Introducción
En caso de que se haya involucrado en una investigación relacionada con las criptomonedas o la cadena de bloques, definitivamente se habrá encontrado con términos como protocolos de capa uno y capa dos. Sin embargo, es posible que no sepas qué son estos niveles y por qué existen. En este artículo, analizaremos la arquitectura de capas de blockchain y cómo permite la confianza y el consenso en la cadena. También exploraremos cómo puede evolucionar en el futuro.
Blockchain es una combinación única de varias tecnologías existentes (tecnología de contabilidad distribuida, criptografía, teoría de juegos, redes, etc.) con varias aplicaciones potenciales, incluida la criptomoneda. La criptografía se refiere a la disciplina matemática e informática que encapsula la codificación y decodificación de datos.
Además, sin el control de una autoridad central, la tecnología de contabilidad distribuida (DLT) garantiza que la información se verifique adecuadamente mediante criptografía entre un grupo de usuarios a través de un protocolo de red específico. La combinación de estas tecnologías crea confianza entre individuos o partes que de otro modo no tendrían motivos para hacerlo. Permiten a los usuarios intercambiar efectivo y datos de forma segura a través de redes blockchain.
Las diferentes capas de la cadena de bloques están agrupadas para garantizar la seguridad y la escalabilidad. De hecho, las cadenas de bloques deben ser muy seguras debido a que no existe una autoridad central. Además, deben ser escalables para garantizar que puedan alojar el creciente número de usuarios en todo el sistema global. Las capas surgieron como resultado de la necesidad de escalabilidad manteniendo la seguridad de primer nivel.
La estructura en capas de la arquitectura blockchain
En la red distribuida de la arquitectura blockchain, cada participante observa, aprueba y actualiza las nuevas entradas. La tecnología Blockchain está compuesta por una serie de bloques que contienen transacciones en un orden predeterminado. Estas listas se pueden mantener en una base de datos o como un archivo plano (en formato de texto). La arquitectura de una cadena de bloques puede ser pública, privada o basada en un consorcio.
El diseño de Blockchain se divide en cinco capas.
Capa de infraestructura de hardware
Esta capa de hardware almacena de forma segura los datos de la cadena de bloques en un servidor. Accedemos a esta fecha a través de la arquitectura cliente-servidor. Cuando usamos aplicaciones de blockchain, la máquina cliente envía una solicitud de acceso al servidor de datos. Dado que las cadenas de bloques son redes punto a punto (P2P), conectan a los clientes con «clientes pares» para compartir datos. Entonces, esta capa no es más que una vasta red de dispositivos que se comunican e intercambian datos entre sí. De hecho, así es como nace un libro mayor distribuido.
capa de datos
La estructura de datos de Blockchain se compone de una lista enlazada de bloques en los que se organizan las transacciones. Cuando los nodos autentican una cierta cantidad de transacciones, los datos se agrupan en un «bloque», se cargan en la cadena de bloques y se vinculan al bloque de datos anterior. Así es como emerge una cadena de bloques y eventualmente se expande. El hash raíz del árbol de Merkle se incluye en cada bloque, junto con el hash, la fecha, etc. del bloque anterior. Esto garantiza la seguridad, integridad e irrefutabilidad de los sistemas de cadena de bloques.
Cada transacción en el bloque se firma digitalmente con la clave privada de la billetera del remitente. Dado que esta clave solo está disponible para el remitente, nadie puede manipular los datos. Este paso se denomina ‘finalidad’. La firma digital también protege la identidad del titular, que se cifra por motivos de seguridad.
Capa de red
La capa de red, también conocida como capa de propagación o capa P2P, impulsa la comunicación entre los nodos. La capa de red también impulsa el descubrimiento de nodos, la identificación de nodos, las transacciones, la producción de bloques y la propagación de bloques. La arquitectura peer-to-peer de blockchain permite que los nodos lleguen a un acuerdo sobre la legalidad de una transacción. La transacción en sí misma en la cadena de bloques se lleva a cabo mediante nodos.
Esta capa garantiza que los nodos puedan descubrirse entre sí, difundir información y sincronizarse entre sí para aportar autenticidad a la cadena de bloques.
Capa de consenso
El corazón de todas las capas es la capa de consenso. Esta es la capa que habilita la funcionalidad clave de blockchain: mecanismo de consenso entre nodos. Además, brinda consenso de manera descentralizada y, por lo tanto, elimina la necesidad de una autoridad central. Este es el enfoque central de la descentralización proporcionada por la cadena de bloques. Por eso, cada transacción es procesada por una gran cantidad de nodos, todos los cuales deben estar de acuerdo entre sí y validar la autenticidad de la transacción. Ningún nodo único tiene control sobre los datos transaccionales. Si esta capa falla, todo el sistema blockchain falla.
Esta capa administra el protocolo, que requiere una cantidad mínima de nodos para validar cada transacción o cuánta criptomoneda tiene un participante en la red.
Los desafíos clave en la capa de consenso tienen que ver con asegurarse de que realmente haya una versión verdadera del estado de la computadora en cualquier momento y que nadie esté subvirtiendo la verdad.
