Soluciones de escalabilidad para blockchain: enfoques de capa 1 y capa 2

A medida que la tecnología blockchain madura y se acerca cada vez más a su uso generalizado, hay un reto que sigue marcando su evolución: la escalabilidad.

La escalabilidad de la cadena de bloques se refiere a la capacidad de una red para procesar volúmenes crecientes de transacciones sin sacrificar la velocidad, la rentabilidad ni la seguridad, y el sector de la Web3 ha respondido con dos categorías principales de mejoras:

• Las soluciones de capa 1 (L1) son modificaciones de una cadena de bloques que mejoran la propia cadena de bloques.

• Las soluciones de capa 2 (L2) crean una infraestructura escalable sobre las cadenas de bloques existentes para procesar transacciones fuera de la cadena.

Es importante comprender estos mecanismos, ya que influyen directamente en la capacidad de las cadenas de bloques para soportar una adopción a gran escala por parte de las instituciones.

Este artículo analiza el reto de la escalabilidad de las cadenas de bloques, examina los enfoques de capa 1 y capa 2, compara las ventajas y desventajas de cada uno de ellos y esboza el futuro de las infraestructuras escalables de cadenas de bloques.

Puntos clave

• El trilema de la escalabilidad de la cadena de bloques obliga a las redes a encontrar un equilibrio entre la descentralización, la seguridad y el rendimiento. Mejorar uno de estos aspectos suele implicar sacrificar otro.

• Las soluciones de capa 1 modifican el protocolo base mediante técnicas como la fragmentación, el aumento del tamaño de los bloques y la mejora de los mecanismos de consenso.

• Las soluciones de capa 2 descargan el procesamiento de transacciones al tiempo que heredan la seguridad de la cadena de bloques subyacente, siendo los rollups el enfoque predominante en Ethereum.

• La adopción por parte de las instituciones depende de unos costes predecibles, unos plazos de liquidación confiables y una infraestructura de custodia segura que pueda funcionar tanto en L1 como en L2.

Qué significa realmente la escalabilidad de la cadena de bloques

La escalabilidad de las cadenas de bloques abarca mucho más que el simple volumen de transacciones. Implica múltiples factores que están todos interrelacionados. Entre ellos se incluyen la capacidad de transacciones por segundo (TPS), el tiempo de confirmación de las transacciones, la rentabilidad ante cargas variables de la red y los recursos necesarios para participar en la red.

Debido a su arquitectura descentralizada, las cadenas de bloques públicas se enfrentan a limitaciones inherentes. Cada nodo completo debe validar y almacenar todas las transacciones, lo que supone un límite natural para el rendimiento. Esta decisión de diseño da prioridad a la seguridad y la descentralización, pero limita el rendimiento en comparación con los sistemas centralizados habituales en las finanzas tradicionales actuales.

Por qué la escalabilidad es importante para la adopción institucional

Para las instituciones, la escalabilidad de la cadena de bloques influye directamente en la viabilidad de los casos de uso de la cadena de bloques a gran escala en entornos de producción. Los costes de transacción predecibles permiten una planificación financiera precisa, los plazos de liquidación confiables facilitan las operaciones de tesorería y una infraestructura escalable se adapta al crecimiento sin requerir cambios fundamentales en la arquitectura de integración.

Las aplicaciones prácticas son importantes: valores tokenizados que requieren una liquidación en tiempo real, sistemas de pago transfronterizos que exigen un rendimiento constante y plataformas de negociación que necesitan una ejecución rápida, como Talos. Las soluciones de custodia segura desempeñan un papel fundamental, ya que permiten a las instituciones interactuar de forma segura con redes de alto rendimiento sin dejar de mantener los controles operativos.

La escalabilidad también influye en los requisitos de cumplimiento normativo y auditoría. Las redes capaces de gestionar grandes volúmenes sin pérdida de calidad proporcionan registros de transacciones coherentes y verificables, esenciales para la presentación de informes reglamentarios y los controles internos.

Para las instituciones que están evaluando la integración de la cadena de bloques, la capacidad de la red influye no solo en la eficiencia operativa, sino también en la exposición al riesgo: los sistemas propensos a la congestión durante los periodos de volatilidad del mercado generan una incertidumbre en la ejecución que la infraestructura tradicional no puede soportar. Esto convierte la escalabilidad de la cadena de bloques en una prioridad en el proceso de diligencia debida, más allá de una mera consideración técnica.

El reto de la escalabilidad de la cadena de bloques

Para comprender por qué resulta difícil escalar una cadena de bloques, es necesario conocer el "trilema de la cadena de bloques", un marco conceptual introducido por Vitalik Buterin, cofundador de Ethereum, que describe la dificultad de encontrar un equilibrio entre la descentralización, la seguridad y la escalabilidad. La idea es que los sistemas de cadena de bloques pueden optimizarse en dos de estas propiedades, pero deben sacrificar la tercera.

