La nueva actualización de Ethereum (2.0)

Aviso: Este resumen contiene contenido desactualizado. Desde que se escribió, Ethereum completó exitosamente "The Merge" y pasó a usar el consenso Proof-of-Stake que proporciona la Beacon Chain. Los planes de sharding en mainnet se orientaron hacia una hoja de ruta centrada en layer 2, impulsada por danksharding y principios de diseño modular.

Cuando Ethereum sentó las bases de un mundo de nuevas posibilidades descentralizadas, atrajo usuarios gracias a su soporte nativo para contratos inteligentes y aplicaciones descentralizadas. Sin embargo, su adopción por millones de personas requiere mucha energía y ha provocado tarifas de gas extremadamente altas, congestión de la red, tiempos de transacción largos y un gran tamaño de blockchain, problemas no poco comunes en proof of work, el mecanismo de consenso que usa Ethereum.

¿Qué es Ethereum 2.0?

Ethereum originalmente llamó a su nueva actualización Ethereum 2.0 o Eth2. Sin embargo, desde el 24 de enero de 2022, dejaron de usar ese término debido a malentendidos entre los usuarios. Ahora Ethereum prefiere los términos "execution layer" (Eth1) y "consensus layer" (Eth2).

Esta actualización de Ethereum nunca tuvo como objetivo reemplazar la capa de ejecución, sino complementarla. Por lo tanto, no existe Eth2, solo un Ethereum mejor y más evolucionado.

Esta actualización, también llamada Serenity, busca resolver algunos de los problemas estructurales de Ethereum haciéndolo más sostenible, escalable y seguro.

Ethereum pronto incluirá dos actualizaciones clave: Proof of Stake (PoS) y Sharding.

Cambio de mecanismo de consenso de proof of work (PoW) a proof of stake (PoS)

Proof of stake y proof of work se conocen como mecanismos de consenso. Estos mecanismos permiten que todas las computadoras de una red cripto determinada se pongan de acuerdo sobre qué transacciones son válidas.

PoS es un mecanismo de consenso en el que las transacciones son confirmadas por una red de validadores que hacen "staking" de su ETH, en lugar de mineros realizando cómputos de PoW. Al alejarse del proceso de PoW, computacionalmente intensivo, Ethereum será mucho menos intensivo en energía de aquí en adelante.

Incorporación de sharding

En el sharding, la blockchain se separa en secciones, distribuyendo la carga de la red. Antes, los nodos tenían que procesar todas las transacciones de la blockchain completa, pero con sharding, los nodos solo mantendrán las transacciones de su shard.

Transición a proof of stake

El cambio planeado por Ethereum llega en un momento en que nuevas blockchains como Algorand y Solana están ganando popularidad, en parte gracias a sus ventajas de PoS frente a Ethereum. Estas ventajas suelen traducirse en tarifas de transacción más bajas y tiempos de finalización más rápidos (velocidad).

Muchos consideran que proof of stake y mecanismos de consenso similares serán el estándar del futuro, incluido Vitalik Buterin, el fundador de Ethereum, quien cree que la mayoría de las blockchains eventualmente utilizarán proof of stake.

¿En qué se diferencian proof of stake y proof of work?

Ethereum actualmente usa PoW, un mecanismo pionero introducido por Bitcoin. PoW consiste en mineros, a menudo agrupados en lo que se conoce como mining pools, compitiendo por resolver problemas matemáticos complicados. En este proceso, los mineros compiten por calcular un hash que coincida con el objetivo actual de Bitcoin. El primero en encontrar el hash correcto termina actualizando la blockchain con las transacciones recién verificadas y recibe el token de la cadena como recompensa.

Si bien PoW es un método de consenso probado y seguro, se ha vuelto cada vez más impráctico e intensivo en energía a medida que las redes blockchain escalan. Redes compatibles con contratos inteligentes como Ethereum pueden generar un volumen de transacciones significativo. Validar estas transacciones usando PoW requiere una capacidad de cómputo enorme.

PoS resuelve esto reemplazando la minería con un mecanismo de staking que requiere que los validadores depositen una cantidad determinada del token de la cadena como garantía para poder participar como validador en la red. A diferencia de PoW, PoS requiere mucho menos poder computacional porque, en lugar de competir todos entre sí al mismo tiempo, se elige a un validador al azar.

Cuando se elige a un validador, este gana el derecho de escribir en la blockchain, y esa información luego es validada por el resto de la red en un proceso conocido como attestation. A cambio, los validadores reciben el token de la cadena como recompensa. Si un validador elegido propone un bloque incorrecto o malicioso, pierde su stake en un proceso conocido como slashing. Para operar un nodo validador en el Ethereum actualizado, es necesario hacer stake de un mínimo de 32 ETH.

¿Qué es el sharding?

