Si estás interesado en el mundo de la criptomoneda, seguramente has escuchado hablar de Ethereum, una de las redes blockchain más importantes y populares. Pero, ¿qué es Ethereum 2.0? En este artículo te explicaremos todo lo que necesitas saber sobre esta nueva versión de Ethereum.
¿Sabías que Ethereum 2.0 podría ser la clave para mejorar la escalabilidad de la red y reducir el consumo de energía en la minería de criptomonedas? Sigue leyendo y responderemos a todas las dudas que puedas tener.
¿Ethereum 2.0 es lo mismo que Ethereum?
Ethereum 2.0 es la actualización más importante de Ethereum desde su creación en 2015. Esta nueva versión (llamada Serenity) de la red tiene como objetivo mejorar la escalabilidad, seguridad y sostenibilidad de Ethereum. Uno de los principales cambios de Ethereum 2.0 es la implementación de un nuevo mecanismo de consenso llamado Proof of Stake (Prueba de Participación, PoS), en lugar del actual Proof of Work (Prueba de Trabajo, PoW). Este cambio supone reducir significativamente el consumo de energía en la minería de criptomonedas.
Además, Ethereum 2.0 tenía pensado introducir mejoras en la velocidad de la red que aumentaran el número de transacciones por segundo. Esto se quería lograr a través de la implementación de sharding, un proceso que divide la blockchain en fragmentos más pequeños y eficientes que son procesados en paralelo. Con estos cambios, se esperaba que Ethereum 2.0 incrementara sustancialmente el número de transacciones por segundo, en comparación con las 15 transacciones por segundo de Ethereum 1.0.
Otra mejora significativa que trae Ethereum 2.0 es la capacidad de ejecutar contratos inteligentes de forma más eficiente. La intención es sustituir la actual máquina virtual (EVM) por eWASM.
Sigue leyendo y te explicaremos con más detalles todas estas mejoras. Si quieres saber más sobre Ethereum te recomendamos la lectura previa de nuestro artículo sobre ¿Que es Ehereum y cómo funciona?.
Para dudas que te puedan surgir puedes recurrir al glosario de Ethereum.org.
¿Qué sucederá con Ethereum tras la llegada de Ethereum 2.0?
La transición a la nueva versión de la red fue diseñada para ser gradual y suave. La mayoría de las aplicaciones y contratos inteligentes existentes en la red de Ethereum deberían seguir funcionando sin problemas en Ethereum 2.0. Sin embargo, algunos cambios en la infraestructura y las operaciones de la red serán necesarios para permitir el uso completo de las nuevas características.
¿Qué se necesita para minar en Ethereum 2.0?
Ethereum 2.0 no emplea un algoritmo de consenso PoW, por lo que el minado ya no requiere de la resolución de complejos problemas criptográficos que necesitaban de gran potencia de cálculo, costosas inversiones en hardware y grandes consumos de energía.
Los mineros en Ethereum 2.0 se llaman validadores y el algoritmo de consenso es Proof-of-Stake. Para ello se necesita bloquear una cantidad mínima de ETH (32 ETH) dando lugar al llamado stake. Los validadores son los responsables de procesar transacciones y crear nuevos bloques en la red. A cambio, son recompensado al igual que ocurría con la cadena Ehereum clásica cada vez que añaden bloques nuevos a la cadena.
Problemas previos a Serenity
Ethereum ha venido sufriendo grades problemas de latencia debido a sus problemas de escalabilidad. Con un flujo estimado de 15 transacciones por segundo, la red se enfrentaba a un gran problema estructural que ponía en peligro su futuro.
Para entender por qué ocurre esto debemos entender el teorema CAP o también conocido como el Trilema de Escalabilidad. El teorema CAP fue introducido por Eric Brewer en 1998 y demostrado como teorema por Seth Gilbert y Nancy Lynch en 2002. Establece que cualquier blockchain no puede tener consistencia, disponibilidad y tolerancia a particiones simultáneamente. Veamos en detalle estos conceptos.