Bitcoin y Ethereum dan prioridad deliberadamente a la descentralización y la seguridad, lo que significa que, en períodos de alta demanda, las comisiones aumentan y los tiempos de confirmación se ralentizan debido a la congestión de la red. Todo ello genera incertidumbre entre las instituciones que requieren un rendimiento confiable y predecible.

Por desgracia, las consecuencias van más allá de las simples molestias. El aumento de las comisiones hace que las transacciones de menor cuantía resulten económicamente inviables, y los tiempos de confirmación más largos complican cualquier transacción en la que el tiempo sea un factor determinante.

Estas limitaciones se hacen especialmente evidentes en momentos de tensión en el mercado, precisamente cuando la fiabilidad de la ejecución es más importante. Los casos históricos de congestión, desde el auge de CryptoKitties en 2017 hasta las emisiones de NFT y el frenesí por las memecoins en el pasado, han demostrado lo rápido que las redes pueden quedar inutilizables cuando la demanda se dispara.

Para las instituciones acostumbradas a una infraestructura financiera tradicional con un rendimiento garantizado y una latencia predecible, esta volatilidad en el rendimiento de la red puede plantear dificultades. A diferencia de los sistemas centralizados, que pueden proporcionar capacidad adicional bajo demanda, las redes descentralizadas deben llevar a cabo las actualizaciones mediante el consenso de la comunidad, un proceso que se mide en meses o años, no en horas. Ethereum, por ejemplo, solo ha experimentado 23 actualizaciones desde su lanzamiento en 2015.

Para que la tecnología blockchain logre una adopción institucional generalizada, es necesario abordar estas limitaciones sin poner en peligro la seguridad y la descentralización que caracterizan actualmente a la Web3.

Soluciones de escalabilidad de la capa 1: mejora del protocolo base

Las soluciones de capa 1 abordan la escalabilidad modificando la arquitectura fundamental de la cadena de bloques. Estos cambios requieren un consenso en toda la red y entrañan una complejidad técnica considerable, pero mejoran el rendimiento de las transacciones y la capacidad de ejecución a nivel de protocolo.

Bloques más grandes y parámetros de mayor rendimiento

El enfoque más sencillo consiste en aumentar el tamaño de los bloques o reducir el tiempo de creación de los mismos, lo que permite procesar más transacciones por unidad de tiempo. Sin embargo, los bloques más grandes requieren más capacidad de almacenamiento y ancho de banda, lo que podría excluir a los participantes con recursos limitados.

Fragmentación y procesamiento paralelo de transacciones

La fragmentación divide la cadena de bloques en segmentos más pequeños denominados "shards", cada uno de los cuales es capaz de procesar transacciones de forma independiente. Esta arquitectura de procesamiento paralelo puede aumentar considerablemente la capacidad de la red sin que sea necesario que los nodos individuales gestionen todas y cada una de las transacciones.

La hoja de ruta de Ethereum incorpora el sharding a través de su enfoque "danksharding", que se centra en aumentar la disponibilidad de datos para los rollups. Tras la actualización Dencun, el valor total bloqueado en las redes de capa 2 de Ethereum se disparó hasta superar los 51 000 millones de dólares, impulsado por unas comisiones considerablemente más bajas.

Mejoras en el mecanismo de consenso

Los mecanismos de consenso de Prueba de Trabajo, aunque son muy seguros, requieren importantes recursos computacionales y limitan el rendimiento. La Prueba de Participación y sus variantes permiten tiempos de bloqueo más rápidos y un mayor número de transacciones por segundo (TPS), al tiempo que mantienen la seguridad mediante incentivos económicos en lugar de trabajo computacional. Tras la transición de Ethereum de la Prueba de Trabajo a la Prueba de Participación en 2022 (un acontecimiento conocido como "The Merge"), su consumo energético se redujo en un 99,95 %.

Disponibilidad de datos y optimizaciones del almacenamiento

La escalabilidad también depende de la eficiencia con la que las cadenas de bloques almacenan y acceden a los datos. El muestreo de disponibilidad de datos permite a los nodos verificar que los datos de los bloques existen sin necesidad de descargar bloques completos. El Proto-Danksharding de Ethereum introdujo los "blobs", archivos adjuntos temporales que proporcionan un almacenamiento más económico para los rollups de capa 2 sin sobrecargar de forma permanente la cadena base.

Soluciones de escalabilidad de capa 2: descarga de trabajo sin comprometer la seguridad

Las soluciones de capa 2 crean una infraestructura escalable sobre las cadenas de bloques existentes, procesando las transacciones fuera de la cadena al tiempo que heredan la seguridad de la red subyacente. Este enfoque permite una implementación más rápida sin necesidad de modificar el protocolo base.