El sharding, un concepto común en ciencias de la computación, consiste en dividir una base de datos para distribuir la carga. Para Ethereum, esto significará dividir la red en 64 cadenas conocidas como "shards". Al igual que la actual Ethereum Mainnet, cada shard eventualmente contendrá su propio conjunto de balances de cuentas y contratos inteligentes.

Al separar la blockchain en múltiples partes, los validadores dejarán de ser responsables de procesar cada transacción difundida en la red de Ethereum. En cambio, los validadores verificarán los nuevos bloques en su propio shard, que luego confirma un "comité" (128 validadores seleccionados al azar) en la cadena principal de Ethereum. Una vez que un bloque de shard tiene suficientes attestations, se crea un "cross-link" con la Beacon Chain para confirmar las transacciones de toda la red.

The Beacon Chain es el principal mecanismo de coordinación de los shards. Es responsable de transmitir la información de estado de los shards hacia y desde otros shards, además de gestionar el proceso de validación. La Beacon Chain generará números aleatorios para asignar stakers que validen las shard chains.

¿Cómo afectará esto a la sostenibilidad?

Dado que PoS depende de hacer staking de una moneda en lugar de poder de cómputo como en PoW, es significativamente menos intensivo en energía. Esta es una mejora importante para Ethereum, ya que hoy se estima que el consumo anualizado de la red es de 112.9 TWh, aproximadamente equivalente al consumo anual de los Países Bajos (un país de 17.4 millones de personas).

El equipo de desarrollo de Ethereum estima que esta transición podría reducir el consumo de energía en un 99.95%.

¿Cómo afectará esto a la escalabilidad?

Junto con los beneficios energéticos, PoS y el sharding ampliarán en gran medida la capacidad de Ethereum.

Actualmente, la red de Ethereum solo puede soportar 15 transacciones por segundo. Con millones de usuarios uniéndose y nuevas aplicaciones lanzándose a diario, este límite de transacciones ha restringido significativamente la utilidad de Ethereum. Además, los mecanismos de consenso actuales requieren que cada nodo mantenga los datos de toda la red, que ya superan 1TB. A medida que la red escala, estos requisitos de espacio en disco cada vez mayores son insostenibles y limitan quién puede operar un nodo.

Con PoS, operar un nodo no requerirá inversiones tan significativas en hardware y energía, y estos costos no aumentarán con el tamaño de la red.

Además, incorporar sharding descongestionará la red, ya que se podrán procesar más transacciones simultáneamente y se reducirán los requisitos de almacenamiento. Según el equipo de desarrollo de Ethereum, estos cambios pueden dar como resultado un throughput de 100,000 transacciones por segundo.

¿Cómo afectará esto a la seguridad?

Otro beneficio de PoS es que aumentará la descentralización y mejorará la seguridad. Los requisitos de hardware serán menores, lo que reducirá la barrera de entrada para más nodos en la red. Tras la actualización, Ethereum tendrá al menos 16,384 validadores, en comparación con los 2,700 actuales.

El cambio a PoS también desincentiva aún más los ataques potenciales. Primero, un intento de ataque por parte de validadores podría hacer que el protocolo destruya el ETH que tienen en stake, en un proceso conocido como slashing. Segundo, ataques como un ataque del 51% o un ataque Sybil ahora requerirían que los atacantes controlaran el 51% del ETH en stake, en lugar de controlar el 51% del poder de minería de la red. No solo se trata de una cantidad poco realista (~USD 15 mil millones a la fecha), sino que probablemente provocaría una devaluación significativa de ETH, lo que desincentiva ese tipo de ataque.

¿En qué punto estamos de la hoja de ruta de desarrollo de Ethereum?

Antes de la actualización

En 2015, Vitalik Buterin reconoció la necesidad de una actualización a PoS. Esta actualización no solo es significativa para la plataforma, sino que también concreta la visión que Buterin tenía desde hace tiempo para Ethereum, y en la que el equipo central de la Ethereum Foundation ha estado trabajando durante muchos años.

"Se puede pensar en Ethereum 1.0 como un prototipo. Tuvimos que lanzar algo que sabíamos que no sería escalable para demostrar que se podían construir aplicaciones descentralizadas". — Joe Lubin, cofundador de Ethereum.

La beacon chain

El 1 de diciembre de 2020, la Beacon Chain, la primera parte de esta nueva actualización, se puso en marcha. Por ahora, la Beacon Chain y la Ethereum Mainnet existen como cadenas paralelas y no ha cambiado nada respecto a cómo usamos la cadena original de Ethereum.

La actualización de la Beacon Chain introduce PoS en Ethereum. Los usuarios ahora pueden usar contratos de depósito para transferir su ETH desde la Mainnet a la Beacon Chain, lo que les permite hacer staking de su ETH y contribuir a la seguridad de la Beacon Chain. Sin embargo, los retiros no serán posibles hasta que la Ethereum Mainnet se "acople" a la Beacon Chain en la próxima actualización conocida como "the Merge". Esto significa que quienes hagan staking de su ETH tendrán que esperar un poco para recibir sus recompensas. Actualmente, hay ~10 millones de ETH en stake de un suministro total de ~120 millones.

