el número de transacciones que deben enviarse a la red mediante la utilización de Smart Contracts. Básicamente agrupan las transacciones que se han producido entre unos usuarios determinados (entre los que debe existir confianza) para enviar únicamente los saldos finales de las cuentas a la blockchain.
Todas las transacciones intermedias están en los Smart Contracts pero no se envían al registro general, por eso debe existir confianza entre las partes. Esta solución reduce drásticamente el número de datos que la red debe procesar, pero al exigir ciertos niveles de confianza entre las partes, es un sistema más propenso a fraudes. Esta solución ya ha sido implementada con Bitcoin mediante el uso de Lightning Network, pero todavía no cuenta con todo el consenso de la industria.
Conclusión
En conclusión, se han desarrollado y se siguen investigando diversas soluciones para mejorar la escalabilidad de las redes blockchain, ya que su crecimiento depende directamente de su capacidad de escalar. En este sentido, la adopción de alguna o varias de las soluciones aquí descritas puede suponer grandes avances, pero hay que tener en cuenta los riesgos asociados y las implicaciones en la seguridad de la red, las comisiones pagadas, etc. Con el tiempo, las soluciones actuales y las que vayan surgiendo tendrán la oportunidad de demostrar su eficacia frente al incremento del uso que se prevé que puedan sufrir estas redes, más aún cuando se sigan implementando nuevas Aplicaciones Descentralizadas y Smart Contracts.
