Evaluación
experimental de una arquitectura híbrida adaptativa para la gestión de
identidades digitales basada en Blockchain
Autores:
Luis Eduardo Chichanda Garcia, Jorge
Roberto Loayza Zambrano,
Aura Dolores Zambrano Rendon
Escuela Superior
Politécnica Agropecuaria De Manabí Manuel Félix López(ESPAM)
luischichandagarcia@gmail.com,
robcuero94@gmail.com,
azambrano@espam.edu.ec,
Calceta, Ecuador
DOI: https://doi.org/10.56124/encriptar.v9i17.011
RESUMEN
Palabras
clave: identidad digital, arquitectura híbrida, Blockchain, eficiencia energética,
sistemas distribuidos.
Experimental
evaluation of an adaptive hybrid architecture for Blockchain based digital
identity management
ABSTRACT
The
management of digital identities unfolds in a context of persistent tension between
security, performance, and energy consumption, particularly when centralized architectures
are compared with blockchain-based approaches. In this setting, the present study
introduces and evaluates an adaptive hybrid architectural model that integrates
centralized and decentralized processing and switches dynamically according to system
load, risk level, and operational criticality. The research is structured as an
applied, quantitative study with a comparative experimental design, in which three
functionally equivalent environments, namely centralized, decentralized, and hybrid,
were implemented, and tests were conducted using 500 digital identities under five
concurrency levels (50, 100, 200, 500, and 1000 requests). Latency, CPU utilization,
energy consumption, and a computational energy efficiency metric (EPR), expressed
in Wh per transaction, were
systematically recorded. The results show that the hybrid model maintains global
latency and EPR values that are very close to those of the centralized architecture,
whereas the decentralized architecture generally exhibits higher energy consumption
per transaction and greater CPU demand, even though its EPR improves under extreme
load scenarios. Overall, the findings support the view that adaptive hybrid architectures
can balance traceability and efficiency and emerge as a viable alternative for digital
identity systems operating under variable loads and computational sustainability
constraints.
Keywords: digital identity, hybrid architecture,
Blockchain, energy efficiency, distributed systems.
1.
Introducción
Dentro de este contexto, los modelos centralizados han
sido ampliamente utilizados para la gestión de identidades digitales debido a
su estructura simple, facilidad de administración y menores costos iniciales de
implementación, sin embargo, la concentración de la información en repositorios
únicos ha evidenciado debilidades estructurales relevantes asociadas a puntos
únicos de fallo, a la exposición masiva de datos y a la vulnerabilidad frente a
ataques de gran escala, lo que ha generado una pérdida progresiva de confianza
por parte de usuarios y organizaciones en estos esquemas tradicionales (Appenzeller
et al., 2022).
En respuesta a estas limitaciones, la tecnología
Blockchain ha surgido como una alternativa orientada a fortalecer la seguridad
y la trazabilidad de los sistemas de identidad digital mediante el uso de
registros distribuidos, mecanismos criptográficos avanzados y contratos
inteligentes que reducen la dependencia de intermediarios centralizados,
permitiendo mejorar la transparencia y la auditabilidad de los procesos en
contextos donde la soberanía del dato y la verificación independiente de la
información resultan aspectos prioritarios (Ul et
al., 2024).
No obstante, de acuerdo con la literatura
especializada, las arquitecturas completamente descentralizadas presentan
limitaciones operativas significativas asociadas al incremento de la latencia,
a la elevada demanda de recursos computacionales y a un mayor consumo
energético en comparación con los sistemas centralizados, lo que afecta su
escalabilidad y sostenibilidad cuando se enfrentan a escenarios de alta
concurrencia y uso intensivo, restringiendo así su adopción en entornos
operativos reales donde la eficiencia y la experiencia del usuario constituyen
factores críticos (Islam
& Apu, 2024).