Canales de pago y canales de estado

Los canales de estado permiten a las partes realizar múltiples transacciones fuera de la cadena, registrando únicamente el estado final en la cadena de bloques principal. La Red Lightning de Bitcoin es un ejemplo de este enfoque, ya que permite pagos casi instantáneos entre participantes que han establecido canales.

Rollups: optimistas y de conocimiento cero

Los rollups se han consolidado como el enfoque de escalabilidad de capa 2 predominante en Ethereum. Ejecutan las transacciones fuera de la cadena y envían datos de transacción comprimidos a la cadena principal, lo que les permite heredar su seguridad al tiempo que aumentan considerablemente el rendimiento.

Los rollups optimistas dan por válidas las transacciones a menos que se impugnen, utilizando un mecanismo a prueba de fraudes durante un periodo de disputa. Los ZK-rollups utilizan pruebas criptográficas de validez para verificar matemáticamente las transacciones antes de registrarlas en la cadena principal.

Cada enfoque conlleva sus ventajas e inconvenientes. Los rollups optimistas han tenido una mayor aceptación, con un valor total transferido de aproximadamente 186 400 millones de dólares, frente a los 20 800 millones de dólares de los rollups ZK en 2024. Sin embargo, los rollups ZK ofrecen una finalización instantánea sin los retrasos de 7 días en los retiros característicos de los sistemas optimistas.

Cadenas laterales y cadenas específicas para aplicaciones

Las cadenas laterales funcionan como cadenas de bloques independientes con sus propios mecanismos de consenso, conectadas a la cadena principal a través de puentes. Ofrecen flexibilidad para casos de uso específicos, pero no cuentan con las mismas garantías de seguridad que la cadena principal.

Modelos Validium, Plasma e híbridos de L2

Más allá de los rollups, las arquitecturas alternativas de Capa 2 ofrecen diferentes ventajas e inconvenientes. Validium almacena los datos de las transacciones fuera de la cadena, al tiempo que publica pruebas de validez en Ethereum, lo que le permite alcanzar un mayor rendimiento a cambio de garantías de disponibilidad de datos reducidas. Las cadenas Plasma crean estructuras jerárquicas de cadenas secundarias que se registran periódicamente en la cadena principal, aunque la complejidad de los mecanismos de salida ha limitado su adopción. Los modelos híbridos combinan elementos de múltiples enfoques, lo que permite a las instituciones seleccionar la infraestructura que mejor se adapte a sus requisitos específicos de rendimiento, coste y seguridad.

Comparación de las estrategias de escalabilidad de la capa 1 y la capa 2

La elección entre los enfoques de capa 1 y capa 2 depende de los requisitos específicos y de la tolerancia al riesgo.

Las soluciones de capa 1 permiten el procesamiento de transacciones en la red base, por lo que estas se liquidan directamente en la cadena principal y se benefician de las garantías de seguridad más sólidas que ofrece el protocolo de consenso. Sin embargo, las actualizaciones y los cambios importantes en los protocolos de la capa base deben ser acordados por un amplio grupo de participantes de la red y, a menudo, se desarrollan lentamente, pasando primero por fases de diseño, pruebas y coordinación con la comunidad que pueden llevar años.

Las soluciones de capa 2 se implementan más rápidamente y pueden adaptarse a aplicaciones específicas. Implementaciones líderes como Arbitrum han demostrado mejoras sustanciales en el rendimiento, procesando transacciones hasta diez veces más rápido que Ethereum y reduciendo los costes de gas hasta en un 90 %.

Dado que dependen de la cadena de bloques subyacente para su seguridad y descentralización, las redes de capa 2 bien diseñadas resuelven el problema de la escalabilidad sin comprometer otras propiedades.

Sin embargo, la adopción de la Capa 2 plantea consideraciones adicionales para los participantes institucionales. La seguridad de los puentes sigue siendo motivo de preocupación: los puentes entre cadenas han sido históricamente objeto de ataques, por lo que el traslado de activos entre la Capa 1 y la Capa 2 requiere una evaluación minuciosa de la arquitectura del puente y de la reputación del operador.

El plazo de retirada también varía: los rollups optimistas suelen requerir un periodo de validación de siete días antes de que los fondos puedan transferirse de nuevo a la cadena principal, lo que puede afectar a la planificación de la liquidez. Las instituciones deben sopesar estos factores operativos junto con las métricas de rendimiento puras a la hora de seleccionar la infraestructura de escalabilidad.