Inicialmente, los validadores agregarán nuevos bloques solo a la Beacon Chain. Pero una vez que ocurra "the Merge", estos validadores comenzarán a aportar bloques a la red principal de Ethereum.

Al establecer PoS, la Beacon Chain proporciona la infraestructura necesaria para que ocurra el sharding. Con el tiempo, la Beacon Chain se encargará de asignar aleatoriamente a los validadores de las shard chains, algo necesario para lograr un sharding seguro. Está previsto que el sharding se agregue en la actualización posterior a "the Merge".

The merge

Originalmente planeado para el Q4 de 2021, "the Merge" ahora está previsto para el Q2 de 2022. Una vez completado, la Ethereum Mainnet se convertirá en un shard dentro de la Beacon Chain, y PoS pasará a ser el mecanismo de consenso oficial. El shard de la Ethereum Mainnet usará PoS, poniendo fin tanto a PoW como a la minería en Ethereum.

Al incorporar la Mainnet, este nuevo Ethereum basado en PoS tendrá la capacidad de ejecutar contratos inteligentes y contará con todo el historial y estado completos de Ethereum.

Es importante señalar que funciones como el retiro del ETH en stake no estarán disponibles inmediatamente después de "the Merge". Estas están previstas para el primer hard fork que le siga.

Shard chains

Previstas para 2023, las shard chains llegarán en dos actualizaciones.

Versión 1: disponibilidad de datos

Las shard chains inicialmente solo proporcionarán datos adicionales a la red de Ethereum, agregando 63 nuevas cadenas (64 en total). En su lanzamiento, no admitirán transacciones ni contratos inteligentes. Sin embargo, estas cadenas adicionales, junto con los Rollups, mejorarán drásticamente la capacidad de transacciones y reducirán las tarifas de gas, allanando el camino para decenas de miles de transacciones por segundo.

Los Rollups son una solución de layer 2 que ejecuta transacciones fuera de la cadena principal de Ethereum (layer 1) y luego publica los datos de las transacciones completadas en layer 1. Este proceso de "agrupar" transacciones en una sola transacción fuera de cadena tiene beneficios de escalabilidad significativos.

Versión 2: ejecución de código

La parte final de la actualización hará que los shards se parezcan más a la actual Ethereum Mainnet, permitiéndoles procesar transacciones y ejecutar contratos inteligentes. Los shards también podrán comunicarse entre sí, lo que permitirá transacciones entre shards.

Si este paso es necesario o no es algo que se debate dentro de la comunidad de Ethereum. Muchos consideran que el aumento en transacciones por segundo que ofrece la "Versión 1: disponibilidad de datos" es suficiente, y que por lo tanto no hace falta contar con shards "más inteligentes".

Queda por ver hasta qué punto los shards de ejecución serán necesarios para acelerar la entrega.

Implicancias más amplias de la actualización de Ethereum

Una vez que se concreten las actualizaciones de Ethereum, es posible que Ethereum resuelva muchos de los cuellos de botella que enfrenta el ecosistema general de su blockchain. Al momento de escribir esto, los precios del gas fácilmente superan los 80 Gwei (~USD 30), lo que hace que las transferencias de montos pequeños sean poco prácticas y, por lo tanto, limita el número de usuarios. Además, esta congestión provoca tiempos de transacción largos, en muchos casos de varias horas, lo que limita aún más la utilidad actual de Ethereum.

Con los nuevos avances de Ethereum en sostenibilidad, escalabilidad y seguridad, muchos de estos cuellos de botella mejorarán, lo que allanará el camino para una mayor adopción de Ethereum y nuevos casos de uso.

Si bien el espacio de Web3 en su conjunto se beneficiará sin duda de las mejoras técnicas que trae esta actualización, algunas áreas de DeFi, como los préstamos y el yield farming, podrían enfrentar mayor competencia, ya que el staking podría convertirse en una alternativa a estas estrategias de inversión. Sin embargo, esto probablemente sea una preocupación innecesaria, al menos en el corto plazo, dado que los rendimientos de DeFi suelen superar las recompensas de staking del Ethereum actualizado.

Cuánto tiempo tardarán las aplicaciones en pasar a esta nueva tecnología sigue siendo una pregunta abierta. Jack O'Holleran, CEO de Skale Labs, creadores de la red Skale, sugiere que la mayoría de las aplicaciones esperarán hasta que ocurra "the Merge" y probablemente hagan la transición después, "a su propio ritmo". Y aunque todavía no está claro exactamente cuándo se completará o se adoptará por completo la actualización, es claro que, una vez concluida, tendrá el potencial de generar mejoras profundas en todo el ecosistema.