Profundidad de análisis de la escalabilidad off-chain
Autor: Cobo Ventures
1. La necesidad de la expansión
La visión futura de la blockchain es la descentralización, la seguridad y la escalabilidad. Sin embargo, a menudo la blockchain solo puede lograr dos de estos objetivos; satisfacer los tres requisitos se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. A lo largo de los años, la gente ha estado explorando cómo resolver este dilema, cómo aumentar el rendimiento y la velocidad de las transacciones de la blockchain garantizando la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de la escalabilidad, que es uno de los temas candentes en el proceso de desarrollo actual de la blockchain.
Definamos primero de manera general la descentralización, la seguridad y la escalabilidad de la blockchain:
Descentralización: cualquier persona puede convertirse en un nodo para participar en la producción y verificación del sistema blockchain; cuanto mayor sea el número de nodos, mayor será el grado de descentralización, asegurando así que la red no esté controlada por un pequeño grupo de grandes participantes centralizados.
Seguridad: Cuanto mayor sea el costo para obtener el control del sistema de blockchain, mayor será la seguridad, por lo que la cadena puede resistir ataques de una mayor proporción de participantes.
Escalabilidad: la capacidad de la blockchain para procesar una gran cantidad de transacciones.
La primera bifurcación dura significativa de la red Bitcoin se originó a partir del problema de escalabilidad. Con el aumento del número de usuarios y del volumen de transacciones de Bitcoin, la red Bitcoin, con un límite de 1MB por bloque, comenzó a enfrentar problemas de congestión; a partir de 2015, la comunidad de Bitcoin tenía diferencias sobre el problema de escalabilidad, una parte representada por Bitcoin ABC que apoyaba la expansión de bloques, y la otra parte representada por Bitcoin Core, que creía que se debería utilizar la solución Segwit para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, Bitcoin ABC comenzó a operar un sistema de cliente desarrollado por sí mismo de 8MB, lo que llevó a la primera bifurcación dura significativa en la historia de Bitcoin, y también dio lugar a la creación de la nueva criptomoneda BCH.
Igualmente, la red de Ethereum también optó por sacrificar parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y descentralización de la red; aunque la red de Ethereum no ha limitado la cantidad de transacciones al restringir el tamaño del bloque como lo hace la red de Bitcoin, en su lugar ha cambiado indirectamente a establecer un límite en la tarifa de combustible que puede contener un solo bloque, pero el objetivo es lograr un Consenso Sin Confianza y asegurar una amplia distribución de nodos.
Desde CryptoKitties en 2017, el verano de DeFi, y luego el surgimiento de aplicaciones en cadena como GameFi y NFT, la demanda del mercado por capacidad de procesamiento ha aumentado constantemente. Sin embargo, incluso Ethereum, que es Turing completo, solo puede manejar de 15 a 45 transacciones por segundo. Esto ha resultado en un aumento continuo de los costos de transacción, un tiempo de liquidación más largo, y la mayoría de las Dapps tienen dificultades para soportar los costos de operación. Todo el sistema se ha vuelto lento y caro para los usuarios, y el problema de escalabilidad de la blockchain necesita ser abordado urgentemente. La solución ideal de escalabilidad es: aumentar la velocidad y la capacidad de transacción de la red blockchain tanto como sea posible, sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalabilidad
Dividimos las soluciones de escalado en dos grandes categorías: escalado en cadena y escalado off-chain, basándonos en el criterio de "si se cambia una capa de la red principal".
2.1 Escalado en la cadena
Concepto clave: una solución que logra la escalabilidad al modificar un nivel del protocolo de la red principal, siendo la principal solución actual el sharding.
La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, este artículo no se desarrollará, a continuación se enumeran brevemente dos soluciones:
La opción uno es ampliar el espacio del bloque, es decir, aumentar la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto aumentará los requisitos para dispositivos de nodos de alto rendimiento, elevará la barrera de entrada para 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. Ya no es necesario que cada nodo participe en todos los registros, sino que diferentes fragmentos, es decir, diferentes nodos, son responsables de diferentes registros. El cálculo en paralelo puede procesar múltiples transacciones simultáneamente; esto puede reducir la presión de cálculo en los nodos y el umbral de entrada, mejorando la velocidad de procesamiento de transacciones y el grado de descentralización. Sin embargo, esto significa que la potencia de cálculo de toda la red se dispersa, lo que puede reducir la "seguridad" de toda la red.