En este marco, diversos estudios han analizado la
gestión de identidades digitales desde enfoques técnicos y organizacionales,
señalando que la arquitectura tecnológica influye directamente en la latencia,
la resiliencia y el consumo energético de los sistemas, por lo que el desafío
actual no se limita a reforzar la seguridad, sino a lograr un equilibrio
sostenible entre eficiencia operativa, trazabilidad y escalabilidad, lo que
justifica la adopción de modelos híbridos y adaptativos como alternativa a los esquemas
tradicionales reportados en la literatura reciente (Islam & Apu, 2024; Chen
et al., 2025).
Frente a este panorama, han surgido enfoques híbridos
que combinan componentes centralizados y descentralizados con el propósito de
aprovechar las fortalezas de ambos paradigmas, de modo que estas arquitecturas
buscan conservar la eficiencia y agilidad de los sistemas tradicionales al
mismo tiempo que incorporan capacidades de seguridad, trazabilidad y
resiliencia propias de la tecnología Blockchain, configurándose como una
alternativa viable para la gestión de identidades digitales en entornos
complejos y dinámicos (Chen
et al., 2025).
Por su parte, distintos antecedentes señalan que la
integración de estos enfoques incrementa la complejidad técnica de los sistemas
y exige mecanismos de coordinación más avanzados para gestionar adecuadamente
los flujos de información y la asignación de recursos computacionales, además
de que persiste una limitada evidencia empírica sobre el comportamiento de
arquitecturas híbridas adaptativas capaces de ajustar su funcionamiento en
función de la carga del sistema, el nivel de riesgo y la criticidad de las
transacciones procesadas, lo que constituye un vacío relevante en la literatura
científica actual (Le et
al., 2025).
En función de lo anterior, los estudios comparativos
disponibles indican que ni las arquitecturas centralizadas ni las completamente
descentralizadas logran optimizar de manera simultánea el rendimiento técnico,
la resiliencia ante fallos y la eficiencia energética en escenarios
caracterizados por una alta variabilidad operativa, lo que pone de manifiesto
la necesidad de explorar soluciones arquitectónicas que permitan una gestión
más inteligente de los recursos computacionales sin comprometer los niveles de
seguridad exigidos en los sistemas de identidad digital contemporáneos (Bulgakov
et al., 2024).
En coherencia con
estos antecedentes, el presente estudio surge de la necesidad de optimizar la
gestión de identidades digitales en escenarios caracterizados por alta
variabilidad operativa. En este contexto, el objetivo del artículo es analizar
experimentalmente un modelo arquitectónico híbrido adaptativo para la gestión
de identidades digitales, evaluando su desempeño en términos de rendimiento,
resiliencia y eficiencia energética en comparación con arquitecturas
centralizadas y descentralizadas bajo distintos niveles de carga y criticidad.
En función de este
propósito, se establecen los siguientes objetivos específicos:
1. Comparar la latencia media entre las arquitecturas
evaluadas en diferentes escenarios de carga concurrente.
2. Evaluar la eficiencia energética mediante la métrica
EPR expresada en Wh por transacción.
3. Analizar el comportamiento del uso de CPU como
indicador del esfuerzo computacional asociado a cada modelo arquitectónico.
4. Examinar el efecto de la conmutación adaptativa en el
equilibrio entre trazabilidad distribuida y eficiencia operativa del sistema.
A partir del
objetivo general planteado, se formula la siguiente pregunta de investigación: ¿Puede una arquitectura híbrida adaptativa
optimizar de manera simultánea el rendimiento, la resiliencia y la eficiencia
energética frente a modelos centralizados y descentralizados en condiciones de
carga variable?
De esta formulación
central del estudio se desglosan las siguientes preguntas específicas:
a. ¿Existen diferencias en la latencia entre las
arquitecturas evaluadas bajo distintos niveles de concurrencia?
b. ¿Cómo varía la eficiencia energética computacional
(EPR) según el modelo arquitectónico y el volumen de solicitudes procesadas?
c. ¿Qué impacto tiene la lógica adaptativa en el uso de
CPU en comparación con esquemas no adaptativos?
2.
