¿Qué diferencia existe entre Layer 1 y Layer 2?

¿Qué es el trilema de la blockchain?

La tecnología blockchain está trascendiendo el sector financiero y ganando presencia en numerosos sectores. Esto ha hecho que la escalabilidad sea cada vez más esencial en los ecosistemas blockchain. Aumentar el rendimiento del sistema permite que las cadenas soporten nuevas aplicaciones y mayores volúmenes de transacciones. Los debates sobre la escalabilidad suelen centrarse en el papel de las soluciones de Capa 1 y Capa 2.

Las capas blockchain se diseñaron para reforzar la seguridad de la red y la integridad de los datos. En este artículo, analizamos cómo estas capas colaboran para mejorar la interoperabilidad entre diferentes blockchains.

El trilema de la escalabilidad blockchain hace referencia al reto de alcanzar simultáneamente tres atributos fundamentales: seguridad, descentralización y escalabilidad. Este concepto es una de las principales limitaciones para el avance de la tecnología blockchain.

Según el trilema, una blockchain solo puede optimizar completamente dos de estas tres propiedades a la vez, lo que dificulta técnicamente maximizar las tres. Tradicionalmente, los proyectos blockchain han debido sacrificar una de ellas para mantener la funcionalidad general del sistema.

Bitcoin, por ejemplo, prioriza la descentralización y la seguridad, pero sacrifica la escalabilidad. Ethereum enfrenta retos similares al intentar incrementar el rendimiento de las transacciones sin comprometer la seguridad ni la descentralización.

Hasta el momento, ninguna criptomoneda ha logrado un equilibrio óptimo de los tres atributos. Cada proyecto cripto prioriza dos—y ocasionalmente los tres—características, sacrificando la restante según las necesidades.

Muchos desarrolladores han implementado soluciones técnicas e ideas para abordar tanto la escalabilidad como el trilema. Según su diseño, estos conceptos se presentan como soluciones de Capa 1 o de Capa 2.

Algunos proyectos cripto pueden procesar miles de transacciones por segundo, aunque ello suele implicar renunciar a la descentralización o a la seguridad. En cambio, Bitcoin y Ethereum se mantienen como referentes de monedas digitales seguras y descentralizadas. Cardano, Avalanche y Solana destacan como proyectos de Capa 1 que buscan resolver los problemas de escalabilidad presentes en Bitcoin y Ethereum.

Soluciones de escalabilidad de Capa 1

Para distinguir la escalabilidad de Capa 1 y Capa 2 en blockchain, es útil definir primero la Capa 1. Como su nombre indica, una red blockchain de Capa 1 es la capa de protocolo base. Esta arquitectura fundamental constituye el registro final de todas las transacciones.

Las soluciones de Capa 1 mejoran la base de la blockchain para potenciar la escalabilidad. Existen diversos métodos para aumentar el rendimiento de la red. Por ejemplo, las soluciones de Capa 1 pueden modificar directamente las reglas del protocolo para incrementar la capacidad y velocidad de las transacciones, o ampliar la capacidad general de la red para soportar más datos y usuarios.

Al analizar blockchains de Capa 1 y Capa 2, destacan dos soluciones principales de Capa 1: la modificación del protocolo de consenso y el sharding. Ambas estrategias son clave para lograr la escalabilidad en la Capa 1.

Los mecanismos de consenso como Proof of Stake (PoS) se consideran más eficientes que Proof of Work (PoW) en la capa blockchain. PoS mantiene la seguridad de la red con un consumo de recursos computacionales mucho menor. Por su parte, el sharding distribuye la carga de trabajo de la red entre distintos conjuntos de datos o "shards" y permite el procesamiento en paralelo.

Ventajas

• Mayor escalabilidad: El incremento de la escalabilidad es el beneficio más evidente de las soluciones blockchain de Capa 1. Al modificar el protocolo base, se mejora la capacidad de procesamiento de la red.

• Mantenimiento de la seguridad y descentralización: Las soluciones de Capa 1 logran alta escalabilidad y viabilidad económica sin renunciar a la descentralización ni a la seguridad. Esto preserva la fiabilidad y seguridad de la red.

• Impulso al desarrollo del ecosistema: Las soluciones de escalabilidad de Capa 1 permiten integrar nuevas herramientas, avances tecnológicos e innovaciones directamente en el protocolo base, impulsando la evolución del ecosistema.

