Profundidad de análisis de la escalabilidad off-chain
1. La necesidad de la expansión
La visión futura de la blockchain es la descentralización, la seguridad y la escalabilidad, pero a menudo solo se pueden lograr dos de ellas, lo que se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, las personas han estado explorando cómo aumentar el rendimiento y la velocidad de las transacciones de la blockchain, garantizando al mismo tiempo la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de la escalabilidad, que es uno de los temas candentes en el desarrollo actual de la blockchain.
La descentralización, seguridad y escalabilidad de la blockchain se pueden definir simplemente como:
Descentralización: cualquier persona puede convertirse en un nodo para participar en el sistema de blockchain, cuanto mayor sea el número de nodos, mayor será el grado de descentralización.
Seguridad: Cuanto mayor sea el costo necesario para obtener el control del sistema blockchain, mayor será la seguridad, pudiendo resistir ataques de participantes a gran escala.
Escalabilidad: la capacidad de la blockchain para procesar un gran número de transacciones.
La primera bifurcación dura significativa en la red de Bitcoin se originó en el problema de la escalabilidad. A medida que aumentaban el número de usuarios y el volumen de transacciones, el límite de 1 MB por bloque causó congestión en la red. Desde 2015, la comunidad de Bitcoin ha tenido desacuerdos sobre el problema de escalabilidad, lo que finalmente llevó a la primera bifurcación dura significativa de Bitcoin el 1 de agosto de 2017, dando lugar a una nueva criptomoneda, BCH.
La red de Ethereum también eligió sacrificar una parte de la Profundidad para garantizar la seguridad y la descentralización. Aunque no hay un límite en el tamaño de los bloques como en Bitcoin, se limita de manera indirecta el volumen de transacciones al restringir la tarifa de combustible de un solo bloque, todo con el objetivo de lograr un consenso sin confianza y asegurar una amplia distribución de nodos.
Desde CryptoKitties en 2017 hasta el surgimiento posterior de DeFi, GameFi y NFT, la demanda del mercado por la capacidad de procesamiento ha aumentado constantemente, pero Ethereum solo puede manejar de 15 a 45 transacciones por segundo. Esto ha llevado a un aumento en los costos de transacción, tiempos de liquidación más largos y la mayoría de las Dapps tienen dificultades para soportar los costos operativos, lo que hace que toda la red sea lenta y cara. El problema de la escalabilidad de la blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución de escalabilidad ideal es: aumentar la velocidad de transacción y la capacidad de procesamiento tanto como sea posible sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalabilidad
Según el estándar de "si se cambia la capa de la red principal", podemos dividir los planes de expansión en dos grandes categorías: expansión en cadena y expansión off-chain.
2.1 expansión en cadena
Concepto clave: una solución para lograr la escalabilidad al alterar una capa del protocolo de la red principal, donde la solución principal en este momento es el sharding.
La escalabilidad en la cadena tiene varias soluciones, aquí se enumeran brevemente dos:
La opción uno es ampliar el espacio de bloque, aumentando la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto aumentará los requisitos de los dispositivos de los nodos y reducirá el grado de descentralización.
La opción dos es el sharding, que divide el libro mayor de la blockchain en varias partes, donde diferentes nodos son responsables de diferentes registros contables, y el cálculo en paralelo puede procesar múltiples transacciones simultáneamente. Esto puede reducir la presión de cálculo en los nodos y el umbral de entrada, mejorar la velocidad de procesamiento de transacciones y el grado de descentralización, pero puede disminuir la seguridad de toda la red.
Cambiar el código del protocolo de la capa principal de la red puede tener efectos negativos impredecibles, ya que cualquier vulnerabilidad de seguridad subyacente puede amenazar gravemente la seguridad de toda la red, lo que podría llevar a un fork o interrumpir una actualización. Por ejemplo, el incidente de la vulnerabilidad de inflación de Zcash en 2018, el equipo tardó 8 meses en repararla en secreto antes de hacerla pública.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no modifica el protocolo de la red principal de capa uno existente.
La solución de escalado off-chain se puede subdividir en Layer2 y otras soluciones:
Capa 2:
Canales Estatales
Plasma
Rollups
Optimistic Rollups
ZK Rollups
Otros:
Sidechains
Validium
3. Profundidad de la expansión off-chain
3.1 Canales Estatales
3.1.1 Resumen
Los canales de estado estipulan que los usuarios solo necesitan interactuar con la cadena principal cuando el canal está abierto, cerrado o se resuelven disputas, realizando las interacciones entre usuarios fuera de la cadena, con el fin de reducir el tiempo y costo de las transacciones, logrando un número ilimitado de transacciones.