Cambiar el código del protocolo principal de la red puede tener efectos negativos impredecibles, ya que cualquier pequeño fallo de seguridad en la base puede amenazar gravemente la seguridad de toda la red, lo que puede obligar a la red a realizar un fork o a interrumpir actualizaciones de reparación. Por ejemplo, el incidente de la vulnerabilidad de inflación de Zcash en 2018: el código de Zcash se basa en el código modificado de la versión 0.11.2 de Bitcoin, y en 2018 un ingeniero descubrió que su código subyacente tenía una vulnerabilidad crítica, es decir, que los tokens podían ser emitidos de manera ilimitada. Inmediatamente, el equipo pasó 8 meses realizando una reparación secreta, y solo después de corregir la vulnerabilidad se hizo pública esta situación.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no modifica el protocolo de la red principal de capa uno existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden subdividir en Layer2 y otras soluciones:
Capa 2: Canales de estado, Plasma, Rollups
Otras soluciones: Sidechains, Validium
3. Soluciones de escalado off-chain
3.1 Canales Estatales
3.1.1 Resumen
Los canales de estado establecen que los usuarios solo necesitan interactuar con la cadena principal al abrir, cerrar o resolver disputas en el canal, y que la interacción entre usuarios se realice off-chain, con el fin de reducir el tiempo y costo monetario de las transacciones de los usuarios, y permitir que el número de transacciones no esté limitado.
El canal de estado es un protocolo P2P simple, adecuado para "aplicaciones basadas en turnos", por ejemplo, un juego de ajedrez entre dos personas. Cada canal es gestionado por un contrato inteligente multi-firma que opera en la mainnet, el cual controla los activos depositados en el canal, verifica las actualizaciones de estado y arbitra disputas entre participantes. Después de que los participantes despliegan el contrato en la red blockchain, depositan una suma de dinero y la bloquean; una vez que ambas partes firman y confirman, el canal se abre oficialmente. El canal permite transacciones gratuitas off-chain entre los participantes sin límite de cantidad. Los participantes envían actualizaciones de estado a la otra parte por turnos, esperando la confirmación de firma de la otra parte. Una vez que la otra parte confirma con su firma, la actualización de estado se considera completada. Normalmente, las actualizaciones de estado acordadas por ambas partes no se suben a la mainnet; solo se dependerá de la confirmación de la mainnet en caso de disputas o al cerrar el canal. Cuando se necesita cerrar el canal, cualquiera de los participantes puede solicitar una transacción en la mainnet; si la solicitud de salida recibe la aprobación por firma unánime de todos, se ejecuta de inmediato en la cadena, es decir, el contrato inteligente distribuye los fondos bloqueados restantes según el saldo de cada participante en el estado final del canal; si otros participantes no firman su aprobación, todos deberán esperar el final del "período de desafío" para poder recibir los fondos restantes.
En resumen, el esquema de canales de estado puede reducir considerablemente la carga computacional de la cadena principal, aumentar la velocidad de las transacciones y disminuir los costos de transacción.
3.1.2 Línea de tiempo
En 2015/02, Joseph Poon y Thaddeus Dryja publicaron un borrador del libro blanco de la red Lightning.
En noviembre de 2015, Jeff Coleman resumió sistemáticamente el concepto de State Channel por primera vez, proponiendo que el Payment Channel de Bitcoin es un subcaso del concepto de State Channel.
2016/01, Joseph Poon y Thaddeus Dryja publicaron oficialmente el libro blanco "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" que propone el esquema de escalabilidad del Bitcoin Lightning Network llamado Payment Channel.
En noviembre de 2017, se propuso la primera especificación de diseño de State Channel basada en el marco de Payment Channel, llamada Sprites.
2018/06, Counterfactual propuso un diseño de Canales de Estado Generalizados muy detallado, que es el primer diseño completamente relacionado con canales de estado.
2018/10, el artículo Generalised State Channel Networks presentó los conceptos de State Channel Networks y Virtual Channels.
2019/02, el concepto de canales de estado se expandió a los N-Party Channels, Nitro es el primer protocolo basado en esta idea.
2019/10, Pisa amplió el concepto de Watchtowers para resolver el problema de que todos los participantes necesitan estar en línea de manera continua.
Los participantes bloquean activos en el contrato inteligente de la red principal y abren un canal de estado.
Los participantes realizan actualizaciones de estado off-chain, y cada interacción requiere la confirmación de la firma de ambas partes.
En caso de necesitar cerrar el canal o en caso de disputa, se debe enviar el estado final al contrato de la red principal para su verificación y distribución de activos.
Si surgen disputas, se puede presentar evidencia para impugnar dentro del período de impugnación.