Desventajas

La escalabilidad limitada es un reto común en las redes de Capa 1. Bitcoin y otras blockchains consolidadas suelen tener problemas para procesar transacciones durante picos de demanda. En particular, el mecanismo de consenso PoW de Bitcoin requiere muchos recursos computacionales y un elevado consumo energético.

Los cambios en la Capa 1 afectan directamente al protocolo central, por lo que su adopción exige una revisión exhaustiva y consenso de la comunidad. Una vez aplicado un cambio, revertirlo puede resultar complejo si aparecen inconvenientes.

Cómo abordar los retos de la Capa 1

Escalar las redes de Capa 1 exige actualizaciones profundas de la blockchain. Los siguientes enfoques se centran en optimizar la red en su base.

Mejoras en el protocolo de consenso

Los algoritmos de consenso son mecanismos clave para lograr acuerdos en las redes blockchain. Existen varios, como PoW y PoS, cada uno con características y ventajas propias.

PoW sigue siendo el algoritmo de consenso más extendido, pero presenta bajo rendimiento y alto consumo de energía. Los mineros deben resolver problemas matemáticos complejos, lo que demanda una gran capacidad de cómputo. En cambio, PoS ofrece mayor rendimiento que PoW.

En PoS, los participantes en la red procesan y validan bloques de transacciones según la cantidad de activos cripto que poseen, eliminando la necesidad de cálculos intensivos en energía. Esto permite procesar transacciones rápidamente y con menor consumo energético. Ethereum completó su transición a PoS para aumentar la capacidad y descentralización de la red, manteniendo la seguridad.

Sharding

El sharding, adaptado de bases de datos distribuidas, es una de las soluciones de escalabilidad de Capa 1 más populares. Divide el estado total de la red blockchain en conjuntos de datos independientes, llamados "shards".

En vez de que cada nodo gestione toda la red, las tareas se reparten en bloques manejables. Así, la red puede procesar los shards en paralelo y manejar varias transacciones simultáneamente. Cada nodo se asigna a un shard específico, en vez de mantener una copia completa de la cadena, lo que reduce la carga y aumenta la eficiencia.

Cada shard presenta pruebas a la cadena principal e interactúa con otros shards mediante comunicación cruzada para compartir direcciones, estado y saldos. Este sistema mantiene la coordinación y coherencia en la red. Ethereum 2.0, Zilliqa, Qtum y Tezos son protocolos destacados que investigan e implementan el sharding.

Soluciones de escalabilidad de Capa 2

El objetivo central de la escalabilidad de Capa 2 es emplear redes o tecnologías construidas sobre el protocolo blockchain. Los protocolos off-chain o redes de soporte ayudan a las blockchains a aumentar la escalabilidad y la eficiencia.

Las soluciones de Capa 2 trasladan la carga de las transacciones del protocolo central a arquitecturas fuera de la cadena. Estos sistemas externos reportan los resultados finales a la blockchain principal. Al delegar tareas de procesamiento a estas arquitecturas de soporte, las soluciones de Capa 2 reducen la congestión del protocolo central, haciendo viable la escalabilidad.

Lightning Network, utilizada para escalar Bitcoin, es una de las soluciones de Capa 2 más conocidas. Lightning procesa transacciones fuera de la cadena y solo registra el saldo final en la cadena principal, ofreciendo transacciones rápidas y de bajo coste. Existen muchas otras soluciones de Capa 2 relevantes en el entorno blockchain.

Ventajas

• Preserva la seguridad y descentralización de la Capa 1: La escalabilidad de Capa 2 procesa transacciones fuera de la cadena, permitiendo que la red mantenga la seguridad y descentralización de la Capa 1. La cadena principal actúa como capa final de liquidación, garantizando fiabilidad y protección.

• Acelera las microtransacciones: El procesamiento off-chain permite ejecutar microtransacciones a gran velocidad. Esto viabiliza escenarios como pagos pequeños y transacciones en tiempo real, antes inviables en blockchains convencionales.

• Reduce los costes de transacción: Al descongestionar la cadena principal, el procesamiento off-chain reduce las tarifas de transacción de manera significativa.

Desventajas

• Desafíos potenciales de interoperabilidad: Los usuarios de Capa 2 están sujetos a los protocolos de la solución elegida, lo que dificulta la conectividad entre blockchains. La interoperabilidad entre distintas soluciones de Capa 2 sigue siendo compleja.

