En este artículo, vamos a profundizar en los diferentes tipos de protocolos de capa 2 (conocidos también como Layer 2 en inglés o L2) de Ethereum creados como soluciones de escalado. Pero, ¿porque vamos a hablar sobre soluciones de escalado de capa 2? Acabamos de vivir el Hardfork London con su actualización de EIP-1559. Todo el mundo se esperaba ver una bajada en el precio de las comisiones de gas en las transacciones en la red de Ethereum, pero… ¡no ha sido así!

Como ya comentamos en posts anteriores, lo que iba a suceder con EIP-1559 era la quema de ETH que hace referencia a la Base Fee, y que en un futuro podría provocar que el precio de ETH suba, pero las comisiones… no han bajado. Es por eso que vamos a ver que opciones tenemos para que las comisiones en la red de ETH sean razonables y podamos seguir usando y navegando en el espacio DeFi.

¿Qué son las soluciones de Capa 2?

La frase es un término general que se refiere a una colección de soluciones que, en última instancia, mejoran la experiencia del usuario al interactuar con la cadena de bloques Ethereum. La cadena de bloques Ethereum es la segunda más grande de la industria y alberga la mayoría de las plataformas de finanzas descentralizadas (DeFi) que existen. Las aplicaciones descentralizadas (dApps) creadas en la cadena principal de Ethereum se conocen como aplicaciones de “capa 1” o “L1”, ya que los contratos inteligentes interactúan directamente con la cadena nativa.

La capa 2 se refiere a una serie de protocolos diferentes que facilitan la creación de contratos inteligentes y aplicaciones descentralizadas (dApps) en la parte superior de la cadena de bloques principal de Ethereum. A través de diversos medios, los contratos y transacciones inteligentes se ejecutan en gran medida fuera de la cadena principal de Ethereum. Sin embargo, esto se logra manteniendo la seguridad total de la red de la cadena de la capa 1 del núcleo.

Las soluciones de escalado de capa 2 son protocolos que permiten a los desarrolladores crear aplicaciones con una finalidad de transacción más rápida y costos de gas más baratos que si tuvieran que construir en la cadena de capa 1. Existen varios tipos de soluciones de escalado para Ethereum que ayudarán en el lanzamiento de Ethereum 2.0. Esto incluye tanto las soluciones de capa 1 (implementando actualizaciones del protocolo de escalado en la cadena principal de Ethereum, como la fragmentación) como las soluciones de capa 2 (como los canales estatales y las acumulaciones que ejecutan transacciones fuera de la cadena, explicadas más adelante). Para que Ethereum sea adecuado para la adopción masiva y empresarial global, primero debe haber mejoras que faciliten el escalado. En resumen, Ethereum debe mantenerse al día con la demanda de los usuarios, al mismo tiempo que se adapta a los diversos tipos de usuarios y solicitudes de transacciones.

¿Por qué necesitamos soluciones de capa 2?

Es ampliamente aceptado que para que la adopción masiva de DeFi se convierta en una realidad, las cadenas de bloques deben ser escalables, seguras y descentralizadas. Ethereum, la cadena de bloques habilitada para contratos inteligentes más grande del mundo, registró un uso récord a lo largo de 2020. El “Verano de DeFi” que provocó una ola de protocolos de finanzas descentralizadas (DeFi) resultó en una congestión extrema de la red. Este fue un indicador positivo para la industria en su conjunto. Sin embargo, describió algunos de los principales obstáculos que deben superarse para que estos protocolos se conviertan en la corriente principal.

En primer lugar, la congestión de la red experimentada por los usuarios de plataformas basadas en Ethereum resultó en tarifas de gas extremadamente altas. En segundo lugar, esto significó que las transacciones tardaron mucho más de lo normal en procesarse y finalizar.

Aunque hay muchas formas de lograr confirmaciones y un rendimiento de transacciones más rápido, esto a menudo tiene un costo. Hasta hace poco, más transacciones por segundo (TPS) generalmente significaban una reducción en la seguridad y la descentralización. Esta compensación se ha debatido durante varios años y ha informado la transición de Ethereum de un algoritmo de consenso de prueba de trabajo (PoW) a una prueba de participación (PoS).

Sin embargo, es probable que esto tarde varios meses, si no años, en completarse. Se espera que Ethereum 2.0 se complete en etapas, en lugar de un solo gran lanzamiento. Como resultado, muchos proyectos están aprovechando la seguridad de la cadena de bloques Ethereum mediante la construcción de lo que se conoce como “soluciones de capa 2”.

Este término se refiere a un contrato inteligente, o una serie de contratos inteligentes, que se ejecuta en la parte superior de la cadena principal de Ethereum, o “capa 1” (L1). Las soluciones de Capa 2 (L2) pueden interactuar con la cadena de bloques Ethereum sin realizar cambios en el protocolo de nivel base. Como resultado, las soluciones L2 pueden hacer que la interacción con Ethereum sea mucho más rápida y rentable.