Las ventajas de los canales de estado son que pueden lograr transacciones rápidas y de bajo costo off-chain, mientras que las desventajas son que los participantes necesitan estar en línea de forma continua y existe un problema de bloqueo de liquidez.
3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Alta capacidad de procesamiento y baja latencia
Bajo costo de transacción
Proteger la privacidad
Desventajas:
Los participantes deben estar en línea continuamente
Bloqueo de fondos
No aplicable a aplicaciones multiparte
Se necesita depositar fondos por adelantado
3.1.5 Aplicación
Las principales aplicaciones incluyen:
Red Lightning de Bitcoin
Para pagos pequeños en Bitcoin
Lanzamiento de la primera versión de la mainnet en marzo de 2018
Actualmente hay alrededor de 80,000 canales de pago, 5000BTC de fondos bloqueados
Red Lightning de Ethereum
Para el pago de tokens ERC20 de Ethereum
Fundada en 2017, lanzada la mainnet en mayo de 2020.
Actualmente se utiliza poco
Celer Network
Se ha aumentado la red de canales de estado genéricos de la capa de incentivos.
Fundado en 2018, lanzado en la mainnet en 2019
Soporta diversos escenarios de aplicación como juegos, pagos, etc.
3.1.6 Comparación de aplicaciones
La red Lightning de Bitcoin, la red Lightning de Ethereum y la red Celer presentan algunas diferencias en la implementación técnica, los casos de uso y el estado de desarrollo. La red Lightning está más madura, la red Lightning se utiliza menos, y la red Celer ha ampliado los casos de uso al agregar una capa de incentivos.
3.2 Sidechains
3.2.1 Resumen
Las cadenas laterales son una forma de blockchain que surgió para acelerar las transacciones de la cadena principal, permitiendo el uso de contratos más complejos, o mediante la mejora de los mecanismos de consenso, o parámetros de bloque para que la cadena lateral cumpla funciones específicas. Los resultados de las transacciones de la cadena lateral, al ser enviados de vuelta a la cadena principal, se registrarán en el lado del validador. Este modelo de blockchain no es una nueva forma de blockchain, sino una infraestructura que se adjunta a la cadena principal y ayuda a resolver problemas de la cadena principal.
3.2.2 Línea de tiempo
2012/01, el concepto de cadenas laterales de Bitcoin fue propuesto en un chat.
2014/10, se publicó por primera vez el documento sobre cadenas laterales de Bitcoin
2017/04, la red POA lanzó una red de pruebas de una cadena lateral basada en el consenso Proof of Authentication de Ethereum.
2017/10, Matic Network lanzó
2017/12, lanzamiento de la mainnet de POA Network
2018/01, Skales prueba red en línea
2018/10, lanzamiento de la red de prueba de xDai Chain
2020/06, Lanzamiento de Skale en la mainnet
2020/06, Matic PoS Chain de Ethereum en la red principal.
2021/02, la marca Matic Network cambió su nombre a Polygon Network
2021/02, la red principal del sidechain Ronin del juego Axie Infinity comenzó a funcionar
2021/12, xDai Chain se fusionó con Gnosis Dao para formar Gnosis Chain
2022/03, POA Network se fusionó con Gnosis Chain
3.2.3 Principios técnicos
El principio fundamental de la cadena lateral es:
La cadena principal bloquea los activos, la cadena lateral genera los activos correspondientes.
Las cadenas laterales funcionan de manera independiente y tienen su propio mecanismo de consenso.
La cadena lateral enviará los cambios de estado de forma periódica a la cadena principal.
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LightningLady
· 07-24 20:33
Novato, no uses alto apalancamiento~ Bebés, miren más artículos técnicos.
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MentalWealthHarvester
· 07-24 20:25
Triángulo imposible fiable
Ver originalesResponder0
GateUser-5854de8b
· 07-24 20:25
Cadena de bloques aún está hablando de estas tonterías
Comparación de profundidad de tecnologías de escalado off-chain: State Channels, Sidechains y sus aplicaciones
Profundidad de análisis de la escalabilidad off-chain
Autor: Cobo Ventures
1. La necesidad de la expansión
La visión futura de la blockchain es la descentralización, la seguridad y la escalabilidad. Sin embargo, a menudo la blockchain solo puede lograr dos de estos objetivos; satisfacer los tres requisitos se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. A lo largo de los años, la gente ha estado explorando cómo resolver este dilema, cómo aumentar el rendimiento y la velocidad de las transacciones de la blockchain garantizando la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de la escalabilidad, que es uno de los temas candentes en el proceso de desarrollo actual de la blockchain.