Materiales y Métodos
La investigación sobre
la gestión de identidades digitales mediante arquitecturas centralizadas, descentralizadas
e híbridas adaptativas se desarrolló como un estudio de tipo aplicada con enfoque
cuantitativo, al analizar variables susceptibles de medición relacionadas con el
rendimiento, la resiliencia y la eficiencia energética en condiciones controladas
y reproducibles, lo que permitió evaluar el comportamiento de los modelos arquitectónicos
en escenarios operativos representativos, en correspondencia con los criterios metodológicos
expuestos por Katikaridis et al. (2025) y Bulgakov et al. (2024).
El estudio asumió un
diseño descriptivo y comparativo con corte transversal, ya que se caracterizaron
métricas clave bajo distintos niveles de carga y criticidad operacional, permitiendo
contrastar el desempeño de las arquitecturas evaluadas en un entorno de ejecución
estandarizado, tal como recomiendan León Torres et al. (2025) para estudios comparativos en sistemas distribuidos, y
atendiendo a la necesidad de reproducibilidad y control experimental señalada por
Le et al. (2025) en investigaciones sobre infraestructuras digitales.
Desde una
perspectiva operativa, la adaptatividad del modelo híbrido puede entenderse
como la capacidad del sistema para alternar entre procesamiento centralizado y
descentralizado en función del nivel de carga concurrente y del grado de
criticidad de las transacciones, de manera que la arquitectura activada en cada
momento responda a condiciones técnicas previamente definidas y no a decisiones
arbitrarias, tal como señalan Katikaridis et al. (2025) al analizar esquemas
comparativos en entornos distribuidos.
En este sentido,
bajo condiciones de baja demanda se emplea el procesamiento centralizado para
asegurar mayor eficiencia y estabilidad, mientras que ante incrementos de carga
o transacciones de mayor criticidad se activa el componente Blockchain para fortalecer
la trazabilidad y la integridad de la información, en línea con lo señalado por
Islam & Apu (2024), evaluándose la adaptatividad mediante su incidencia en
la latencia, el EPR y el uso de CPU en los escenarios experimentales
analizados.
Para el desarrollo
metodológico se emplearon métodos científicos a nivel teórico y empírico, utilizando
el análisis y la síntesis para el tratamiento crítico de la información especializada
relacionada con identidades digitales y arquitecturas de software, apoyándose en
la revisión bibliográfica y documental que permitió definir variables y escenarios
experimentales, mientras que la experimentación controlada se estructuró conforme
al enfoque de Urblik et al. (2023) sobre sistemas híbridos adaptativos y a los criterios
de evaluación de entornos distribuidos planteados (Goel & Rahulamathavan, 2025).
Siguiendo los de análisis
de desempeño descritos por Guaña-Moya & Chipuxi-Fajardo (2023), la muestra estuvo
conformada por 500 identidades digitales reales provenientes de una plataforma institucional,
las cuales fueron sometidas a procesos de anonimización y seudonimización antes
de su uso experimental, permitiendo preservar la utilidad técnica de los datos y
mitigar riesgos asociados a la información personal, y dichas identidades se procesaron
bajo distintos niveles de carga concurrente para observar el comportamiento de las
arquitecturas.
El procesamiento de
la información se realizó mediante flujos de trabajo en Python orientados a la limpieza,
organización y análisis de los datos, posteriormente se aplicaron técnicas estadísticas
no paramétricas junto con métricas de eficiencia energética integradas a indicadores
de rendimiento y resiliencia, lo que permitió valorar de manera integral la pertinencia
del modelo híbrido adaptativo y garantizar la consistencia, fiabilidad y validez
de los resultados obtenidos.
3.
Resultados
A partir de las quinientas ejecuciones
analizadas se determinó que la latencia media presenta una estabilidad notable entre
las tres arquitecturas evaluadas de modo que el cambio de diseño no altera drásticamente
el tiempo de respuesta bajo condiciones controladas mientras que el uso de CPU aumenta
en los esquemas distribuidos debido a la carga de validación criptográfica lo cual
resalta la importancia de la eficiencia energética para medir el coste real de cada
operación.