Los canales de estado son un protocolo P2P simple, adecuado para "aplicaciones basadas en turnos", como el juego de ajedrez entre dos personas. Cada canal es gestionado por un contrato inteligente multi-firma en la cadena principal, que controla los activos depositados, verifica las actualizaciones de estado y arbitra disputas ( según las pruebas de fraude firmadas y con sello de tiempo ). Los participantes depositan fondos y los bloquean después de que el contrato se despliega en la red; el canal se abre oficialmente después de que ambas partes firman la confirmación. El canal permite a los participantes realizar transacciones off-chain gratuitas sin límite de veces ( siempre que el valor neto de la transferencia no supere el total depositado ). Los participantes envían actualizaciones de estado por turnos y esperan la confirmación de la firma de la otra parte. Normalmente, las actualizaciones de estado acordadas por ambas partes no se suben a la cadena principal, solo se confirman en la cadena principal en caso de disputa o cuando se cierra el canal. Al cerrarse, cualquiera de las partes puede hacer una solicitud en la cadena principal; si se obtiene la aprobación con la firma de todos, se ejecuta de inmediato; de lo contrario, deben esperar a que termine el "período de desafío" para recibir los fondos.
Los canales de estado pueden reducir significativamente la carga computacional de la cadena principal, mejorar la velocidad de las transacciones y disminuir los costos de las transacciones.
3.1.2 Línea de tiempo
2015/02: Joseph Poon y Thaddeus Dryja publican un borrador del Libro Blanco de Lightning Network
2015/11: Jeff Coleman resumió sistemáticamente el concepto de State Channel por primera vez
2016/01: Se publica oficialmente el libro blanco de la red Lightning, que propone un esquema de ampliación de Payment Channels de Bitcoin
2017/11: Se presentó la primera especificación de diseño de State Channel basada en Payment Channel, Sprites.
2018/06: Counterfactual presentó un diseño detallado de Canales de Estado Generalizados
2018/10: Se propuso el concepto de State Channel Networks y Virtual Channels en Generalised State Channel Networks.
2019/02: Nitro estableció el protocolo basado en N-Party Channels por primera vez
2019/10: Pisa amplía el concepto de Watchtowers para resolver el problema de la permanencia en línea de los participantes
Flujo de trabajo tradicional en cadena: los usuarios cambian el estado del contrato inteligente enviando transacciones a la cadena, lo que tiene la desventaja de generar problemas de tiempo y costo.
Flujo de trabajo del canal de estado:
Alice y Bob abren un canal de estado depositando fondos en un contrato en la cadena.
Ambas partes pueden realizar transacciones ilimitadas off-chain y comunicarse entre sí a través de mensajes firmados.
Si Alice quiere cerrar el canal, debe presentar el estado final al contrato.
Si Bob firma la aprobación, el contrato distribuirá los fondos según el estado final.
Si Bob no responde, el contrato distribuirá los fondos al final del período de desafío.
Flujo de trabajo en caso de pesimismo:
Si Bob no responde a la firma de actualización de estado, Alice puede presentar el último estado válido al contrato para iniciar un desafío.
El contrato permite a Bob responder dentro de un período de tiempo.
Si Bob responde, se puede continuar la transacción; si no responde, el contrato cierra automáticamente el canal y devuelve los fondos.
3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Confirmación de transacción instantánea
Comisiones de transacción extremadamente bajas
Buena privacidad
Alta escalabilidad
Desventajas:
Se necesita monitoreo en línea continuo
El costo de configuración inicial es alto
Eficiencia de capital baja
Difícil de manejar transacciones de múltiples partes
Falta de combinabilidad
3.1.5 Aplicaciones
Las principales aplicaciones incluyen la red Lightning de Bitcoin, la red Lightning de Ethereum y Celer Network.
Red Lightning de Bitcoin:
Borrador del libro blanco publicado en febrero de 2015
La primera versión de la mainnet se lanzó en marzo de 2018
En 2021, El Salvador adoptó el bitcoin como moneda de curso legal y lanzó la billetera Chivo basada en la red Lightning.