• Riesgos de seguridad y privacidad: Procesar transacciones fuera de la Capa 1 genera nuevos riesgos de seguridad y privacidad. Son imprescindibles medidas sólidas para proteger las transacciones off-chain.

• Fragmentación de liquidez: La coexistencia de múltiples soluciones de Capa 2 puede fragmentar la liquidez, afectando la experiencia del usuario.

Cómo abordar los retos de la Capa 2

Se han desarrollado distintos enfoques técnicos para resolver los retos de la Capa 2. A continuación, se describen las principales soluciones de Capa 2.

Blockchains anidadas: distribución del procesamiento mediante estructuras padre-hijo

Las blockchains anidadas son estructuras jerárquicas donde una blockchain contiene otras blockchains en su interior. Están formadas por una cadena principal—la blockchain base—y varias cadenas secundarias sobre ella. La cadena principal define las reglas y parámetros generales, mientras que las secundarias gestionan tareas específicas.

Al distribuir el procesamiento mediante relaciones padre-hijo, se reduce la carga de la cadena principal y mejora la escalabilidad. Las cadenas secundarias pueden contar con mecanismos de consenso propios y optimizarse para casos de uso concretos. El proyecto OMG Plasma es un referente en infraestructura blockchain anidada de Capa 2 en Ethereum.

Canales de estado: transacciones rápidas fuera de cadena

Los canales de estado conectan blockchains con canales de transacciones fuera de la cadena, permitiendo comunicación bidireccional. No requieren validación por parte de los nodos de la cadena principal, por lo que aceleran el procesamiento de transacciones.

Los participantes registran el estado inicial del canal en la cadena principal y después transaccionan fuera de la cadena. Una vez concluidas, solo el estado final y los cambios se anotan en la cadena principal. Así, solo el resultado final queda registrado, no todas las transacciones intermedias, maximizando la eficiencia.

Liquid Network, Raiden Network de Ethereum, Celer y Bitcoin Lightning son ejemplos de canales de estado. No obstante, los canales de estado pueden sacrificar parte de la descentralización para favorecer la escalabilidad.

Sidechains: cadenas paralelas independientes

Las sidechains son cadenas independientes que operan junto a una blockchain. Pueden emplear mecanismos de consenso distintos y diseñarse para mayor velocidad y escalabilidad. La cadena principal preserva la seguridad global, valida los registros agrupados y gestiona disputas.

A diferencia de los canales de estado, las sidechains publican transacciones y están diseñadas para que cualquier brecha de seguridad en la sidechain no afecte a la cadena principal. Esta independencia minimiza los riesgos para la cadena principal.

Sin embargo, desarrollar una sidechain implica crear infraestructura desde cero, lo que puede resultar costoso y laborioso. Además, requieren conjuntos de validadores propios, lo que supone un modelo de seguridad diferente al de la cadena principal.

Diferencias clave entre Capa 1 y Capa 2

Existen diferencias fundamentales entre las soluciones de escalabilidad de Capa 1 y Capa 2 en blockchain. A continuación se describen en detalle.

1: Definición

Capa 1 engloba métodos de escalado que actualizan la base de la blockchain para mejorar la velocidad y el rendimiento, como el aumento del tamaño de bloque o el cambio de algoritmos de consenso. Las soluciones de Capa 1 mejoran el rendimiento modificando el propio protocolo central.

Capa 2 se refiere a soluciones off-chain que descargan la cadena principal procesando datos externamente. Procesos o transacciones concretas se delegan a protocolos, redes o aplicaciones de Capa 2, que luego reportan los resultados a la blockchain principal. Esta estrategia agiliza las transacciones y reduce la carga sobre la cadena principal.

2: Funcionamiento

La escalabilidad de Capa 1 implica cambios directos en el protocolo central de la red blockchain. Para implementar soluciones de Capa 1 hay que modificar el protocolo blockchain, lo que hace que los cambios sean difíciles de revertir si el volumen de transacciones baja mucho. Estas modificaciones requieren consenso y actualización de toda la red.

Por el contrario, la escalabilidad de Capa 2 opera de modo independiente como solución off-chain. Protocolos, redes y soluciones externas solo reportan los resultados finales al protocolo principal, permitiendo escalado flexible sin modificar la cadena principal.

3: Tipos de soluciones

En Capa 1, destacan como soluciones las mejoras del protocolo de consenso y el sharding. El escalado también puede incluir ajustes en el tamaño de bloque o la velocidad de generación. Estas técnicas mejoran el rendimiento modificando la estructura esencial de la blockchain.