Definamos primero de manera general la descentralización, la seguridad y la escalabilidad de la blockchain:
Descentralización: cualquier persona puede convertirse en un nodo para participar en la producción y verificación del sistema blockchain; cuanto mayor sea el número de nodos, mayor será el grado de descentralización, asegurando así que la red no esté controlada por un pequeño grupo de grandes participantes centralizados.
Seguridad: Cuanto mayor sea el costo para obtener el control del sistema de blockchain, mayor será la seguridad, por lo que la cadena puede resistir ataques de una mayor proporción de participantes.
Escalabilidad: la capacidad de la blockchain para procesar una gran cantidad de transacciones.
La primera bifurcación dura significativa de la red Bitcoin se originó a partir del problema de escalabilidad. Con el aumento del número de usuarios y del volumen de transacciones de Bitcoin, la red Bitcoin, con un límite de 1MB por bloque, comenzó a enfrentar problemas de congestión; a partir de 2015, la comunidad de Bitcoin tenía diferencias sobre el problema de escalabilidad, una parte representada por Bitcoin ABC que apoyaba la expansión de bloques, y la otra parte representada por Bitcoin Core, que creía que se debería utilizar la solución Segwit para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, Bitcoin ABC comenzó a operar un sistema de cliente desarrollado por sí mismo de 8MB, lo que llevó a la primera bifurcación dura significativa en la historia de Bitcoin, y también dio lugar a la creación de la nueva criptomoneda BCH.
Igualmente, la red de Ethereum también optó por sacrificar parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y descentralización de la red; aunque la red de Ethereum no ha limitado la cantidad de transacciones al restringir el tamaño del bloque como lo hace la red de Bitcoin, en su lugar ha cambiado indirectamente a establecer un límite en la tarifa de combustible que puede contener un solo bloque, pero el objetivo es lograr un Consenso Sin Confianza y asegurar una amplia distribución de nodos.
Desde CryptoKitties en 2017, el verano de DeFi, y luego el surgimiento de aplicaciones en cadena como GameFi y NFT, la demanda del mercado por capacidad de procesamiento ha aumentado constantemente. Sin embargo, incluso Ethereum, que es Turing completo, solo puede manejar de 15 a 45 transacciones por segundo. Esto ha resultado en un aumento continuo de los costos de transacción, un tiempo de liquidación más largo, y la mayoría de las Dapps tienen dificultades para soportar los costos de operación. Todo el sistema se ha vuelto lento y caro para los usuarios, y el problema de escalabilidad de la blockchain necesita ser abordado urgentemente. La solución ideal de escalabilidad es: aumentar la velocidad y la capacidad de transacción de la red blockchain tanto como sea posible, sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalabilidad
Dividimos las soluciones de escalado en dos grandes categorías: escalado en cadena y escalado off-chain, basándonos en el criterio de "si se cambia una capa de la red principal".
2.1 Escalado en la cadena
Concepto clave: una solución que logra la escalabilidad al modificar un nivel del protocolo de la red principal, siendo la principal solución actual el sharding.
La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, este artículo no se desarrollará, a continuación se enumeran brevemente dos soluciones:
La opción uno es ampliar el espacio del bloque, es decir, aumentar la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto aumentará los requisitos para dispositivos de nodos de alto rendimiento, elevará la barrera de entrada para 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. Ya no es necesario que cada nodo participe en todos los registros, sino que diferentes fragmentos, es decir, diferentes nodos, son responsables de diferentes registros. El cálculo en paralelo puede procesar múltiples transacciones simultáneamente; esto puede reducir la presión de cálculo en los nodos y el umbral de entrada, mejorando la velocidad de procesamiento de transacciones y el grado de descentralización. Sin embargo, esto significa que la potencia de cálculo de toda la red se dispersa, lo que puede reducir la "seguridad" de toda la red.