La comparación de la eficiencia
energética mediante la métrica EPR permite identificar variaciones significativas
en el desempeño operativo de cada modelo según su diseño lógico de modo que se establecen
diferencias claras entre el consumo por transacción de los sistemas tradicionales
frente a los basados en cadena de bloques tal como se representa en la distribución
de valores representados en el siguiente diagrama de cajas y bigotes.
3.1.1. Figura 1. Distribución de la Eficiencia
Energética Computacional (EPR, Wh/TX) por arquitectura.
Fuentes:
Los Autores (2025).
El comportamiento observado en
la arquitectura descentralizada revela que la dispersión de valores elevados y la
presencia de valores atípicos penalizan la eficiencia energética global de las transacciones
procesadas de manera que se confirma que la inmutabilidad propia del Blockchain
puro exige un quince por ciento más de energía mientras que el modelo híbrido logra
emular el perfil de bajo consumo del esquema centralizado sin sacrificar las capacidades
de trazabilidad distribuida.
Respecto al desempeño frente al
aumento de la demanda se identificaron patrones de respuesta variables donde ninguna
configuración mantiene una superioridad absoluta durante todo el espectro de carga
evaluado de modo que la agilidad del sistema fluctúa según el volumen de solicitudes
concurrentes lo cual se evidencia en la evolución de las trayectorias de tiempo
de respuesta que se presentan en la siguiente comparativa de rendimiento técnico.
3.1.2.
Figura 2. Latencia media en función de la
carga concurrente para las arquitecturas centralizada, descentralizada e
híbrida adaptativa
Fuentes:
Los Autores (2025).
La convergencia de
las latencias en niveles de carga intermedia sugiere que el sistema alcanza un punto
de equilibrio operativo óptimo antes de que las diferencias arquitectónicas vuelvan
a manifestarse con mayor intensidad por consiguiente el análisis demuestra que la
arquitectura híbrida adaptativa logra reducir los tiempos de espera en escenarios
de baja demanda y recupera su liderazgo en cargas extremas posicionándose como una
alternativa más flexible que los modelos rígidos tradicionales.
En
cuanto a la eficiencia energética integrada se identificó que la curva de consumo
para el esquema descentralizado describe un ascenso marcado al superar las doscientas
solicitudes alcanzando picos críticos de gasto energético que no se reflejan en
las otras dos alternativas evaluadas de modo que el impacto ambiental y operativo
de la red crece de forma asimétrica respecto al volumen de datos procesados tal
como se ilustra en la siguiente variación de la métrica por nivel de carga.
3.1.3.
Figura 3. Variación del EPR medio en función
de la carga concurrente para las arquitecturas centralizada, descentralizada e
híbrida adaptativa.
Fuentes:
Los Autores (2025).
Este incremento en
el consumo energético del modelo puramente distribuido ratifica que el mantenimiento
de la integridad de los datos mediante consenso constante introduce una penalización
estructural que el modelo híbrido logra atenuar significativamente de manera que
la lógica adaptativa permite capturar los beneficios de seguridad de la cadena de
bloques manteniendo un coste por transacción muy similar al de las bases de datos
clásicas incluso bajo condiciones de alta demanda.
Sobre
el uso de recursos de procesamiento se verificó que tanto el diseño descentralizado
como el adaptativo demandan una carga de CPU sistemáticamente superior debido a
la ejecución de contratos inteligentes y procesos de coordinación distribuida lo
cual establece una diferencia de base respecto a la ligereza operativa de la solución
centralizada tal como se aprecia en el agrupamiento de las siguientes trayectorias
de uso de procesador analizadas.
3.1.4.
Figura 4. Uso medio de CPU en función de la
carga concurrente para las arquitecturas centralizada, descentralizada e
híbrida adaptativa.
Fuentes: Los Autores (2025).
