Cosas que saber: |
– Ethereum, la segunda cadena de bloques más grande del mundo por capitalización de mercado, se sometió recientemente a una importante actualización de software llamada The Merge, pasando del consenso de prueba de trabajo al consenso de prueba de participación.
– Si bien fue una transición exitosa, quedan dudas sobre la escalabilidad y preparación de Ethereum para la siguiente etapa del desarrollo de Web3. – Este artículo profundiza en los desafíos de escalamiento de Ethereum y evalúa su capacidad para satisfacer las necesidades de adopción generalizada. Sostiene que, si bien aún no existe una solución de escalamiento perfecta, las Capas 2, incluidos los Optimistic y Validity Rollups, tienen el mayor potencial para una mayor escalabilidad sin sacrificar el "trilema de la cadena de bloques". – Más precisamente, los acumuladores optimistas y de validez, utilizando la tecnología ZKP, serán clave para dar forma al futuro de Ethereum al permitir transacciones sin confianza, complejas y sin permiso a escala. |
Escalando Ethereum: la búsqueda de una solución
Ethereum, como muchas cadenas de bloques, actualmente enfrenta una capacidad de procesamiento de transacciones limitada. A pesar de admitir transferencias ETH y miles de DApps, el mayor uso ha resultado en transacciones más lentas y costosas.
Para mitigar las altas tarifas, esta situación generó decisiones de diseño inseguras, como servicios centralizados fuera de la cadena para mercados NFT. La introducción de EIP 1559 mejoró la estimación de tarifas y la incentivación, pero no mejoró significativamente la escalabilidad. … El desafío de la escalabilidad se entiende bien dentro del popular trilema de blockchain de escalabilidad, descentralización y seguridad.
El trilema de blockchain afirma que no es posible lograr simultáneamente tres propiedades: descentralización, seguridad y escalabilidad. Sacrifique la descentralización, es mucho más fácil construir un sistema escalable y seguro, como ya ha demostrado Web2. Priorice la escalabilidad sacrificando su mecanismo de consenso y tendrá una cadena de bloques descentralizada, insegura y sin sentido. Resolver el trilema de Blockchain es increíblemente complejo y ha sido un desafío continuo durante la última década.
Aumento del rendimiento: enfoques múltiples
A lo largo de los años, se han abordado muchas soluciones para resolver el trilema de la cadena de bloques de Ethereum. Una sugerencia popular es construir bloques más grandes o bloques por segundo. Si bien puede parecer una buena idea, intensifica las demandas de consenso sobre los nodos de blockchain y los validadores/mineros, lo que lleva a una mayor centralización. También ralentiza las reorganizaciones, lo que aumenta los riesgos de seguridad.
Una alternativa es crear una cadena lateral para reducir la carga de la cadena principal, como se ve con la red Polygon. Este sistema implica compensaciones de seguridad, ya que se basa en un consenso más débil que Ethereum (menos capitalización de mercado). Si bien puede adaptarse a casos de uso específicos, a menudo conduce a la centralización y no aborda completamente los problemas de escalabilidad de Ethereum. Y de todos modos, todavía está lejos de las decenas de miles de solicitudes necesarias para ejecutar un sistema similar a Visa.
Capa 2 y fragmentación: ¿Soluciones a los desafíos de escalabilidad de Ethereum?
Fragmentación y Capa 2 son ampliamente vistos como las mejores opciones para que Ethereum escale mientras se preserva el trilema de blockchain.
Por un lado, fragmento de cadena de bloques Durante mucho tiempo se ha considerado como la clave para la escalabilidad en el mundo de la cadena de bloques. Fue la característica principal de Eth2.0 en 2019 con el cambio al esquema de firma BLS, el mecanismo de consenso PoS y la implementación de eWASM. Por otro lado, Capa 2s han visto un rápido avance a través de la investigación en curso en los mecanismos enrollables. Exploremos el estado actual de estos dos enfoques en competencia y lo que puede deparar su futuro.
¿Cómo funciona la fragmentación de blockchain?