Consistencia, disponibilidad y tolerancia
La consistencia es una propiedad que garantiza que todos los nodos en un sistema distribuido tengan una copia única, actual e idéntica de los datos.
La disponibilidad significa que los nodos en el sistema están activos, accesibles para su uso, aceptan solicitudes entrantes y responden con datos sin fallos cuando sea necesario.
La tolerancia a particiones garantiza que si un grupo de nodos no puede comunicarse con otros nodos debido a fallos en la red, el sistema distribuido continúa funcionando correctamente. Esto puede ocurrir tanto por fallos en la red como por fallos en los nodos.
Retomando el teorema CAP; sólo podemos lograr dos de estas propiedades al mismo tiempo: AP (disponibilidad y tolerancia a particiones), CA (disponibilidad y consistencia) o CP (consistencia y tolerancia a particiones).
En gran problema de la escalabilidad
Ethereum, con buen criterio, ha decidido priorizar seguridad y descentralización. Esto generaba un gran problema de escalabilidad en la red que repercutía gravemente en el número de transacciones por segundo que era posible realizar. En un primer momento se propuso la implementación de la técnica conocida como sharding dentro de la actualización de Ethereum 2.0 pero esto ha acabado siendo descartado.
¿En que consistía en Sharding?
La intención era la de disponer de 64 fragmentos de cadena principal que serían procesadas en paralelo para reducir la latencia que se produce al usar el procesamiento lineal con una sola cadena de bloques. La Beacon chain iba a servir de cadena de bloques base almacenando las transacciones que tienen lugar en los fragmentos o shards.
¿Por que ha sido abandonado el sharding en Ehereum 2.0?
El gran problema del escalado de layer 1 o sharding es que requiere de nodos complejos que pueden fomentar la centralización de la red, lo que a su vez redunda en una clara merma de la seguridad.
La cadena de Layer 1 es la blockchain original de Ehereum. Esta formada por:
- Una red de nodos que aseguran y validan la red.
- Una red de nodos productores de bloques.
- La blockchain de Ethereum.
- El mecanismo de consenso PoS.
- Soporte para la blockchain de layer 2.
¿En qué consiste Layer 2?
La capa 2 hace referencia un conjunto de soluciones de escalabilidad para Ethereum. Para ello se crea una cadena de bloques independiente que aumenta la capacidad de Ethereum. Pero, ¿cómo funciona esto?
Esta segunda cadena va a permitir, entre otras cosas, procesar transacciones fuera de la cadena original, descongestionándola. Las transacciones procesadas en Layer 2 serán apuntadas en la cadena de bloques Layer 1 en una sola operación, dividiendo el coste total de la misma entre todas las transacciones. Layer 2 extiende la funcionalidad de Layer 1 heredando a cambio la seguridad de ella.
Layer 2 supone una reducción evidente en las comisiones (fee), un aumento de la productividad (transacciones por segundo) y una reducción en la complejidad de los nodos (lo que mejora la descentralización).
Este vídeo de Ethereum explica los conceptos de Layer 1 y Layer 2 de una manera muy clara y visual. Dispone de subtítulos en español.
Objetivos que pretende conseguir Ethereum 2.0
- Reducción de la complejidad: Uno de los principales objetivos de Ethereum 2.0 es la simplicidad estando incluso a costa de perder algo de eficiencia.
- Resiliencia: Se trata de asegurar la operatividad de la red incluso en caso de que se produzcan grandes particiones de red.
- Mayor seguridad: Ante la futura llegada de la criptografía cuántica y para mitigar su amenaza, se prevé que en Serenity se introduzca la criptografía resistente a los futuros ordenadores cuánticos.
- Mayor participación: Se espera que exista un gran número de validadores que contribuyan a mejorar la seguridad y la participación general.
- Mayor rendimiento HW: En lugar de requerir hardware especializado o GPUs de alta gama para realizar actividades de validación, se espera que en Ethereum 2.0 las actividades de validación se realicen utilizando equipos sin tantos requerimientos. Con la introducción de PoS, se espera un tiempo de bloque más rápido, lo que resulta también en una mejora del rendimiento.