En noviembre de 2022, hubo 76,236 canales de pago, con un capital de 5049 BTC.
Red Relámpago de Ethereum:
Fundada en 2017, similar a la red Lightning
En octubre de 2017, la ICO recaudó más de 30 millones de dólares.
En mayo de 2020, el primer Light Client se lanzó en la mainnet.
Actualmente, la barrera de entrada es alta y el desarrollo del ecosistema es lento.
Celer Network:
Esencialmente, es una red Lightning que aumenta la capa de incentivos.
Se pueden construir Dapps de interacción de alta frecuencia rápidas, de bajo costo y seguras mediante tecnología de escalado off-chain y modelos económicos de incentivos.
Lanzamiento en la red principal de Ethereum en julio de 2019
Actualmente se ha transformado en una plataforma de agregación de escalado L2 que soporta cadenas cruzadas.
3.1.6 Comparación de aplicaciones
Red Lightning de Bitcoin:
Ventajas: bajo costo de transacción, buena privacidad
Desventajas: el progreso del desarrollo es lento, la barrera de entrada es alta
Celer Network:
Ventajas: soporta cross-chain, el mecanismo de incentivos está completo
Desventajas: mayor grado de centralización
3.2 Sidechains
3.2.1 Resumen
El concepto de cadenas laterales fue propuesto por primera vez en 2012 en el chat de desarrolladores de Bitcoin, y en 2014 un investigador de Blockstream escribió el primer artículo relacionado. La cadena lateral es una forma de blockchain que surge para acelerar las transacciones de Bitcoin, pudiendo utilizar contratos más complejos o mejorar el mecanismo de consenso. Cuando los resultados de las transacciones de la cadena lateral se transmiten de vuelta a la cadena principal, se registran en el lado del validador. Este modelo de blockchain no es una nueva forma, sino una infraestructura que se adhiere a la cadena principal y ayuda a resolver problemas.
3.2.2 Línea de tiempo
2012/01: El concepto de cadenas laterales de Bitcoin se presentó en el chat
2014/10: Se publica el artículo sobre cadenas laterales de Bitcoin, que propone Symmetric Pegged y Asymmetric Pegged.
2017/04: La red POA se lanza en la red de pruebas de cadena lateral basada en el consenso PoA de Ethereum.
2017/10: Matic Network se lanza
2017/12: Lanzamiento de la mainnet de POA Network
2018/01: Lanzamiento de la red de prueba de Skale
2018/10: Lanzamiento de la red de pruebas de xDai Chain
2020/06: Lanzamiento de Skale en la red principal
2020/06: Lanzamiento de la mainnet de la cadena Matic PoS de Ethereum sidechain
2021/02: Matic Network cambió su nombre a Polygon Network
2021/02: El mainnet de la sidechain Ronin del juego Axie Infinity está en funcionamiento
2021/12: xDai Chain se fusionó con Gnosis Dao para convertirse en Gnosis Chain
2022/03: POA Network se fusionó con Gnosis Chain
3.2.3 Principios técnicos
Las cadenas laterales se comunican con la cadena principal principalmente a través de dos métodos: anclaje bidireccional y anclaje no coordinado.
Anclaje bidireccional ( Anclaje simétrico ):
Los validadores de la cadena principal y de la cadena lateral registran en tiempo real el estado actual del otro.
Utilizar tecnología SPV bidireccional para la transmisión de información
Se genera un SPV-Locked Output cuando el token de la cadena principal se envía a la cadena lateral.
Los validadores de la cadena lateral desbloquean mediante prueba SPV
Después del período de confirmación y del período de concurso, los usuarios pueden utilizar activos envueltos recién acuñados en la cadena lateral.
Anclaje No Coordinado ( Anclado Asimétrico ):
Los validadores de cadenas laterales monitorean en tiempo real la actividad de la cadena principal
Las transacciones de la cadena principal a la cadena lateral se pueden registrar directamente
Las transacciones de la cadena lateral a la cadena principal deben introducir el mecanismo de Certificadores
Los certificadores registran información clave y agregan firmas
Se requiere apostar activos para asegurar que no se dañe el sistema
Cada vez más cadenas laterales optan por utilizar mecanismos PoA o Relayers para confirmar el estado de los bloques de la cadena principal.
Resumen del mecanismo de cadena lateral:
Cadena principal a cadena lateral: la cadena principal bloquea activos, la cadena lateral genera activos envueltos.