El término fragmentación proviene de la ciencia de las bases de datos, donde dividimos horizontalmente una base de datos en piezas más pequeñas y manejables llamadas fragmentos. Cada fragmento es una base de datos separada que contiene un subconjunto de datos. La fragmentación se utiliza para escalar bases de datos mediante la distribución de datos y consultas en varios servidores, lo que permite que la base de datos maneje un mayor volumen de datos sin necesidad de un servidor único y potente.
Esta idea de aprovechar la fragmentación en cadenas de bloques rápidamente se hizo popular entre los desarrolladores. La fragmentación de blockchain divide la red en subredes más pequeñas llamadas fragmentos, y los fragmentos permiten procesar transacciones en paralelo. En una cadena de bloques fragmentada, cada fragmento es una cadena separada que funciona de forma independiente. Esto significa que cada nodo, minero/validador puede centrarse en un fragmento determinado para crear un consenso local. Primero, permite que las transacciones se procesen en paralelo. En segundo lugar, cada fragmento tiene menos transacciones que administrar. Suena perfecto, entonces, ¿cuál es el problema?
Desafíos de fragmentación: consenso, comunicación entre fragmentos y seguridad
Con la fragmentación de blockchain, no es fácil definir el consenso general. ¿Cuál es el consenso global de la red? ¿Es la unión de cada consenso local? ¿Cómo y dónde anclan estos consensos locales para crear uno global en el que todos puedan confiar? Tales preguntas no son fáciles de responder.
Otro desafío importante para implementar la fragmentación es la comunicación entre fragmentos. Cuando se trata de bases de datos, no tiene este problema ya que los datos se dividen en diferentes fragmentos, lo que le permite leerlos o escribirlos de forma independiente sin problemas reales. Cuando se trata de fragmentos de blockchain que ejecutan código, esto es mucho más complejo. Cada fragmento debe poder ejecutar su propio código, consultar el estado de un fragmento diferente y ejecutar código en otro. Esto no es trivial.
Esta dificultad de fragmentación también se relaciona con el problema de EN LINEA. Este problema ha sido estudiado por expertos y se han considerado diferentes esquemas de fragmentación propensos a muchas nuevas formas de ataques. En primer lugar, simplemente cuestiona el mecanismo de consenso. Si tiene 10 fragmentos y los mineros se distribuyen por fragmento, hacerse cargo de un fragmento es 10 veces menos costoso que hacerse cargo de toda la cadena de bloques. Esquemáticamente, el ataque del 51 % se traduce en un 5.1 %. Una solución a esto es cambiar el mecanismo de consenso de Prueba de trabajo a Prueba de participación. Esta fue la principal motivación para la transición de Ethereum a Prueba de Participación.
En EN LINEA frente, el efecto de La fusión ha sido ampliamente debatido. Sobre el descentralización En el frente, el consenso actualizado de Ethereum favorecía la centralización, dado que la propiedad del token determina el control de la red.
En cuanto al nuevo consenso de Ethereum, varios parámetros incentivaron la centralización:
- Ejecutar su nodo Ethereum no es sencillo, requiere recursos y tiempo de actividad. Simplemente evita que su billetera lo implemente y se ejecute en su computadora portátil o incluso en su teléfono móvil.
- El umbral de 32 ETH y el hecho de que no es posible dejar de participar hasta una fecha desconocida crearon una agrupación y participación líquida donde Lido y los intercambios tomaron la mayor parte del mercado. Hoy, 4 actores controlan más del 55 % de las monedas apostadas en la cadena de bloques de Ethereum (Lido 29.2 %, Coinbase 13.1 %, Kraken 7.6 % y Binance 6.2 %).
En general, la fragmentación de blockchain es una idea interesante para aumentar la escalabilidad, pero requiere una arquitectura compleja, específicamente cuando se trata de definir el consenso general e implementar un protocolo eficiente de fragmentos cruzados. Se ha trabajado mucho para lograr estos objetivos, pero todavía estamos lejos de implementarlos y aprovechar los impactos en el trilema de blockchain.