En Capa 2, la implementación es prácticamente libre. Cualquier protocolo, red o aplicación puede funcionar como solución off-chain, permitiendo escalabilidad flexible para distintos casos de uso.

4: Calidad

Capa 1 es la fuente autorizada de información y gestiona la liquidación final de las transacciones. Utiliza tokens nativos y da acceso a los recursos de la red. La innovación en los mecanismos de consenso es característica principal. Al afectar a toda la red, los cambios en Capa 1 exigen una planificación e implementación muy cuidadosas.

Capa 2 ofrece funciones comparables a las de Capa 1, a la vez que incrementa el rendimiento y la programabilidad, y reduce los costes de transacción. Cada solución de Capa 2 tiene su propio método para reenviar transacciones a su Capa 1. Capa 2 utiliza la seguridad de la cadena principal para lograr transacciones rápidas y económicas.

El futuro de la escalabilidad blockchain

La escalabilidad supone un gran obstáculo para la adopción masiva de la blockchain. A medida que crece la demanda de criptomonedas, las plataformas deberán incrementar su escalabilidad. Tanto Capa 1 como Capa 2 presentan ventajas y costes diferenciados.

Las soluciones de Capa 1 aportan mejoras estructurales que favorecen la sostenibilidad de la red a largo plazo. Las de Capa 2 introducen mejoras inmediatas de escalabilidad y mejoran la experiencia de usuario. Por ello, el futuro de la escalabilidad blockchain dependerá de la integración de ambas capas.

En los últimos años, numerosos proyectos han adoptado estrategias integrales combinando Capa 1 y Capa 2. Por ejemplo, Ethereum desarrolla el sharding como solución de Capa 1 y los rollups como solución de Capa 2.

También ha surgido el concepto de Capa 0. Las blockchains de Capa 0 proporcionan la infraestructura básica para crear nuevas cadenas y permitir la interoperabilidad entre ellas. Las cadenas sobre Capa 0 pueden comunicarse entre sí y con otras blockchains no nativas. Capa 0 es la base para las blockchains de Capa 1. Cosmos, Polkadot y Avalanche son ejemplos destacados de Capa 0. Cosmos, especialmente, sirve de base para grandes plataformas blockchain.

En el futuro, es probable que el ecosistema blockchain evolucione hacia una estructura multinivel que integre Capa 0, Capa 1 y Capa 2. Esta evolución permitirá resolver el trilema de seguridad, descentralización y escalabilidad, y dotar a la infraestructura blockchain de la capacidad para una adopción verdaderamente masiva.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son las diferencias fundamentales entre Capa 1 y Capa 2?

Capa 1 es la base de la blockchain, mientras que Capa 2 está formada por tecnologías externas construidas sobre ella. Capa 2 procesa transacciones fuera de la cadena principal, mejorando la escalabilidad y reduciendo las tarifas de gas.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de soluciones de Capa 2 como Lightning Network o Polygon?

Las principales ventajas son tarifas mucho más bajas, mayor velocidad de transacción y mejor experiencia de usuario. Entre los inconvenientes se encuentran concesiones en seguridad y descentralización, fragmentación entre redes de Capa 2 y mayor complejidad de uso.

¿Cuándo conviene elegir Capa 1 frente a Capa 2?

Capa 1 es aconsejable para transacciones de alto valor que requieren máxima seguridad. Capa 2 es idónea para operaciones frecuentes y de menor importe, donde importan la rapidez y las tarifas reducidas. Elegir la capa adecuada para cada caso permite optimizar las transacciones.

¿Es segura la Capa 2? ¿Existen riesgos adicionales respecto a la Capa 1?

Capa 2 es generalmente segura, aunque implica cierto aumento de riesgos respecto a la Capa 1. Entre las principales preocupaciones están la calidad de las auditorías de smart contracts y la centralización de los secuenciadores. Los protocolos líderes están en mejora continua y se prevé que alcancen los niveles de seguridad de la Capa 1.

¿En qué se diferencian las soluciones de Capa 2 en Bitcoin y Ethereum?

Las soluciones de Capa 2 en Ethereum permiten smart contracts y transacciones complejas, mientras que en Bitcoin se centran en pagos simples. Ethereum destaca en la herencia de seguridad; Bitcoin prioriza la eficiencia en las transacciones.