La asimetría en el
esfuerzo de procesamiento revela que la arquitectura centralizada es la opción más
liviana para la estabilidad del sistema mientras que el modelo descentralizado concentra
la mayor demanda en los tramos de carga más elevados por lo tanto se concluye que
el enfoque híbrido redistribuye el esfuerzo computacional de forma eficiente permitiendo
una gestión de identidad digital robusta que evita la saturación crítica de los
recursos informáticos disponibles.
Con
el objetivo de permitir que otros investigadores repliquen estos experimentos y
verifiquen los datos obtenidos se ha puesto a disposición pública el código
fuente del modelo mediante un repositorio especializado el cual contiene todos
los scripts y configuraciones utilizadas durante las pruebas.
3.1.5.
Figura 5. Acceso al repositorio de código
fuente del modelo híbrido adaptativo.
Fuentes:
Los Autores(2025).
4.
Discusión
Los hallazgos demuestran
que la arquitectura híbrida logra una paridad en latencia con el modelo centralizado
lo que valida la premisa de Urblik et al. (2023), sobre la eficacia de sistemas que ajustan su lógica según
el contexto operativo de modo que la conmutación inteligente permite integrar la
trazabilidad de la cadena de bloques sin introducir las demoras estructurales típicas
de los esquemas puramente distribuidos por consiguiente se establece el principio
de que la agilidad del usuario no debe ser sacrificada para obtener garantías de
seguridad en la gestión de identidad digital contemporánea.
La penalización del
quince por ciento en el EPR del modelo descentralizado reafirma la contradicción
estructural entre la integridad absoluta de los datos y la sostenibilidad energética
que ha sido ampliamente discutida por autores previos en el ámbito de las tecnologías
distribuidas sin embargo la convergencia observada bajo cargas extremas sugiere
una generalización importante donde el enfoque Blockchain mejora su relación de
eficiencia a medida que aumenta la demanda masiva de modo que estos resultados sugieren
que la especialización arquitectónica es fundamental para evitar el consumo innecesario
en operaciones rutinarias.
La convergencia del
esquema híbrido con los niveles de consumo centralizado respalda la tesis de Urblik et al. (2023), acerca de la implementación de estratos lógicos intermedios
para robustecer la confiabilidad sistémica sin incrementar los costos de infraestructura
física valida la tesis sobre la eficiencia de las arquitecturas modulares frente
a los modelos monolíticos tradicionales de modo que se habilitan nuevas líneas de
investigación enfocadas en algoritmos de decisión heurística basados en el análisis
de riesgo y la criticidad intrínseca de cada transacción por lo cual el diseño adaptativo
se consolida como un estándar de compromiso técnico que resuelve la dicotomía entre
seguridad y eficiencia operativa permitiendo profundizar en la escalabilidad de
ecosistemas de identidad soberana altamente resilientes.
5.
Conclusiones
La evaluación
experimental permitió constatar que la arquitectura híbrida adaptativa logra
equilibrar rendimiento, resiliencia y eficiencia energética en comparación con
los modelos centralizado y descentralizado evaluados. En escenarios de carga
variable, el modelo propuesto mantuvo niveles de latencia competitivos y un
consumo energético inferior al esquema descentralizado puro, conservando al
mismo tiempo capacidades de trazabilidad cuando fueron requeridas.
Se identificó que
la arquitectura descentralizada presenta mayores valores de consumo energético
y uso de CPU en la mayoría de los escenarios analizados, mientras que el modelo
centralizado ofrece mejores tiempos de respuesta bajo condiciones de baja
demanda. En este contexto, la incorporación de un mecanismo de conmutación
adaptativa permitió aprovechar las ventajas de ambos enfoques sin reproducir de
forma permanente sus limitaciones estructurales.
Los hallazgos
obtenidos aportan evidencia empírica sobre la viabilidad de modelos
arquitectónicos híbridos en la gestión de identidades digitales,
particularmente en entornos con variabilidad operativa. Estos resultados pueden
servir como referencia para futuros desarrollos orientados a optimizar el
equilibrio entre eficiencia computacional y garantías de integridad
distribuida.
6.
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