¿Qué es la congestión de una red blockchain?

Resumen

• La congestión de una red blockchain ocurre cuando la cantidad de transacciones enviadas a la red excede la capacidad de procesamiento.
• Un incremento en las actividades de transacción, tamaños de bloque pequeños y tiempos de bloque lentos pueden contribuir a la congestión de la red.
• Las consecuencias de la congestión de red incluyen comisiones de transacción más altas, confirmaciones de transacciones más lentas y una mala experiencia de usuario. 
• En la primavera de 2023, la red Bitcoin se congestionó cuando un incremento de actividades de transacción relacionadas con los tokens BRC-20 ocasionaron que las transacciones pendientes y las comisiones de dispararan. 

¿Qué es una congestión de red?

La congestión de red ocurre cuando la cantidad de transacciones enviadas a la red excede su capacidad para procesarlas. Este fenómeno tiene varios factores contribuyentes, algunos externos, como la volatilidad del mercado, y otros por características intrínsecas de la red, como el tamaño de bloque y el tiempo de bloque. 

Antes de analizar los detalles, es fundamental examinar el proceso a través del cual se agregan bloques a la blockchain. 

¿Cómo funciona la tecnología blockchain? 

Una blockchain consiste en una cadena de bloques en la que cada bloque contiene datos de transacciones creadas por los usuarios. Cada bloque nuevo que se agrega a la cadena es permanente e inmutable. 

Estos bloques se propagan a través de una red descentralizada de nodos y cada uno almacena una copia de la blockchain. Protegida por criptografía y la teoría de juegos, la blockchain forma el pilar de las criptomonedas como bitcoin y ether.

Para entender cabalmente por qué la red blockchain puede congestionarse, tendremos que explorar los conceptos clave que juegan un papel en la habilidad de una red para procesar transacciones: mempools, bloques candidato, irrevocabilidad y el principio de cadena más larga.

¿Qué es un «mempool»? 

Un mempool se refiere al conjunto de transacciones sin confirmar que están esperando a ser incluidas en el próximo bloque. 

Por ejemplo, cuando se transmite una transacción en la red Bitcoin, no se agrega a la blockchain inmediatamente. Primero entra en el mempool (abreviatura de pool de memoria), que es esencialmente un área de espera para todas las transacciones pendientes. Una transacción se eliminará del mempool cuando se haya confirmado. 

¿Qué son los «bloques candidato»? 

Los bloques candidato, también conocidos como «bloques propuestos», son los que los mineros o validadores proponen que se agreguen a la blockchain. Estos bloques contienen transacciones sin confirmar que se transmitieron a la red, pero no se han incluido en la blockchain.

Para que un bloque candidato se convierta en un bloque confirmado, debe minarse o validarse de acuerdo al mecanismo de consenso de la blockchain. Por ejemplo, el mecanismo de consenso Proof of Work (PoW) de Bitcoin permite que los mineros compitan para resolver un acertijo matemático complejo. El primer minero que lo resuelva puede agregar su bloque candidato a la blockchain y ganar una recompensa.

En el mecanismo de consenso Proof of Stake (PoS) de Ethereum, los validadores son seleccionados de forma aleatoria para proponer bloques candidato. Otros validadores certifican la validez del bloque. Cuando un bloque recibe suficientes certificaciones, pasa de ser un bloque candidato a ser un bloque confirmado.

¿Qué es la «irrevocabilidad» en blockchain? 

La irrevocabilidad es cuando una transacción u operación ya no se puede cambiar o revertir. Una vez que una transacción alcance la irrevocabilidad, quedará permanentemente registrada en la blockchain y no se podrá alterar o eliminar.

En la blockchain Bitcoin, las transacciones se transmiten a la red y se agregan al mempool. Los mineros seleccionan y verifican transacciones de este pool y las incluyen en nuevos bloques para agregar a la blockchain. Las transacciones incluidas en ese bloque se consideran como confirmadas, pero, teóricamente, todavía es posible que otros mineros minen un bloque competidor. 

La irrevocabilidad de las transacciones aumenta a medida que aumenta la cantidad de bloques confirmados. Las transacciones de Bitcoin generalmente se consideran «irrevocables» una vez que se hayan agregado seis bloques adicionales al bloque que contiene dichas transacciones. Debido al tiempo de bloque más corto de Ethereum, se recomienda tener una mayor cantidad de confirmaciones para alcanzar un nivel similar de confianza en su «irrevocabilidad».

