¿Qué es la congestión de la red blockchain?

Basics

La congestión de la red en una blockchain ocurre cuando el volumen de transacciones supera la capacidad de la red para procesarlas de forma eficiente. Los factores que contribuyen a la congestión incluyen un aumento repentino de la actividad transaccional, tamaños de bloque limitados y tiempos de confirmación de bloque retrasados. Las implicaciones de la congestión pueden ser significativas, provocando tarifas de transacción más altas, tiempos de confirmación más largos y una experiencia de usuario subóptima. Un ejemplo claro ocurrió en la primavera de 2023, cuando la red de Bitcoin experimentó congestión debido al aumento de actividad asociado con los tokens BRC-20. Como resultado, las transacciones pendientes se acumularon y las tarifas alcanzaron niveles sin precedentes.

How Does Blockchain Network Congestion Happen?

La congestión de la red surge cuando el volumen de transacciones supera la capacidad de procesamiento de una red. Diversos factores, incluidos elementos externos como la volatilidad del mercado y características inherentes de la red, como el tamaño de bloque y el tiempo de bloque, influyen en esta situación. Antes de profundizar en los detalles, es vital entender cómo se añaden los bloques a la blockchain.

Blockchain Technology: How Does It Work?

En el núcleo de la tecnología blockchain se encuentra una serie de bloques interconectados, donde cada bloque contiene datos de transacciones aportadas por los usuarios. Estos bloques son indelebles e inmutables una vez añadidos a la cadena. Los bloques circulan por una red descentralizada de nodos, y cada nodo conserva una copia duplicada de toda la blockchain. A través de métodos criptográficos y teoría de juegos, la blockchain es la infraestructura fundamental para criptomonedas populares como Bitcoin y Ethereum.

Para comprender los factores que contribuyen a la congestión en las redes blockchain, es necesario explorar conceptos clave que influyen en la capacidad de procesamiento de transacciones de la red. Estos conceptos incluyen mempools, bloques candidatos, finalidad y el principio de la cadena más larga.

What Is a “Mempool”? 

Un mempool funciona como un repositorio de transacciones no verificadas que esperan ser incluidas en el siguiente bloque de una blockchain. Cuando un usuario inicia una transacción en la red de Bitcoin, esta pasa por un proceso antes de registrarse de forma permanente en la blockchain. Inicialmente, la transacción entra al mempool, que actúa como área de espera temporal para las transacciones pendientes. Las transacciones permanecen en el mempool hasta que son confirmadas y añadidas a un bloque. La confirmación ocurre cuando los mineros validan la transacción incluyéndola en un bloque recién minado. Una vez confirmada, la transacción se elimina del mempool y se anexa de forma permanente a la blockchain, asegurando su inmutabilidad.

What Is a “Candidate Blocks”?

Los bloques candidatos, también llamados "bloques propuestos", son bloques que los mineros o validadores presentan como posibles adiciones a la blockchain. Estos bloques contienen transacciones no confirmadas difundidas a la red pero que aún no han sido incorporadas a la cadena.

Para convertirse en un bloque confirmado, un bloque candidato debe someterse al proceso de minería o validación dictado por el mecanismo de consenso específico de la blockchain. En el caso del mecanismo de consenso Proof of Work (PoW) de Bitcoin, los mineros compiten por resolver un complejo acertijo matemático. El primer minero en resolverlo con éxito obtiene la oportunidad de añadir su bloque candidato a la blockchain y recibir una recompensa.

En el mecanismo de consenso Proof of Stake (PoS) de Ethereum, los validadores son elegidos de forma aleatoria para proponer bloques candidatos. Otros validadores luego emiten atestaciones para verificar la validez del bloque. Una vez que un bloque candidato recibe suficientes atestaciones, pasa de ser candidato a bloque confirmado.

What Does Blockchain "Finality" Mean? 

La finalidad en el contexto de blockchain se refiere al estado en que una transacción u operación se vuelve irrevocable y no puede ser cambiada o revertida. Una vez que una transacción alcanza la finalidad, es inmutable y queda registrada de forma permanente en la blockchain. La blockchain de Bitcoin difunde las transacciones a la red y las añade al mempool. Los mineros seleccionan y validan transacciones desde este conjunto e incluyéndolas en nuevos bloques que se añaden a la cadena. Las transacciones incluidas en un bloque se consideran confirmadas, pero todavía existe una posibilidad teórica de que otros mineros minen un bloque competidor.

El nivel de finalidad de las transacciones aumenta conforme se van añadiendo más bloques a la blockchain. En el caso de Bitcoin, normalmente se considera que una transacción es "final" una vez que se han añadido seis bloques adicionales al bloque que contiene esa transacción. Ethereum, con su tiempo de bloque más corto, recomienda un mayor número de confirmaciones para alcanzar un nivel similar de confianza en la finalidad de una transacción.

"Longest Chain" Principle: What Is It?