Rollups al rescate
Los rollups comprimen múltiples transacciones en una sola transacción para que las ejecute Ethereum, lo que permite la ejecución fuera de la cadena de muchas transacciones con la seguridad de Ethereum para los acuerdos. Hay dos implementaciones principales de esta idea:
- Rollups optimistas, que permiten a los usuarios emitir pruebas de fraude en caso de disputa
- ZK-Rollups donde la red L2 emite comprobantes de validez.
Resumen optimista y problema de finalidad:
Los paquetes acumulativos optimistas se han diseñado como los paquetes acumulativos con el aspecto más EVM. Son optimistas ya que asumen que los usuarios no están enviando transacciones fraudulentas, lo que permite la escritura directa de blockchain.
Existe un mecanismo que utiliza pruebas de fraude que los validadores L2 pueden inicializar para verificar las transacciones fuera de la cadena realizadas en unos pocos días (7 días en Optimism). Una prueba de fraude válida identifica los pasos fraudulentos en el proceso de transacción, lo que lleva a la reversión de la transacción y una sanción para el validador que la aprueba. Esto mejora el rendimiento de las transacciones al tiempo que preserva la seguridad de la cadena principal de Ethereum.
Sin embargo, Optimistic Rollups trae un nuevo desafío: finalidad. Con blockchains, las transacciones confirmadas se consideran permanentes e irreversibles, pero esto depende del mecanismo de consenso. Por ejemplo, las cadenas de PoW consideran que las transacciones son definitivas cuando la probabilidad de una reorganización es baja, y las transacciones de Bitcoin son definitivas después de 6 confirmaciones. Con resúmenes optimistas, las transacciones se pueden revertir después de varios días, lo que crea un desafío de finalidad y una compensación diferente.
Otro tipo de rollup: ZK-Rollups
Los ZK-Rollups, llamados así por el uso de la tecnología Zero-Knowledge Proof (ZKP) como SNARK o STARK, son otro tipo de Rollup. Dado que la propiedad de conocimiento cero no es realmente útil, llamarlos acumulaciones de validez podría ser más preciso.
El Rollup ejecuta un lote de transacciones y produce una prueba de validez, verificada por un contrato inteligente en la cadena de bloques de Ethereum, que confirma el resultado final de las transacciones. La prueba criptográfica se genera utilizando primitivas criptográficas Zero Knowledge.
En términos más generales, las pruebas de conocimiento cero permiten que una parte (proveedor) demuestre la posesión de cierta información a otra parte (verificador) sin revelar la información real. El probador puede confiar en la verdad de la declaración del probador sin aprender su contenido.
Originalmente diseñado para la confidencialidad, ZKRollups usa pruebas de conocimiento cero para un propósito muy diferente: compresión y computación confiable. Las dos tecnologías líderes de conocimiento cero son zk-STARKs (significa un argumento de conocimiento transparente escalable de conocimiento cero) y zk-SNARKs (significa un argumento de conocimiento sucinto no interactivo de conocimiento cero).
Problema de disponibilidad de datos para L2:
Como hemos visto, las tecnologías ZKP aseguran la validez del estado L2, pero la prueba por sí sola no brinda acceso al estado. Para aumentar el rendimiento, la ejecución se mueve fuera de la cadena, pero los datos aún deben ser fácilmente accesibles para la reconstrucción. Para lograr esto, los datos transaccionales se envían como datos de llamadas en Ethereum para garantizar que los datos estén disponibles para futuras reconstrucciones. Estos datos también podrían almacenarse en un almacenamiento descentralizado confiable, como IPFS o Arweave, lo que permite que cualquier persona reconstruya la L2 y aproveche los incentivos internos del almacenamiento descentralizado.
Sería aún mejor tener la capacidad de almacenar estos datos en la cadena, pero los datos solo sirven para reconstruir el estado/la verdad de la L2 y no se ejecutan, lo que hace que sea un uso ineficiente y costoso de la capacidad de la cadena de bloques.