Plan para desarrollar Serenity
En la website the Etherum.org se puede consulta el estado actual de desarrollo: Ethereum 2.0 roadmap y la historia de las actualizaciones que se llevan hechas hasta ese momento.
Vitalik Buterin tuiteo el plan de Ethereum organizado en varias categorías (que agrupan varias actualizaciones) estructuradas por sus efectos en la arquitectura de Ethereum:
- The Merge (la fusión): Cambio de PoW a PoS.
- The Surge (el auge): actualizaciones relacionadas con la escalabilidad mediante rollups y fragmentación de datos (data sharding. Danksharding). soluciones de escalado de capa 2 (layer 2).
- The Plague (la plaga): Se intenta mejorar la resistencia a la censura, la descentralización y mitigar los riesgos del protocolo de MEV.
- The Verge (el borde): Se busca facilitar la verificación de bloques.
- The Purgue (la reducción): Se centra en la reducción de los costos computacionales de ejecutar nodos y busca simplificar el protocolo.
- The Splurge (el desembolso): otras actualizaciones que no encajan bien en las categorías anteriores.
MEV o Valor Máximo Extraible
Inicialmente, el concepto de valor extraíble se aplicaba en el contexto de PoW (Valor Extraíble del Minero) y se refería al control que los mineros tenían sobre la inclusión, exclusión y orden de las transacciones. Sin embargo, con el cambio a PoS tras The Merge los validadores serán responsables de estas funciones y ya no se aplicará la minería. A pesar de esto, los métodos de extracción de valor seguirán siendo relevantes después de la transición, lo que ha llevado a un cambio de nombre. Con el objetivo de mantener el mismo acrónimo y el mismo significado fundamental, se ha adoptado el término Valor Extraíble Máximo.
Conceptos clave de Ethereum 2.0
Proof-of-Stake
Los validadores
Este mecanismo de consenso requiere que los nodos bloqueen un stake de 32 ETH para convertirse en validadores. Los validadores reciben una recompensa en ETH a cambio de añadir nuevos bloques a la cadena y por certificar a los que los han encontrado. Por el contrario, pueden sufrir penalizaciones por no validar o por hacerlo maliciosamente.
El depósito se realiza mediante un smart contract que se puso entre las actualizaciones de 2020 que supusieron el aumento de la dificultad en la prueba de esfuerzo que los nodos en PoW y la puesta en marcha de Beacon Chain.
Cualquier saldo superior a 32 ETH obtenido a través de recompensas no contribuye realmente al capital principal ni aumenta el stake del validador en la red, por lo que se retira automáticamente como pago de recompensa cada pocos días a la dirección dada por el validador.
Mientras que en PoW el tiempo de los bloques está determinado por la dificultad de la minería, en PoS, el tempo es fijo y se divide en intervalos de 12 segundos y épocas de 32 intervalos. Una vez seleccionado de forma aleatoria el validador para el intervalo en cuestión, éste propondrá un nuevo bloque y lo enviará a otros nodos de la red. Además, para cada intervalo, se elige aleatoriamente un comité de validadores, cuyos votos se utilizan para determinar la validez del bloque propuesto.
Proceso de validación
- El usuario crea y firma una transacción con su clave privada con su wallet fijando la cantidad de GAS que está dispuesto a pagar de comisión.
- La transacción llega a un cliente de ejecución de Ethereum que verifica su validez: Verificar que el remitente tenga fondos suficientes y que la transacción esté firmada con la clave correcta.
- Si la transacción es correcta, el cliente la guarda como transacciones pendiente y la difunde mediante el protocolo Gossip de la capa de ejecución. Los nodos que reciben la transacción, también la agregan a su lista de pendientes.
- El nodo seleccionado para proponer el bloque para el intervalo actual lo difunde.
- El resto de nodos reciben el nuevo bloque ejecutan las transacciones localmente para asegurar que el cambio de estado propuesto sea válido. Si todo es correcto el bloque se agrega a la base de datos local del nodo.