¿Cuál es el principio de «cadena más larga»? 

Como explicamos antes, múltiples mineros pueden producir bloques válidos nuevos en momentos similares. Esto puede generar forks temporales en la blockchain.

El principio de «cadena más larga» se refiere a la regla de que la versión válida de la blockchain es la que tiene más trabajo informático invertido en ella, la cual suele ser la que tenga la cadena de bloques más larga. Como resultado, los bloques «válidos» en las cadenas más cortas, a menudo llamados bloques huérfanos u obsoletos, se descartan y sus transacciones se devuelven al mempool.

Ethereum aplicaba el principio de cadena más larga cuando la red usaba el mecanismo Proof-of-Work (PoW). Después de que Ethereum pasó a usar Proof of Stake (PoS) en 2022, la red adoptó un algoritmo actualizado de elección de fork que mide el «peso» de la cadena, o sea, la suma acumulada de votos de los validadores ponderada en función de los balances de ether en staking de los validadores.

¿Qué causa una congestión de red blockchain? 

Una congestión de red ocurre cuando la cantidad de transacciones enviadas a la red excede su capacidad para procesarlas.

Hay varias razones por las cuales las redes blockchain se podrían congestionar: 

Aumento de la demanda

A medida que más personas envían transacciones a la blockchain, la cantidad de transacciones sin confirmar en el mempool puede exceder lo que se puede incluir en un solo bloque. Esto es particularmente relevante para blockchains con limitaciones inherentes de tamaño y tiempo de bloque. 

Un incremento de transacciones puede estar impulsado por volatilidades repentinas de precio, que llevan a un aumento en actividades de transacción u oleadas de ciclos masivos de adopción. 

Tamaño de bloque pequeño

Cada blockchain tiene un tamaño de bloque que define el tamaño máximo que puede tener un bloque. Este tamaño limita cuántas transacciones puede incluir un bloque. 

Por ejemplo, originalmente Bitcoin se diseñó para tener un límite de tamaño de bloque de 1 MB. En 2017, Bitcoin implementó una mejora llamada Segregated Witness o SegWit, para mejorar la capacidad de procesamiento de transacciones. Esto aumenta el límite teórico de tamaño de bloque hasta aproximadamente 4 MB. 

Si el número de transacciones excede el límite, se genera una congestión de la red.

Tiempos de bloque lentos 

El tiempo de bloque se refiere a la frecuencia con la cual se agrega un nuevo bloque a la blockchain. Bitcoin agrega un nuevo bloque aproximadamente cada 10 minutos. Si se están creando transacciones a una tasa mucho más rápida y volumen mayor, habrá retrasos en las transacciones.

¿Cuáles son las consecuencias de la congestión de red? 

La congestión de una red blockchain puede traer varias consecuencias negativas que dificultan la capacidad de la red para funcionar sin problemas. 

Aumento de las comisiones de transacción 

Se incentiva a los mineros a priorizar ciertas transacciones pagando comisiones más altas. Entonces, cuando una red blockchain se congestiona, los usuarios suelen tener que pagar comisiones de transacción más altas para incentivar a los mineros a priorizar sus transacciones. Esto puede hacer que el uso de la blockchain sea más caro de lo normal, particularmente para transacciones más pequeñas.

Demora en los tiempos de confirmación de transacciones 

La congestión de la red puede provocar tiempos de espera más largos para que se den las confirmaciones de transacción e irrevocabilidad. En casos extremos, algunas transacciones pueden no ser confirmadas por varias horas, días o incluso más tiempo. Esto puede causar frustración entre los usuarios. 

Una mala experiencia de usuario 

Comisiones altas y tiempos de confirmación lentos pueden resultar en una mala experiencia de usuario, lo cual potencialmente podría reducir la adopción y usabilidad de la blockchain.

Volatilidad del mercado 

La congestión podría aumentar la incertidumbre y contribuir a la volatilidad del mercado. Si hay muchos usuarios intentando vender criptomonedas, pero la red está muy congestionada como para procesar estas transacciones, los usuarios podrían entrar en pánico e intentar deshacerse de sus holdings rápidamente.