Capa de aplicación
Las capas descritas hasta ahora forman una computadora blockchain completa. Además de esta pila, los desarrolladores pueden implementar programas y hacer que la computadora los ejecute.
La capa de aplicación asegura la naturaleza determinista de la cadena de bloques. La capa de aplicación tiene los programas que los usuarios usan para comunicarse con la red blockchain. Esto facilita la comunicación del dispositivo del consumidor con la cadena de bloques. La aplicación actúa como el front-end orientado al usuario, mientras que la pila de blockchain funciona como el back-end. Específicamente, los ingredientes clave de la capa de aplicación son scripts, interfaces de programación de aplicaciones (API), interfaces de usuario, marcos, contratos inteligentes y aplicaciones descentralizadas (dApps).
Los protocolos de la capa de aplicación se dividen en capas de aplicación y de ejecución. Los contratos inteligentes, las reglas subyacentes y el código de cadena forman parte de la capa de ejecución. Cada capa juega su propio papel en el viaje de la transacción. Una transacción comienza desde la capa de aplicación y luego se mueve a la capa de ejecución donde ocurre su validación. Después de eso, se ejecuta en la capa semántica.
A continuación, asignemos las capas anteriores a la terminología común utilizada en el mundo de la cadena de bloques: capas 0, 1, 2 y 3.
capa cero
La capa cero de la cadena de bloques se compone de Internet, hardware y conexiones que permitirán que funcione la siguiente capa. Estos componentes forman la tecnología que permite que cualquier cadena de bloques funcione. En la terminología descrita anteriormente, la capa cero se compone de la capa de infraestructura de hardware y la capa de datos.
La capa cero incluye la capa de hardware pero también mineros y validadores. También incluye protocolos de red peer-to-peer que permiten que la comunicación entre ellos llegue eventualmente a un estado acordado de cómo se ve la red.
capa uno
Una vez que todos estos participantes puedan llegar a un acuerdo sobre el estado actual de la computadora blockchain, deben poder calcular de una manera que sea verificable y garantizada que es la mecánica teórica del juego. Aquí es donde entra en juego la capa de cómputo. Tanto la capa de cómputo como la capa de consenso generalmente se agrupan en casi todos los sistemas de cadena de bloques. Ambas capas juntas se llaman capa uno.
Cuando hablamos de Polygon o Ethereum, nos referimos a la capa de red Polygon o Ethereum. Como se explicó anteriormente, esta capa de red administra los mecanismos de consenso, los lenguajes de programación, el tiempo de bloqueo, la resolución de disputas y las reglas y parámetros que mantienen operativa una red de cadena de bloques. Bitcoin es un ejemplo de una cadena de bloques de capa uno. Esta capa brinda seguridad a toda la cadena de bloques a través de su absoluta inmutabilidad.
La capa uno ha pasado por desafíos de escalabilidad y, por lo tanto, ha ido evolucionando. A medida que crece el número de usuarios de blockchain, la capa uno se ve forzada. Aquí es cuando el proceso de consenso puede ralentizar toda la cadena de bloques. Si bien la cadena de bloques es segura, la velocidad puede convertirse en un factor inhibidor. Los mineros tienen que resolver algoritmos criptográficos usando poder computacional. Como resultado, crece la necesidad de aumentar la potencia computacional y el tiempo. La prueba de participación y la fragmentación son dos nuevos mecanismos que abordan estos desafíos de velocidad para la capa uno.
capa dos
La capa dos es una integración de terceros que se usa junto con la capa uno para abordar los problemas de escalabilidad de las capas subyacentes al mejorar la cantidad de nodos. La capa dos se compone de redes superpuestas que se asientan sobre las capas base. Los protocolos suelen utilizar la capa dos para resolver los desafíos de escalabilidad de blockchain al eliminar algunas interacciones de las capas base y, como resultado, aumentar el rendimiento del sistema. Como resultado, los contratos inteligentes aseguran que las transacciones fuera de la cadena sigan las regulaciones.
Los enfoques de capa dos son, con mucho, los enfoques más populares para resolver problemas de escalado. Las capas anidadas, los resúmenes y las cadenas laterales son ejemplos de arquitecturas de capa dos que han abordado los desafíos de la cadena de bloques. Lightning Network de Bitcoin es un ejemplo de una cadena de bloques de capa dos.
capa tres
La capa de aplicación forma la capa tres. Esta capa aloja las aplicaciones y los protocolos habilitadores. La capa tres actúa como una interfaz de usuario mientras enmascara los aspectos técnicos del canal de comunicación. Esta capa brinda utilidad blockchain e interoperabilidad real a los desarrolladores.
Resumen
En resumen, blockchain permite capturar valor comercial de manera sostenible en equilibrio. Pero la escalabilidad es un factor inhibidor en la adopción generalizada de blockchain. A medida que la descentralización como concepto gane fuerza en todos los sectores, la demanda de blockchain crecerá. Por lo tanto, es fundamental para resolver las limitaciones de escalabilidad y rendimiento de blockchain.