Para abordar este obstáculo, los desarrolladores de Ethereum propusieron dos EIP: EIP4488 y EIP4844 (buena suerte para evitar confusiones). El primero reduce el costo de la gasolina para los datos de llamadas, mientras que el segundo crea un nuevo tipo de transacción para el almacenamiento de datos L2. Estos datos son inmutables y de solo lectura, y el EVM no puede acceder a ellos y, por lo tanto, no se pueden ejecutar.
Estos EIP son exactamente donde la hoja de ruta de ZKRollup se encuentra con la hoja de ruta de Execution Sharding, ambos proponiendo el mismo concepto para diferentes propósitos. EIP4488 tiene como objetivo almacenar datos L2 esenciales, mientras que EIP-4844, también conocido como Proto-Danksharding, es un paso hacia la implementación de Danksharding y la fragmentación de ejecución.
Danksharding:
Danksharding implica dividir grandes conjuntos de datos en partes más pequeñas para su separación y procesamiento, a menudo en paralelo. Este método se utiliza en grandes campos de datos e IA donde los conjuntos de entrenamiento pueden ser muy grandes.
Proto-danksharding (EIP-4844) no implementa la fragmentación, pero ofrece un almacenamiento de datos de llamadas más económico que podría fragmentarse. Este almacenamiento de datos de llamadas más económico mejorará en gran medida la escalabilidad de Ethereum en L2, lo que podría hacer que la fragmentación sea redundante.
Proto-darksharding:
Con Proto-danksharding, la cadena de bloques de Ethereum tendrá computación no escalable y datos escalables. Y ZkRollups esencialmente convierte estos datos escalables y computación no escalable pero confiable en computación escalable.
ZKRollups en el trilema de blockchain:
Los ZKRollups tienen fuertes beneficios de escalabilidad sin cambiar las propiedades subyacentes de la cadena de bloques. Verificar la prueba de conocimiento cero en la cadena es el requisito principal, mientras que la disponibilidad de datos se puede implementar fuera de la cadena. A la larga, se puede esperar que las capas 1 se vuelvan simples, seguras y, con suerte, descentralizadas, mientras que las capas 2 proporcionarán escalabilidad.
¿Dónde está la trampa?
L2 de hecho puede escalar mucho. No obstante, para establecerse en cadena (en L1), es necesario producir una prueba de validez para el estado general de L2, lo que genera problemas de centralización. Actualmente, los diseños L2 solo tienen un probador, lo que significa que pueden censurar sus transacciones. Realmente no podrían congelar sus activos L1 ya que se construyen puentes nativos. La investigación está en curso para abordar este desafío, permitiendo que otras partes puedan emitir pruebas, pero quedan algunas preguntas difíciles para el arbitraje entre estas pruebas. En todos los casos se trata de un problema importante a resolver de cara al futuro.
Starknet ha identificado esto como un tema importante en la hoja de ruta, mientras que Arbitrum divide la responsabilidad entre la bandeja de entrada del secuenciador y la bandeja de entrada retrasada para garantizar que los fondos puedan recuperarse en caso de censura.
Pensamientos Finales
Como hemos examinado, la escalabilidad puede tener un costo para la seguridad y la descentralización, mientras que las soluciones de Capa 2 se consideran las formas más prometedoras de aumentar la escalabilidad sin comprometer los otros aspectos del trilema de blockchain.
Los paquetes acumulativos optimistas y de validez, que utilizan la tecnología ZKP, serán vitales para dar forma al futuro de Ethereum al permitir transacciones sin confianza, complejas y sin permiso a escala. Los Rollups de validez tienen una ventaja significativa sobre los Rollups optimistas: brevedad en la finalidad. La hoja de ruta de Ethereum ha cambiado recientemente para admitir estos paquetes acumulativos a nivel de cadena de bloques.
El futuro de la escalabilidad de la cadena de bloques incluye DApps complejas que se ejecutan en la capa 2 (o acumulaciones recursivas), lo que permite una escalabilidad prácticamente infinita, con una capa 1 descentralizada y segura. A largo plazo, la Capa 1 podría convertirse en capas de liquidación, con la complejidad de las DApps trasladada a la Capa 2.
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