Mejoras en la Capa 1 de Ethereum

Como se mencionó anteriormente, existen dos tipos de soluciones de escalado de Ethereum; capa 1 y capa 2. La diferencia es si la solución se implementa o no en la cadena desde el núcleo de la cadena de bloques Ethereum o como un protocolo en la parte superior de la cadena. Estas últimas se denominan a veces soluciones “Off chain”. La mayoría de las soluciones de escalado para Ethereum se implementan en la parte superior de la cadena de bloques, lo que elimina la necesidad de tanta potencia computacional y demanda como la cadena de capa 1.

Sin embargo, hay tres soluciones principales de capa 1 para Ethereum. Estos son el Sharding, el nuevo modelo de consenso de Casper y eWASM (Ensamblaje web con sabor a Ethereum).

⚡️ eWASM

eWASM está diseñado para reemplazar la actual máquina virtual Ethereum (EVM1), mejorando la experiencia de desarrollo de contratos inteligentes para los desarrolladores. Esto incluye tiempos de ejecución más rápidos, la inclusión de lenguajes de programación populares (como Rust, Go, C ++) y la disponibilidad de una amplia gama de herramientas WebAssembly.

⚡️ Casper

Casper es el nuevo mecanismo de consenso de prueba de participación (PoS) de Ethereum. La introducción de un modelo de consenso de PoS no solo reduce drásticamente los recursos desperdiciados, sino que también crea oportunidades para una mayor escala de la red, en gran parte, fragmentación.

⚡️ Sharding

Sharding es un proceso mediante el cual toda la red Ethereum se segmenta en varios “fragmentos”, que operan como si fueran sus propias cadenas de bloques individuales. Cada fragmento tendrá varias transacciones agrupadas y validadas simultáneamente a través del mecanismo de consenso seguro de prueba de participación (PoS). Luego, una vez verificado, la referencia del estado del fragmento se almacena en la cadena principal de la capa 1. Los fragmentos se validan mediante nodos aleatorios, y a cada nodo se le asigna un fragmento individual. Como resultado, la fragmentación reduce drásticamente el tiempo para la finalidad de la transacción, el almacenamiento que utilizan los mineros y, por lo tanto, los costos de gas para los usuarios finales.

Distintas soluciones de capa 2

Ahora que entendemos cómo Ethereum está escalando desde el núcleo, vamos a explorar más allá de la cadena de capa 1 (L1) dentro de la red Ethereum. A continuación, vamos a analizar las novedosas soluciones de escalado de capa 2 que se estan implementando Ethereum.

⚡️ Canal estatal

Un canal estatal permite a los usuarios realizar transacciones fuera de la cadena varias veces, mientras que solo envían dos transacciones en la cadena a la red Ethereum. Esto significa que un canal de estado puede facilitar un rendimiento extremadamente alto.

Para usar un canal, los participantes deben bloquear una parte del estado de Ethereum. Esto se puede lograr depositando Ether (ETH) en un contrato multifirma que requiere múltiples firmas de múltiples claves privadas para ejecutarse. Esto permite que la transacción inicial del contrato abra un “canal”. Como resultado, los participantes pueden realizar transacciones fuera de la cadena muy rápidamente y con un costo relativamente bajo. Luego, cuando se finaliza la transacción, se puede enviar una única transacción en cadena a la cadena de bloques Ethereum para desbloquear el estado.

Esto es particularmente útil cuando el número de participantes se conoce de antemano, cuando se requieren muchas actualizaciones estatales y cuando los participantes están disponibles en todo momento. Además, los canales de pago ofrecen una versión simplificada de los canales que solo se ocupan de los pagos. Los canales de pago permiten transferencias de activos fuera de la cadena entre dos usuarios, siempre que la suma neta de las transferencias no exceda la de los tokens depositados.

Los canales estatales pueden ser una excelente manera de retirar activos instantáneamente o liquidar transacciones en la red principal, ya que facilitan un alto rendimiento con costos mínimos. Además, los canales estatales son ideales para micropagos de alta frecuencia. Sin embargo, los canales estatales pueden no ser adecuados para transacciones ocasionales. Además, los canales estatales requieren que la red sea monitoreada para garantizar la seguridad de los fondos y no apoyan la participación abierta.

Pros	Cons
Retiro / liquidación instantáneos en Mainnet (si ambas partes de un canal cooperan).	El tiempo y el costo para configurar y establecer un canal, no son tan buenos para transacciones ocasionales entre usuarios arbitrarios.
Es posible un rendimiento extremadamente alto.	Necesita vigilar periódicamente la red (requisito de vida) o delegar esta responsabilidad a otra persona para garantizar la seguridad de sus fondos.
El costo por transacción más bajo: bueno para la transmisión de micropagos	Tener que bloquear fondos en canales de pago abiertos.
	No apoya la participación abierta.