A medida que el ecosistema se fragmenta en múltiples redes de capa 2, resulta cada vez más difícil mantener una experiencia de usuario fluida y una asignación eficiente del capital. Las instituciones deben evaluar no solo las soluciones individuales, sino también cómo interactúan estas con la infraestructura general.

El futuro de la escalabilidad de la cadena de bloques

Quizá la vía más prometedora sea combinar las mejoras de la capa 1 con la innovación de la capa 2. La hoja de ruta de Ethereum lo ha demostrado: el aumento de la capacidad de la capa base mediante el sharding sienta las bases para que los rollups alcancen un rendimiento aún mayor.

Los investigadores prevén que este enfoque combinado podría llegar a admitir más de 100 000 TPS, lo que transformaría radicalmente las posibilidades de las aplicaciones descentralizadas. Mientras tanto, los costes de transacción en las redes optimizadas de capa 2 se han reducido a fracciones de céntimo, lo que hace que la cadena de bloques resulte viable para una gama mucho más amplia de casos de uso.

Las arquitecturas modulares de blockchain constituyen otra tendencia emergente, que separa la ejecución, el consenso y la disponibilidad de datos en capas especializadas que pueden optimizarse de forma independiente. Proyectos como Celestia están liderando este enfoque, lo que podría permitir una flexibilidad aún mayor en el diseño y la implementación de redes escalables.

La escalabilidad no es solo un reto técnico. Los marcos de gobernanza deben evolucionar para gestionar las complejas actualizaciones de las redes; la claridad normativa influirá en qué enfoques obtendrán aceptación institucional, y la experiencia del usuario determinará si una infraestructura escalable se traduce en su adopción.

La creación de ecosistemas escalables requiere unos cimientos sólidos

La escalabilidad solo aporta valor cuando cuenta con el respaldo de una infraestructura segura y confiable. Para las instituciones, esto se traduce en soluciones de custodia calificadas que puedan funcionar tanto en entornos de Capa 1 como de Capa 2, manteniendo al mismo tiempo la segregación de activos, los controles de políticas y el cumplimiento de los requisitos normativos.

A medida que la cadena de bloques va adquiriendo un peso cada vez mayor en la infraestructura financiera mundial, la escalabilidad será un factor determinante para que las redes logren una adopción a escala institucional.

La infraestructura de custodia regulada de BitGo tiene como objetivo proporcionar las garantías operativas que las instituciones necesitan para interactuar con confianza con redes blockchain escalables. Ya sea al interactuar con protocolos de capa base o con soluciones emergentes de capa 2, la custodia segura sigue siendo fundamental para las instituciones que desean participar en los mercados de activos digitales.

Preguntas frecuentes

¿Qué factores limitan la escalabilidad de la cadena de bloques?

Entre las principales limitaciones se encuentran los límites de tamaño de los bloques, la sobrecarga del mecanismo de consenso y la necesidad de que todos los nodos procesen cada transacción. Las redes descentralizadas se enfrentan a un equilibrio inherente entre el rendimiento, la seguridad y la descentralización.

¿Cómo mejoran las soluciones de capa 2 la escalabilidad de la cadena de bloques?

Las soluciones de capa 2 procesan las transacciones fuera de la cadena principal, lo que reduce la congestión y los costes. Periódicamente, transfieren los datos agregados de las transacciones a la capa base, heredando su seguridad y logrando al mismo tiempo un rendimiento significativamente mayor.

¿Qué es el sharding y cómo afecta a la escalabilidad de la cadena de bloques?

La fragmentación divide una red blockchain en segmentos más pequeños que procesan las transacciones en paralelo. En lugar de que cada nodo valide todas las transacciones, cada fragmento se encarga de su propio subconjunto de la actividad de la red, lo que aumenta la capacidad sin comprometer la seguridad general.

¿Cómo afectan los mecanismos de consenso a la escalabilidad de las cadenas de bloques?

Los mecanismos de consenso determinan la rapidez con la que una red puede llegar a un acuerdo sobre las transacciones válidas. Los sistemas de prueba de trabajo dan prioridad a la seguridad, pero requieren una cantidad considerable de recursos, lo que limita el rendimiento. Las alternativas de prueba de participación logran una finalización más rápida y un mayor número de transacciones por segundo (TPS) mediante incentivos económicos, en lugar de trabajo computacional.

¿Qué compensaciones existen entre la escalabilidad, la descentralización y la seguridad?

Aumentar el rendimiento suele requerir centralizar la validación en un número menor de nodos o reducir las garantías de seguridad. Los bloques más grandes mejoran la capacidad, pero excluyen a los participantes con recursos limitados. Las soluciones de escalabilidad eficaces minimizan estas compensaciones en lugar de eliminarlas, razón por la cual se han convertido en la opción preferida los enfoques multicapa que combinan innovaciones de L1 y L2.