Como se explicó anteriormente, es posible que múltiples mineros produzcan bloques válidos simultáneamente, lo que genera bifurcaciones temporales en la blockchain. El principio de la "cadena más larga" establece que la versión válida de la blockchain se determina por la cantidad de trabajo computacional invertido en ella, típicamente representada por la cadena de bloques más larga. En consecuencia, los bloques "válidos" en cadenas más cortas, a menudo llamados bloques huérfanos o stale, se descartan y sus transacciones regresan al mempool.

En el caso de Ethereum, el principio de la cadena más larga se utilizaba cuando la red operaba con el mecanismo de consenso Proof of Work (PoW). Tras la transición de Ethereum a Proof of Stake (PoS) en 2022, la red adoptó un algoritmo actualizado de elección de fork que evalúa el "peso" de la cadena. Este peso se calcula en función de la suma acumulada de votos de los validadores, considerando los saldos de ether apostados por los validadores.

Blockchain Network Congestion: What Causes It?

La congestión de la red blockchain ocurre cuando el volumen de transacciones presentadas supera la capacidad de procesamiento de la red. Esta congestión puede atribuirse a varios factores:

• Mayor demanda: A medida que más usuarios envían transacciones a la blockchain, la cantidad de transacciones no confirmadas en el mempool puede exceder la capacidad de un solo bloque. Esto es especialmente relevante en blockchains con limitaciones de tamaño y tiempo de bloque. El aumento de la demanda puede surgir por volatilidades de precio que desencadenan una oleada de transacciones o por oleadas de adopción masiva.
• Tamaño de bloque pequeño: Cada blockchain tiene un tamaño de bloque predeterminado que dicta el número máximo de transacciones que pueden incluirse en un bloque. Por ejemplo, Bitcoin tuvo inicialmente un límite de tamaño de bloque de 1 megabyte. Sin embargo, mejoras como Segregated Witness (SegWit) han incrementado el límite teórico de tamaño de bloque a aproximadamente 4 megabytes. Si el número de transacciones supera este límite, se produce congestión en la red.
• Tiempos de bloque lentos: El tiempo de bloque se refiere al intervalo entre la adición de bloques consecutivos a la blockchain. Por ejemplo, Bitcoin tiene un tiempo de bloque objetivo de aproximadamente 10 minutos. Si las transacciones se generan más rápido y en mayores volúmenes de lo que la red puede manejar, se produce una acumulación de transacciones, contribuyendo a la congestión.

En resumen, la congestión de la red blockchain puede surgir por mayor demanda, tamaños de bloque pequeños y tiempos de bloque lentos, lo que impide que la red procese transacciones de forma eficiente.

How Does Network Congestion Affect Blockchain?

La congestión de la red blockchain puede tener varias consecuencias negativas que interrumpen el funcionamiento fluido de la red. Estas consecuencias incluyen:

Increased Transaction Fees

Cuando una red blockchain está congestionada, los usuarios a menudo pagan tarifas de transacción más altas para atraer la atención de los mineros y priorizar sus transacciones. Esto puede hacer que usar la blockchain sea más costoso, especialmente para transacciones pequeñas, ya que los usuarios deben pagar tarifas mayores para asegurar que sus transacciones se procesen con rapidez.

Delayed Transaction Confirmation Times

La congestión de la red puede resultar en tiempos de espera más largos para que las transacciones sean confirmadas y finalizadas. A veces, las transacciones pueden permanecer sin confirmar durante horas, días o incluso más. Tales retrasos pueden causar frustración en los usuarios que esperan confirmaciones rápidas de sus transacciones.

Poor User Experience

Las tarifas altas y los tiempos de confirmación lentos afectan significativamente la experiencia del usuario. Cuando los usuarios se enfrentan a tarifas costosas y largos tiempos de espera, puede disminuir su satisfacción y confianza en la blockchain. Esto, a su vez, puede obstaculizar la adopción y usabilidad de la tecnología blockchain.

Market Volatility

La congestión en la red blockchain puede contribuir a la volatilidad del mercado. Si muchos usuarios intentan vender sus tenencias de criptomonedas durante un periodo de congestión y la red no puede procesar esas transacciones de forma eficiente, puede generar incertidumbre y potencialmente amplificar la volatilidad del mercado.

Además, la congestión de la red puede plantear riesgos de seguridad y aumentar el riesgo de centralización de la red. Los tiempos de confirmación más largos pueden incrementar la posibilidad de ataques de doble gasto, donde un usuario intenta gastar la misma criptomoneda varias veces antes de que se confirmen las transacciones. Asimismo, las tarifas elevadas pueden concentrar el poder de minado en manos de pocos participantes, llevando a una red menos descentralizada. La congestión de la red blockchain puede resultar en tarifas elevadas, confirmaciones retrasadas, mala experiencia de usuario, volatilidad de mercado, riesgos de seguridad y preocupaciones de centralización. Estos desafíos subrayan la importancia de los esfuerzos de escalabilidad y optimización para asegurar el funcionamiento eficiente y fluido de las redes blockchain.