⚡️ Rollups

Los rollups son un tipo de solución de capa 2 que publica datos de transacciones en la cadena principal de Ethereum, pero ejecuta las transacciones fuera de ella. Se les da este nombre porque efectivamente “acumulan” varias transacciones en una sola transacción “enrollandolas”.

Además, las acumulaciones requieren que los “operadores” establezcan una fianza en un contrato acumulativo. Esto es para incentivar la correcta ejecución y verificación de transacciones. Hay dos tipos diferentes de paquetes acumulativos, cada uno con diferentes modelos y características de seguridad, estamos hablando de los Zk Rollups y los Optimistic Rollups.

????Zk Rollups (Zero Knowledge Rollups)

Las acumulaciones de conocimiento cero (ZK-rollups) son contratos inteligentes que agrupan o “acumulan” transacciones múltiples fuera de la cadena de capa 1 antes de generar una prueba criptográfica llamada SNARK (argumento de conocimiento sucinto no interactivo). Esto es lo que se conoce como una “prueba de validez”, que se publica en la capa 1. Los paquetes acumulativos ZK mantienen el estado de todas las transacciones en la capa 2. La única forma de actualizar este estado es con una prueba de validez.

Esto significa que los paquetes acumulativos ZK no requieren todos los datos de las transacciones para validar los bloques, lo que hace que el proceso sea más rápido y económico. Los paquetes acumulativos de ZK ejecutan cálculos fuera de la cadena antes de enviar una prueba de validez a la cadena de bloques Ethereum. Debido a que las transacciones se publican en la capa 1, los paquetes acumulativos de ZK heredan la seguridad de la cadena principal de Ethereum. Además, los resúmenes ZK permiten transferencias de activos casi instantáneas de la capa 2 a la capa 1, ya que los fondos se verifican mediante una prueba de validez.

Además, debido a que los resúmenes de ZK residen en la capa 2, pueden reducir drásticamente el tamaño de una transacción al representar una dirección como un índice. Además, los paquetes acumulativos de ZK escriben transacciones en la cadena principal de Ethereum como datos de llamada, lo que reduce las tarifas de gas. Sin embargo, no todos los paquetes acumulativos de ZK son compatibles con Ethereum Virtual Machine (EVM). Además, las pruebas de validez son computacionalmente intensivas, lo que significa que pueden no ser la mejor opción para aplicaciones que generan poca actividad en la cadena.

Pros	Cons
Tiempo de finalidad más rápido, ya que el estado se verifica instantáneamente una vez que las pruebas se envían a la cadena principal.	Algunos no tienen soporte en la EVM.
No vulnerable a los ataques económicos a los que pueden ser vulnerables los rollups Optimistic.	Las pruebas de validez son intensas de calcular, no vale la pena para aplicaciones con poca actividad en la cadena.
Seguro y descentralizado, ya que los datos que se necesitan para recuperar el estado se almacenan en la cadena de capa 1.	El operador puede influir en el pedido de transacciones.

Actualmente, existen varias implementaciones de ZK-rollups que se pueden integrar en aplicaciones descentralizadas (dApps) y protocolos de capa 2 de Ethereum. Estos incluyen Aztec 2.0, Hermez network, Loopring, Matter Labs, zkSync, Starkware y zkTube.

???? Optimistic Rollups

Corriendo en paralelo a la cadena principal de Ethereum, nos encontramos con los Optimistic rollups. Los rollups optimistas permiten una escalabilidad mejorada ya que no ejecutan cálculos por defecto. Más bien, “certifican ante notario” las transacciones a medida que se propone un nuevo estado a la red principal. Además, las transacciones que se ejecutan con los resúmenes optimistas se escriben en la cadena de bloques de Ethereum como datos de llamada, lo que reduce las tarifas de gas.

Cuando se usa Ethereum de forma nativa, los cálculos pueden ser lentos y costosos. Sin embargo, el uso de resúmenes optimistas puede mejorar enormemente la escalabilidad. Además, es probable que la introducción de cadenas de fragmentos haga que el escalado con resúmenes optimistas sea aún más efectivo, ya que habrá más datos disponibles en caso de una disputa de transacción.

Los paquetes acumulativos optimistas asumen la validez de las transacciones de forma predeterminada y utilizan “pruebas de fraude” para disputar transacciones. Debido a que los paquetes acumulativos Optimistic no ejecutan cálculos transaccionales, el mecanismo a prueba de fraude es necesario para evitar transacciones fraudulentas. Si un operador sospecha de una transacción fraudulenta, un resumen optimista ejecutará una prueba de fraude. Este suele ser el único evento en el que los resúmenes optimistas ejecutan cálculos. Como resultado, las transacciones que utilizan acumulaciones optimistas pueden tardar más en finalizar que cuando se utilizan acumulaciones ZK. Además, las acumulaciones optimistas pueden ser más vulnerables a los ataques que las acumulaciones ZK. Sin embargo, ambos tipos de acumulación se utilizan en varios protocolos de capa 2 de Ethereum.