Existen más consecuencias, como riesgos de seguridad y riesgos de centralización de la red. Específicamente, los tiempos de confirmación más largos pueden incrementar el riesgo de ataques de doble gasto, y las comisiones altas podrían llevar a la centralización del poder minero.  

Ejemplos de congestión de red 

Tanto la red Bitcoin como Ethereum han experimentado congestiones de red significativas.  

Congestión en la red Bitcoin

El notable aumento de precio de Bitcoin a finales de 2017 e inicios de 2018 condujo a uno de los eventos de congestión de red más prominentes hasta la fecha. El aumento de la popularidad de Bitcoin llevó a un incremento masivo en la demanda y en la cantidad de transacciones, lo que generó retrasos significativos y aumentos en la comisión de transacción desorbitantes. En un punto, las comisiones de transacción promedio superaban los 50 USD.

En la primavera de 2023, la red Bitcoin se volvió a congestionar, ya que un incremento de actividades de transacción relacionadas con los tokens BRC-20 ocasionaron que las transacciones pendientes y las comisiones se dispararan. En un punto, se registraron casi 400,000 transacciones sin confirmar, lo que causó un cuello de botella en el mempool. Las comisiones de transacción aumentaron en más de un 300% en un par de semanas. 

Congestión en la red Ethereum

Un ejemplo notable de congestión de la red Ethereum ocurrió en 2017, cuando el proyecto «CryptoKitties» se volvió viral y ralentizó significativamente la red. También ha habido congestión de red debido al auge de DeFi que generó aumentos del precio de gas.

Cualquier red blockchain se puede congestionar, pero las instancias de congestión de red en las redes Ethereum y Bitcoin han atraído más atención que las de otras blockchains porque han tenido un impacto más amplio debido a su popularidad e importancia.  

Soluciones para aliviar la congestión de red

Abordar la congestión de una red blockchain es un tema complejo. Hay varios enfoques y cada uno tiene sus ventajas y desventajas. 

Incrementar el tamaño de bloque

Incrementar el tamaño de bloque permite procesar más transacciones por bloque y aumenta efectivamente la capacidad de procesamiento de la red. Sin embargo, los bloques más grandes tardan más en propagarse a través de la red, lo que eleva el riesgo de que surjan forks temporales. También requieren más espacio de almacenamiento, lo cual podría conducir a una mayor centralización.

Disminuir el tiempo de bloque 

Reducir el tiempo de bloque puede permitir que la red procese transacciones más rápido. Sin embargo, los tiempos de bloque más cortos pueden incrementar la cantidad de bloques huérfanos y potencialmente comprometer la seguridad.

Soluciones de Capa 2 

Estas soluciones fuera de la cadena procesan transacciones fuera de la blockchain principal y registran el estado final dentro de la cadena. Lightning Network de Bitcoin y Plasma de Ethereum son ejemplos de estas soluciones. Pueden aumentar la escalabilidad, pero son complejas de implementar y pueden sumar problemas de seguridad adicionales.

Fragmentación o «sharding» 

El sharding es una técnica mediante la cual la blockchain se divide en varios fragmentos más pequeños, cada uno capaz de procesar transacciones y contratos inteligentes. Esto puede aumentar significativamente la capacidad de una red. Sin embargo, de forma similar a las soluciones de capa 2, el sharding aumenta la complejidad y puede introducir riesgos de seguridad adicionales.

Otras soluciones potenciales para la congestión de red incluyen ajustes de las comisiones y soluciones de escalabilidad, como rollups optimistas y zero-knowledge. El mecanismo de consenso Proof of Stake (PoS) generalmente es más rápido que Proof of Work (PoW).  

Conclusiones 

Como se espera que la tecnología blockchain sea adoptada por más usuarios en los próximos años, los problemas de congestión de red están ganando protagonismo. La capacidad de una red de procesar un gran volumen de transacciones de manera eficiente es fundamental para permitir una amplia adopción y usabilidad. Esto es particularmente relevante para sistemas blockchain que pretendan facilitar transacciones diarias en tiempo real.

Aunque la congestión de redes blockchain plantea desafíos significativos, la comunidad continúa desarrollando soluciones para ayudar a mitigar estos problemas. Esta es la razón por la cual la investigación en torno a la mejora de la escalabilidad de la blockchain está a la vanguardia de la industria.