Cadena lateral a la cadena principal: la cadena lateral destruye el activo envuelto, la cadena principal desbloquea el activo
La seguridad de los activos de la cadena lateral depende de la seguridad del mecanismo de consenso de la cadena lateral.
3.2.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Alta flexibilidad, funciones personalizables
Los activos de la cadena principal son interoperables
Reducir la carga de la cadena principal
Reducir los costos de transacción
Desventajas:
La seguridad depende de su propio mecanismo de consenso
Se necesita una federación o una autoridad de confianza
Las transacciones entre cadenas son complejas
Puede resultar en la fragmentación de la liquidez
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MerkleDreamer
· 07-31 13:13
off-chain también no puede retener tu corazón
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LiquidationSurvivor
· 07-30 14:53
El clásico dilema de los tres difícil, quienes lo entienden, lo entienden.
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GasGuzzler
· 07-29 09:44
¿Ya hemos oído la vieja historia de la expansión, aún no está resuelta?
Análisis profundo de las soluciones de escalabilidad off-chain: State Channels, Sidechains y sus aplicaciones
Profundidad de análisis de la escalabilidad off-chain
1. La necesidad de la expansión
La visión futura de la blockchain es la descentralización, la seguridad y la escalabilidad, pero a menudo solo se pueden lograr dos de ellas, lo que se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, las personas han estado explorando cómo aumentar el rendimiento y la velocidad de las transacciones de la blockchain, garantizando al mismo tiempo la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de la escalabilidad, que es uno de los temas candentes en el desarrollo actual de la blockchain.
La descentralización, seguridad y escalabilidad de la blockchain se pueden definir simplemente como:
La primera bifurcación dura significativa en la red de Bitcoin se originó en el problema de la escalabilidad. A medida que aumentaban el número de usuarios y el volumen de transacciones, el límite de 1 MB por bloque causó congestión en la red. Desde 2015, la comunidad de Bitcoin ha tenido desacuerdos sobre el problema de escalabilidad, lo que finalmente llevó a la primera bifurcación dura significativa de Bitcoin el 1 de agosto de 2017, dando lugar a una nueva criptomoneda, BCH.
La red de Ethereum también eligió sacrificar una parte de la Profundidad para garantizar la seguridad y la descentralización. Aunque no hay un límite en el tamaño de los bloques como en Bitcoin, se limita de manera indirecta el volumen de transacciones al restringir la tarifa de combustible de un solo bloque, todo con el objetivo de lograr un consenso sin confianza y asegurar una amplia distribución de nodos.
Desde CryptoKitties en 2017 hasta el surgimiento posterior de DeFi, GameFi y NFT, la demanda del mercado por la capacidad de procesamiento ha aumentado constantemente, pero Ethereum solo puede manejar de 15 a 45 transacciones por segundo. Esto ha llevado a un aumento en los costos de transacción, tiempos de liquidación más largos y la mayoría de las Dapps tienen dificultades para soportar los costos operativos, lo que hace que toda la red sea lenta y cara. El problema de la escalabilidad de la blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución de escalabilidad ideal es: aumentar la velocidad de transacción y la capacidad de procesamiento tanto como sea posible sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalabilidad
Según el estándar de "si se cambia la capa de la red principal", podemos dividir los planes de expansión en dos grandes categorías: expansión en cadena y expansión off-chain.
2.1 expansión en cadena
Concepto clave: una solución para lograr la escalabilidad al alterar una capa del protocolo de la red principal, donde la solución principal en este momento es el sharding.
La escalabilidad en la cadena tiene varias soluciones, aquí se enumeran brevemente dos:
La opción uno es ampliar el espacio de bloque, aumentando la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto aumentará los requisitos de los dispositivos de los nodos y reducirá el grado de descentralización.
La opción dos es el sharding, que divide el libro mayor de la blockchain en varias partes, donde diferentes nodos son responsables de diferentes registros contables, y el cálculo en paralelo puede procesar múltiples transacciones simultáneamente. Esto puede reducir la presión de cálculo en los nodos y el umbral de entrada, mejorar la velocidad de procesamiento de transacciones y el grado de descentralización, pero puede disminuir la seguridad de toda la red.