Pros	Cons
Todo lo que pueda hacer en la capa 1 de Ethereum, lo puede hacer con los paquetes acumulativos Optimistic, ya que es compatible con EVM y Solidity.	Largos tiempos de espera para transacciones en cadena debido a posibles desafíos de fraude.
Todos los datos de las transacciones se almacenan en la cadena de capa 1, lo que significa que es seguro y descentralizado.	El operador puede influir en el pedido de transacciones.

⚡️ Plasma

Una cadena de plasma es una cadena de bloques separada que está anclada a la cadena principal de Ethereum y utiliza pruebas de fraude (como acumulaciones optimistas) para arbitrar disputas. Estas cadenas a veces se denominan cadenas “secundarias”, ya que son esencialmente copias más pequeñas de Ethereum Mainnet. Los árboles de Merkel permiten la creación de una pila ilimitada de estas cadenas que pueden funcionar para descargar el ancho de banda de las cadenas principales (incluida Mainnet). Estos obtienen su seguridad a través de pruebas de fraude, y cada child chain tiene su propio mecanismo para la validación de bloques.

Pros	Cons
Alto rendimiento, bajo costo por transacción.	No admite cálculos generales. Solo las transferencias básicas de tokens, los intercambios y algunos otros tipos de transacciones se admiten a través de la lógica de predicados.
Bueno para transacciones entre usuarios arbitrarios (sin gastos generales por par de usuarios si ambos están establecidos en la cadena de plasma)	Necesita vigilar periódicamente la red (requisito de vida) o delegar esta responsabilidad a otra persona para garantizar la seguridad de sus fondos.
	Depende de uno o más operadores para almacenar datos y entregarlos a pedido.
	Los retiros se retrasan varios días para permitir desafíos. En el caso de los activos fungibles, esto puede ser mitigado por los proveedores de liquidez, pero existe un costo de capital asociado.

⚡️ Sidechain

Una cadena lateral es una cadena de bloques separada que se ejecuta en paralelo a Ethereum Mainnet y funciona de forma independiente. Tiene su propio algoritmo de consenso (por ejemplo, prueba de autoridad, prueba de participación delegada, tolerancia a fallas bizantinas). Está conectado a Mainnet mediante un puente de dos vías.

Lo que hace que una cadena lateral sea particularmente emocionante es que la cadena funciona igual que la cadena principal de Ethereum porque se basa en el EVM. No usa Ethereum, es Ethereum. Esto significa que si desea utilizar su dapp en una cadena lateral, es solo cuestión de implementar su código en esta cadena lateral. Se ve, se siente y actúa como Mainnet: usted escribe contratos en Solidity e interactúa con la cadena a través de la API Web3.

Un gran ejemplo de esto es Polygon / Matic Network, que ha experimentado un aumento en la adopción en los últimos meses. Polygon / Matic utiliza los nodos de puntos de control de Plasma públicos como un puente de depósito desde la red principal de Ethereum a la cadena lateral de Matic. Otras soluciones híbridas incluyen Celer y Arbitrum.

Pros	Cons
Tecnológicamente establecido ya.	Menos descentralizado
Soporta computación general, compatibilidad con EVM.	Usa un mecanismo de consenso separado. No asegurado por la capa 1 por lo tanto tecnicamente, no es una capa 2.
	Un quórum de validadores de cadenas laterales puede cometer fraude.

Resumen final

No cabe duda que ha habido un “BOOM” en lo que se refiere a las finanzas descentralizadas (DeFi). en los últimos tiempos han aparecido centenares de protocolos, Dapps, juegos, etc. que han requerido del rendimiento de la red de Ethereum. En estos puntos se ha visto dónde hay ineficiencias pero a la vez, han aparecido nuevas oportunidades de mejora y nuevos desarrollos como pueden ser las soluciones de capa 2.

A la blockchain de Ethereum le queda muchisimo por recorrer y recordemos que todo este espacio criptográfico es muy joven, entendiendo que nos encontramos en una etapa de ensayo-error-mejora y seguramente, la experiencia de usuario que tenemos ahora mismo, no tendrá nada que ver en un futuro, siendo ésta mucho mejor.

Después de haber visto las distintas soluciones de Capa 2, esperamos que ahora tengáis una mejor visión del panorama actual, que si van apareciendo soluciones como Optimism ó Arbitrum, las sepamos ubicar y sepamos de qué tratan y qué nos ofrecen.

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