Cambiar el código del protocolo principal de la red puede tener efectos negativos impredecibles, ya que cualquier pequeño fallo de seguridad en la base puede amenazar gravemente la seguridad de toda la red, lo que puede obligar a la red a realizar un fork o a interrumpir actualizaciones de reparación. Por ejemplo, el incidente de la vulnerabilidad de inflación de Zcash en 2018: el código de Zcash se basa en el código modificado de la versión 0.11.2 de Bitcoin, y en 2018 un ingeniero descubrió que su código subyacente tenía una vulnerabilidad crítica, es decir, que los tokens podían ser emitidos de manera ilimitada. Inmediatamente, el equipo pasó 8 meses realizando una reparación secreta, y solo después de corregir la vulnerabilidad se hizo pública esta situación.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no modifica el protocolo de la red principal de capa uno existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden subdividir en Layer2 y otras soluciones:
3. Soluciones de escalado off-chain
3.1 Canales Estatales
3.1.1 Resumen
Los canales de estado establecen que los usuarios solo necesitan interactuar con la cadena principal al abrir, cerrar o resolver disputas en el canal, y que la interacción entre usuarios se realice off-chain, con el fin de reducir el tiempo y costo monetario de las transacciones de los usuarios, y permitir que el número de transacciones no esté limitado.
El canal de estado es un protocolo P2P simple, adecuado para "aplicaciones basadas en turnos", por ejemplo, un juego de ajedrez entre dos personas. Cada canal es gestionado por un contrato inteligente multi-firma que opera en la mainnet, el cual controla los activos depositados en el canal, verifica las actualizaciones de estado y arbitra disputas entre participantes. Después de que los participantes despliegan el contrato en la red blockchain, depositan una suma de dinero y la bloquean; una vez que ambas partes firman y confirman, el canal se abre oficialmente. El canal permite transacciones gratuitas off-chain entre los participantes sin límite de cantidad. Los participantes envían actualizaciones de estado a la otra parte por turnos, esperando la confirmación de firma de la otra parte. Una vez que la otra parte confirma con su firma, la actualización de estado se considera completada. Normalmente, las actualizaciones de estado acordadas por ambas partes no se suben a la mainnet; solo se dependerá de la confirmación de la mainnet en caso de disputas o al cerrar el canal. Cuando se necesita cerrar el canal, cualquiera de los participantes puede solicitar una transacción en la mainnet; si la solicitud de salida recibe la aprobación por firma unánime de todos, se ejecuta de inmediato en la cadena, es decir, el contrato inteligente distribuye los fondos bloqueados restantes según el saldo de cada participante en el estado final del canal; si otros participantes no firman su aprobación, todos deberán esperar el final del "período de desafío" para poder recibir los fondos restantes.
En resumen, el esquema de canales de estado puede reducir considerablemente la carga computacional de la cadena principal, aumentar la velocidad de las transacciones y disminuir los costos de transacción.
3.1.2 Línea de tiempo
3.1.3 Principios técnicos
El principio central de los canales de estado es:
Los participantes bloquean activos en el contrato inteligente de la red principal y abren un canal de estado.
Los participantes realizan actualizaciones de estado off-chain, y cada interacción requiere la confirmación de la firma de ambas partes.
En caso de necesitar cerrar el canal o en caso de disputa, se debe enviar el estado final al contrato de la red principal para su verificación y distribución de activos.
Si surgen disputas, se puede presentar evidencia para impugnar dentro del período de impugnación.
Las ventajas de los canales de estado son que pueden lograr transacciones rápidas y de bajo costo off-chain, mientras que las desventajas son que los participantes necesitan estar en línea de forma continua y existe un problema de bloqueo de liquidez.
3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas:
3.1.5 Aplicación
Las principales aplicaciones incluyen:
3.1.6 Comparación de aplicaciones
La red Lightning de Bitcoin, la red Lightning de Ethereum y la red Celer presentan algunas diferencias en la implementación técnica, los casos de uso y el estado de desarrollo. La red Lightning está más madura, la red Lightning se utiliza menos, y la red Celer ha ampliado los casos de uso al agregar una capa de incentivos.
3.2 Sidechains
3.2.1 Resumen
Las cadenas laterales son una forma de blockchain que surgió para acelerar las transacciones de la cadena principal, permitiendo el uso de contratos más complejos, o mediante la mejora de los mecanismos de consenso, o parámetros de bloque para que la cadena lateral cumpla funciones específicas. Los resultados de las transacciones de la cadena lateral, al ser enviados de vuelta a la cadena principal, se registrarán en el lado del validador. Este modelo de blockchain no es una nueva forma de blockchain, sino una infraestructura que se adjunta a la cadena principal y ayuda a resolver problemas de la cadena principal.
3.2.2 Línea de tiempo
3.2.3 Principios técnicos
El principio fundamental de la cadena lateral es:
La cadena principal bloquea los activos, la cadena lateral genera los activos correspondientes.
Las cadenas laterales funcionan de manera independiente y tienen su propio mecanismo de consenso.
La cadena lateral enviará los cambios de estado de forma periódica a la cadena principal.
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