- La transacción se puede considerar finalizada, es decir, que no puede revertirse, si se ha convertido en parte de una cadena con un enlace de supermayoría (supermajority link) entre dos puntos de control (checkpoint) que tienen lugar al comienzo de cada época. Para obtener un enlace de supermayoría, ambos puntos de control deben ser corroborados por el 66% del ETH total apostado en la red.
Penalizaciones que pueden recibir los nodos
Para evitar comportamientos maliciosos, los validadores pierden recompensas en ETH si no participan cuando se les solicita, y su participación existente puede llegar a ser destruida si se comportan de manera deshonesta reiteradamente. Hay dos comportamientos principales que pueden considerarse deshonestos:
- Proponer múltiples bloques en un solo intervalo.
- Dar validaciones contradictorias.
La amenaza del ataque de 51% sigue estando presente en PoS, aunque para llevarla a cabo los atacantes tendría que controlar el 51% del total del stake. Un ataque así pondría en riesgo la existencia propia de la cadena de bloques (y el valor de ETH) y por lo tanto de lo invertido en ella; esto hace que no tenga mucho sentido desde un punto de vista económico.
Finalidad
Una transacción tiene finalidad (finality) cuando forma parte de un bloque y ya no se puede revertir sin que se requera la quema de una cantidad significativa de ETH.
Beacon Chain
Se trata de la cadena principal y administra su mecanismo de consenso PoS. Veamos algunas de sus funcionalidades:
- Producción de una buena calidad de aleatoriedad, que se utilizará para reducir el sesgo en la selección de los proponentes de bloques y los comités de certificación.
- Gestión de validadores y participación.
- Provisión de conjuntos de validadores (comités) para votar sobre bloques propuestos.
- Aplicación del mecanismo de consenso y los mecanismos de recompensa y penalización.
- Servir como cadena central donde se apoya la cadena de Layer 2.
Beacon nodes o Consensus client
Ethereum es una red distribuida de computadoras (conocidas como nodos) que ejecutan un software capaz de verificar bloques y datos de transacciones. Para convertir tu computadora en un nodo de Ethereum, es necesario ejecutar una aplicación de software conocida como cliente.
Antes de The Merge solo existía la capa de ejecución; funcionaba con un software de cliente que gestionaba todas las transacciones, la verificación de consenso de los bloques producidos por los mineros y la actividad de los usuarios en Ethereum. La capa de consenso (Beacon Chain) ha estado funcionando en una blockchain PoS separada desde diciembre de 2020.
La Ethereum posterior a The Merge consta de dos partes: la capa de ejecución y la capa de consenso. Ambas capas son ejecutadas por diferentes software de clientes, que se conocen como el cliente de ejecución y el cliente de consenso. La capa de ejecución escucha nuevas transacciones, las ejecuta en el EVM y mantiene el estado actualizado de la red. La capa de consenso implementa el algoritmo PoS que permite llegar a un acuerdo basado en datos validados por la capa de ejecución.
La regla de elección de bifurcaciones
Esta regla gobierna un mecanismo de manejo de forks para garantizar que en el caso de que se produzca una bifurcación, se elija automáticamente la cadena correcta y honesta. La regla tiene el sugerente nombre de Latest Message Driven Greediest Heaviest Observed SubTree o LMD GHOST (Subárbol Observado más Pesado y Codicioso Impulsado por el Mensaje Más Reciente).
La nueva moneda ETH 2
Se creará como un incentivo por validar la cadena Beacon y las cadenas shard, y por la compra a través del contrato de depósito o Staking (depositar una cantidad de ether o stake para convertirse en un validador y asegurar la red) utilizando la moneda ETH 1.
Estado de evolución actual
El 12 de Abril de 2023 se lanzó la actualización Shanghai/Capella que permitía por primera vez la retirada total del stake o el cobro de las comisiones que perciben los nodos validadores. Para ello los validadores deberán suministrar una dirección donde recibir los fondos en ETH.
Los cobros no se realizan como una transacción por los que son GAS free.