Blockchain Network Congestion: Examples

Las redes de Bitcoin y Ethereum han enfrentado congestión significativa, provocando diversos desafíos para los usuarios y afectando el rendimiento general de la red.

Bitcoin Network Congestion

Bitcoin experimentó un episodio notable de congestión durante el aumento de su precio entre finales de 2017 y principios de 2018. La mayor popularidad y demanda de Bitcoin provocaron una afluencia masiva de transacciones, causando retrasos significativos y tarifas de transacción sustanciales. En un momento dado, las tarifas promedio de transacción se dispararon por encima de los $50, lo que hizo que enviar transacciones fuera costoso y lento para los usuarios.

En la primavera de 2023, la red de Bitcoin enfrentó otro evento de congestión provocado por el incremento de la actividad transaccional relacionada con los tokens BRC-20. Este aumento de transacciones llevó a un número astronómico de transacciones pendientes y a tarifas en alza. El mempool, donde esperan las transacciones no confirmadas, sufrió un cuello de botella con casi 400,000 transacciones sin confirmar. En el transcurso de un par de semanas, las tarifas de transacción aumentaron más de un 300%.

Ethereum Network Congestion

La red de Ethereum también ha encontrado episodios de congestión. En 2017, el éxito viral del proyecto "CryptoKitties" ralentizó significativamente la red de Ethereum. La demanda abrumadora y las transacciones asociadas al proyecto congestionaron la red, provocando retrasos en el procesamiento de transacciones y un aumento de los precios del gas.

Además, el auge de las aplicaciones de finanzas descentralizadas (DeFi) en la red de Ethereum también ha contribuido a la congestión. La alta demanda para ejecutar contratos inteligentes e interactuar con protocolos DeFi ha hecho subir los precios del gas, encareciendo las transacciones para los usuarios.

Si bien cualquier red blockchain puede experimentar congestión, los casos de congestión en las redes de Bitcoin y Ethereum han llamado más la atención debido a su popularidad y relevancia en el ecosistema cripto. El impacto de la congestión en estas redes resalta la necesidad de soluciones de escalabilidad y optimizaciones para asegurar un procesamiento de transacciones más fluido y eficiente.

Solutions to Alleviate Network Congestion

Abordar la congestión de la red blockchain es un desafío complejo con diversas aproximaciones, cada una con sus compensaciones y consideraciones. Aquí hay varias estrategias que pueden emplearse.

Extending the Block Size

Este enfoque implica ampliar el tamaño de cada bloque, permitiendo que se procesen más transacciones simultáneamente. Los bloques más grandes aumentan el rendimiento de la red, pero tardan más en propagarse por la red, lo que puede llevar a bifurcaciones temporales. Además, los bloques más grandes requieren más espacio de almacenamiento, lo que puede contribuir a preocupaciones de centralización.

Block Time Reduction

Reducir el tiempo que tarda en generarse nuevos bloques puede acelerar el procesamiento de transacciones. Sin embargo, tiempos de bloque más cortos pueden resultar en un mayor número de bloques huérfanos, reduciendo la seguridad de la blockchain.

Layer 2 Solutions

Estas soluciones fuera de la cadena permiten transacciones fuera de la blockchain principal, con el estado final registrado on-chain. Ejemplos incluyen la Lightning Network de Bitcoin y Plasma de Ethereum. Las soluciones Layer 2 pueden mejorar la escalabilidad de forma significativa. No obstante, su complejidad de implementación y las consideraciones de seguridad asociadas deben abordarse cuidadosamente.

A Sharding System

El sharding implica dividir la blockchain en fragmentos más pequeños (shards), cada uno capaz de procesar transacciones y ejecutar contratos inteligentes de forma independiente. Este enfoque puede incrementar significativamente la capacidad de la red. Sin embargo, al igual que las soluciones Layer 2, el sharding introduce complejidad y potenciales riesgos de seguridad.

Otras medidas adicionales para aliviar la congestión incluyen ajustes en las tarifas y soluciones de escalado como los rollups optimistas y de conocimiento cero (ZK-rollups). Además, la adopción del mecanismo de consenso Proof of Stake (PoS), generalmente más rápido que Proof of Work (PoW), puede mejorar la eficiencia de la red. Es crucial evaluar a fondo las ventajas y desventajas de estos enfoques para determinar la solución más adecuada para redes blockchain específicas. Una comprensión integral de los requisitos de la red, consideraciones de seguridad y necesidades de los usuarios es esencial al abordar problemas de congestión.

Conclusion 

Los problemas de congestión de la red son cada vez más frecuentes, dado que más usuarios adoptan la tecnología blockchain en los próximos años. Para que una red sea ampliamente adoptada y valiosa, debe ser capaz de procesar un alto volumen de transacciones de manera eficiente. Esto es particularmente importante para sistemas blockchain destinados a facilitar transacciones cotidianas y en tiempo real. Existen desafíos significativos asociados a la congestión de la red blockchain, pero la comunidad continúa desarrollando soluciones para mitigarlos. La industria blockchain está invirtiendo fuertemente en investigación sobre escalabilidad.