Cambiar el código del protocolo de la capa principal de la red puede tener efectos negativos impredecibles, ya que cualquier vulnerabilidad de seguridad subyacente puede amenazar gravemente la seguridad de toda la red, lo que podría llevar a un fork o interrumpir una actualización. Por ejemplo, el incidente de la vulnerabilidad de inflación de Zcash en 2018, el equipo tardó 8 meses en repararla en secreto antes de hacerla pública.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no modifica el protocolo de la red principal de capa uno existente.
La solución de escalado off-chain se puede subdividir en Layer2 y otras soluciones:
Capa 2:
Otros:
3. Profundidad de la expansión off-chain
3.1 Canales Estatales
3.1.1 Resumen
Los canales de estado estipulan que los usuarios solo necesitan interactuar con la cadena principal cuando el canal está abierto, cerrado o se resuelven disputas, realizando las interacciones entre usuarios fuera de la cadena, con el fin de reducir el tiempo y costo de las transacciones, logrando un número ilimitado de transacciones.
Los canales de estado son un protocolo P2P simple, adecuado para "aplicaciones basadas en turnos", como el juego de ajedrez entre dos personas. Cada canal es gestionado por un contrato inteligente multi-firma en la cadena principal, que controla los activos depositados, verifica las actualizaciones de estado y arbitra disputas ( según las pruebas de fraude firmadas y con sello de tiempo ). Los participantes depositan fondos y los bloquean después de que el contrato se despliega en la red; el canal se abre oficialmente después de que ambas partes firman la confirmación. El canal permite a los participantes realizar transacciones off-chain gratuitas sin límite de veces ( siempre que el valor neto de la transferencia no supere el total depositado ). Los participantes envían actualizaciones de estado por turnos y esperan la confirmación de la firma de la otra parte. Normalmente, las actualizaciones de estado acordadas por ambas partes no se suben a la cadena principal, solo se confirman en la cadena principal en caso de disputa o cuando se cierra el canal. Al cerrarse, cualquiera de las partes puede hacer una solicitud en la cadena principal; si se obtiene la aprobación con la firma de todos, se ejecuta de inmediato; de lo contrario, deben esperar a que termine el "período de desafío" para recibir los fondos.
Los canales de estado pueden reducir significativamente la carga computacional de la cadena principal, mejorar la velocidad de las transacciones y disminuir los costos de las transacciones.
3.1.2 Línea de tiempo
3.1.3 Principios técnicos
Flujo de trabajo tradicional en cadena: los usuarios cambian el estado del contrato inteligente enviando transacciones a la cadena, lo que tiene la desventaja de generar problemas de tiempo y costo.
Flujo de trabajo del canal de estado:
Flujo de trabajo en caso de pesimismo:
3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas:
3.1.5 Aplicaciones
Las principales aplicaciones incluyen la red Lightning de Bitcoin, la red Lightning de Ethereum y Celer Network.
Red Lightning de Bitcoin:
Red Relámpago de Ethereum:
Celer Network:
3.1.6 Comparación de aplicaciones
Red Lightning de Bitcoin:
Red relámpago de Ethereum:
Celer Network:
3.2 Sidechains
3.2.1 Resumen
El concepto de cadenas laterales fue propuesto por primera vez en 2012 en el chat de desarrolladores de Bitcoin, y en 2014 un investigador de Blockstream escribió el primer artículo relacionado. La cadena lateral es una forma de blockchain que surge para acelerar las transacciones de Bitcoin, pudiendo utilizar contratos más complejos o mejorar el mecanismo de consenso. Cuando los resultados de las transacciones de la cadena lateral se transmiten de vuelta a la cadena principal, se registran en el lado del validador. Este modelo de blockchain no es una nueva forma, sino una infraestructura que se adhiere a la cadena principal y ayuda a resolver problemas.
3.2.2 Línea de tiempo
3.2.3 Principios técnicos
Las cadenas laterales se comunican con la cadena principal principalmente a través de dos métodos: anclaje bidireccional y anclaje no coordinado.
Anclaje bidireccional ( Anclaje simétrico ):
Anclaje No Coordinado ( Anclado Asimétrico ):
Cada vez más cadenas laterales optan por utilizar mecanismos PoA o Relayers para confirmar el estado de los bloques de la cadena principal.
Resumen del mecanismo de cadena lateral:
La seguridad de los activos de la cadena lateral depende de la seguridad del mecanismo de consenso de la cadena lateral.
3.2.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas: