Profundidad del análisis de la expansión off-chain
1. La necesidad de la expansión
La visión futura de la blockchain es lograr descentralización, seguridad y escalabilidad, pero a menudo solo se pueden satisfacer dos de estos aspectos al mismo tiempo, 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 transacción 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.
La descentralización, la seguridad y la escalabilidad de la blockchain se pueden definir aproximadamente como:
Descentralización: cualquier persona puede convertirse en un nodo para participar en la producción y verificación del 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, y la cadena podrá resistir ataques de una proporción mayor de participantes.
Escalabilidad: la capacidad del blockchain para procesar una gran cantidad de transacciones.
El primer gran hard fork de la red Bitcoin surgió de un problema de escalabilidad. A medida que aumentaba el número de usuarios y el volumen de transacciones, la red Bitcoin con un límite de bloque de 1MB comenzó a enfrentar congestión. A partir de 2015, la comunidad de Bitcoin tuvo diferencias sobre el problema de escalabilidad, lo que finalmente llevó al primer gran hard fork en la historia de Bitcoin el 1 de agosto de 2017, dando lugar a la nueva criptomoneda BCH.
De igual manera, la red de Ethereum también elige sacrificar una parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y la descentralización. Aunque Ethereum no impone un límite directo al tamaño de los bloques, sino que establece un límite en la tarifa de combustible para un solo bloque, el objetivo es lograr un consenso sin confianza y asegurar una distribución amplia de nodos.
Desde CryptoKitties en 2017 hasta el surgimiento posterior de aplicaciones como DeFi, GameFi y NFT, la demanda del mercado por mayor Profundidad ha ido en aumento. Pero incluso Ethereum, que es Turing-completo, solo puede procesar entre 15 y 45 transacciones por segundo, lo que ha llevado a un aumento en los costos de transacción, tiempos de liquidación más largos y la mayoría de las DApps no pueden soportar los costos operativos, haciendo que toda la red sea lenta y cara. Por lo tanto, el problema de la escalabilidad de blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución de escalabilidad ideal es mejorar la velocidad de transacción y la Profundidad tanto como sea posible, sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalado
Podemos clasificar los planes de expansión en dos grandes categorías: expansión en cadena y expansión off-chain, según el criterio de "si se cambia una capa de la red principal".
2.1 expansión en cadena
Concepto clave: solución para lograr un efecto de escalado mediante el cambio de una capa del protocolo de la red principal, la principal solución actual es el sharding.
La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, este artículo no las discutirá en detalle, solo enumerará dos:
La opción uno es ampliar el espacio del bloque, es decir, aumentar la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto elevará los requisitos para los dispositivos de nodos de alto rendimiento, aumentará 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, donde diferentes fragmentos son responsables de diferentes registros, y el cálculo en paralelo puede procesar múltiples transacciones simultáneamente; esto puede reducir la presión computacional en los nodos y el umbral de entrada, mejorar la velocidad de procesamiento de transacciones y el grado de descentralización; pero significa que la potencia de cálculo de toda la red se dispersa, lo que puede disminuir la seguridad de toda la red.
Cambiar un protocolo de la capa principal de la red puede tener efectos negativos impredecibles, ya que cualquier vulnerabilidad de seguridad subyacente podría amenazar gravemente la seguridad de toda la red.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no altera el protocolo de la capa uno existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden dividir en Layer2 y otras soluciones:
Layer2: Canales de Estado, Sidechains, Plasma, Rollups(Rollups Optimistas, Rollups ZK)
Otras soluciones: Validium, Volition
3. Solución de escalado off-chain
3.1 Canales Estatales
3.1.1 Resumen
Los canales de estado estipulan que los usuarios solo necesitan interactuar con la red principal cuando el canal se abre, se cierra o se resuelve una disputa, y que las interacciones entre usuarios se realicen off-chain, con el fin de reducir el tiempo y costo de las transacciones, permitiendo un número ilimitado de transacciones.
Los canales de estado son protocolos P2P simples, adecuados para "aplicaciones basadas en turnos", como un juego de ajedrez entre dos personas. Cada canal es gestionado por un contrato inteligente de múltiples firmas que se ejecuta en la cadena principal, el cual controla los activos depositados en el canal, verifica las actualizaciones de estado y arbitra las disputas entre los participantes. Después de desplegar el contrato, los participantes depositan fondos y los bloquean; una vez que ambas partes firman y confirman, el canal se abre oficialmente. El canal permite a los participantes realizar transacciones off-chain gratuitas sin límite de veces, siempre que el valor neto de la transferencia no exceda el total de tokens depositados. Los participantes se turnan para enviar actualizaciones de estado al otro, esperando la confirmación de la 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 cadena principal; solo en caso de disputa o al cerrar el canal, se dependerá de la cadena principal para la confirmación. Al cerrar el canal, cualquiera de los participantes puede presentar una solicitud de transacción en la cadena principal; si obtiene la aprobación de todas las firmas, se ejecuta de inmediato; de lo contrario, debe esperar a que termine el "período de desafío" para recibir los fondos restantes.
En resumen, el esquema de canales de estado puede reducir significativamente la carga de cálculo en la cadena principal, aumentar la velocidad de las transacciones y disminuir los costos de transacción.
(# 3.1.2 Línea de tiempo
2015/02: Joseph Poon y Thaddeus Dryja publican el borrador del white paper de la red Lightning.
2015/11: Jeff Coleman presentó por primera vez un resumen sistemático del concepto de State Channel, 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" proponiendo el esquema de escalado de la red Lightning de Bitcoin, Payment Channel.
2017/11: Se propuso la primera especificación de diseño de State Channel bajo el marco de Payment Channel, Sprites.
2018/06: Counterfactual presentó un diseño detallado de Canales de Estado Generalizados, que es el primer diseño completamente relacionado con canales de estado.
2018/10: El artículo Generalised State Channel Networks presenta los conceptos de State Channel Networks y Virtual Channels.
2019/02: El concepto de canales de estado se amplía a 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 deben estar en línea de manera continua.
El flujo de trabajo general de los canales de estado es el siguiente:
Alice y Bob depositan fondos desde su EOA personal a la dirección del contrato en la cadena, estos fondos se bloquean en el contrato hasta que se cierran el canal y se devuelven al usuario; después de que ambas partes firman y confirman, el canal se abre oficialmente.
Alice y Bob pueden llevar a cabo transacciones ilimitadas off-chain, y los participantes se comunican entre sí a través de mensajes firmados criptográficamente. Ambas partes deben firmar cada transacción para evitar el doble gasto malicioso. A través de estos mensajes, proponen actualizaciones del estado de sus cuentas y aceptan las actualizaciones de estado propuestas por el otro.
Si Alice quiere cerrar el canal, debe enviar el estado final de su cuenta al contrato. Si Bob firma y aprueba, el contrato liberará los fondos bloqueados y los devolverá al usuario correspondiente según el estado final. Si Bob no responde a la firma, el contrato liberará los fondos y los devolverá al usuario correspondiente al final del período de desafío.
En un escenario pesimista, si Bob no responde a la firma de actualización de estado enviada por Alice en un momento dado, Alice puede iniciar un desafío presentando su última estado válido al contrato. Luego, el contrato permite a Bob responder dentro de un periodo de tiempo presentando el siguiente estado al contrato; si Bob responde, ambos pueden continuar comerciando en el canal de estado; si Bob no responde dentro de ese periodo, el contrato cierra automáticamente el canal de estado y devuelve los fondos a Alice.
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(# 3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Comercio instantáneo: no se requiere esperar la confirmación del bloque
Alta capacidad de procesamiento: el número de transacciones off-chain no está limitado
Bajo costo: solo se necesita pagar tarifas en cadena al abrir y cerrar el canal.
Privacidad: los detalles de las transacciones off-chain no serán públicos
Desventajas:
Fondos bloqueados: los fondos están bloqueados durante el período de apertura del canal.
Requisitos en línea: los participantes deben permanecer en línea para firmar las actualizaciones de estado
Pobre combinabilidad: no es adecuada para interacciones complejas entre múltiples partes
Dependencia de seguridad: depende de servicios de monitoreo externos ) como Watchtowers ### para prevenir actos maliciosos
(# 3.1.5 Aplicación
Red Lightning de Bitcoin:
Canal de pagos de bajo valor basado en la red de Bitcoin, construyendo un canal de pagos unidireccional con 2/2 multi-firma, aumentando RSMC para construir un canal de pagos bidireccional, y luego aumentando HTLC para extender el canal de pagos a pagos múltiples, finalmente construyendo una red de pagos.
Se presentó un borrador de la hoja de ruta en febrero de 2015 y se lanzó la versión oficial de la hoja de ruta en enero de 2016.
Se lanzó la primera versión de la mainnet 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 2022, hubo 76,236 canales de pago, con un capital de 5049 BTC.
Desarrollo ecológico: desde la red base de BTC hasta soluciones de infraestructura central ), nodos y servicios de liquidez ###, pasando por diversos servicios de pago y financieros, así como aplicaciones.
Red relámpago de Ethereum:
Canal de micropagos basado en Ethereum, similar a la red Lightning.
Fundada en 2017, realizó el ICO en octubre de ese mismo año.
En mayo de 2020, se lanzó el primer Raiden Light Client en la red principal de Ethereum.
Actualmente no ha sido ampliamente adoptado, las razones incluyen un alto umbral de uso, la aparición de tecnologías de escalado más avanzadas, entre otros.
Se está transformando para funcionar en la red Rollup de Layer2 de Ethereum, reduciendo los costos de Gas para crear State Channels.
Celer Network:
Esencialmente, se ha añadido una capa de incentivos ( del token $CELR) de la red Lightning, construyendo DApps de blockchain de tipo de interacción de alta frecuencia a través de tecnología de expansión off-chain y un modelo económico incentivador.
Adecuado para plataformas de deportes electrónicos y otros escenarios de interacción de alta frecuencia.
Fundada en 2018, el token $CELR se lanzó en Binance Launchpad en marzo de 2019.
Actualmente se han lanzado productos como el protocolo DeFi Layer2.finance, el protocolo de información cross-chain Celer IM y el puente cross-chain de activos cBridge.
(# 3.1.6 Comparación de aplicaciones
La red Lightning de Bitcoin, la red Lightning de Ethereum y Celer Network tienen un enfoque de diseño similar, ya que son soluciones de escalado off-chain basadas en canales de estado. La principal diferencia radica en:
Blockchain de capa base: la red Lightning de Bitcoin se basa en Bitcoin, mientras que la red Lightning y Celer Network se basan en Ethereum.
Escenarios de aplicación:
La red Lightning se utiliza principalmente para pagos pequeños en Bitcoin.
La red Lightning tiene como objetivo apoyar los pagos de tokens ERC20 en Ethereum
Celer Network tiene un objetivo más amplio, apoyando DApps de alta frecuencia.
Características técnicas:
La red Lightning utiliza HTLC para implementar pagos de múltiples saltos
La red de rayo utiliza un mecanismo similar
Celer Network ha aumentado la capa de incentivos y la capa de enrutamiento de estado
Etapa de desarrollo:
La red Lightning ha madurado bastante, y el desarrollo del ecosistema es bueno.
El desarrollo de la red Lightning es lento y su tasa de uso no es alta
Celer Network está transformándose en una plataforma de agregación que expande múltiples cadenas.
Economía de tokens:
La red Lightning no tiene token nativo
Lightning Network y Celer Network han emitido su propio token
) 3.2 Cadenas laterales
3.2.1 Resumen
El concepto de cadena lateral se propuso por primera vez en 2012 en el chat de desarrolladores de Bitcoin, y en 2014 un investigador de Blockstream escribió el primer artículo relacionado.
Las cadenas laterales son una forma de blockchain que surgió para acelerar las transacciones de Bitcoin, permitiendo el uso de contratos más complejos, o mediante la mejora de mecanismos de consenso como PoS###, o ajustando los parámetros de bloque para hacer que la cadena lateral sea adecuada para usos específicos. El resultado de las transacciones de la cadena lateral se registrará en la cadena principal cuando se envíe de vuelta para su verificación.
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LiquidationAlert
· 07-01 16:29
No te pongas nervioso, ¿perdiste mucho en las primeras etapas y ahora aún estás vivo?
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not_your_keys
· 07-01 16:24
¿Una cadena que corre rápido es necesariamente confiable?
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RuntimeError
· 07-01 16:21
¿Solo unas pocas líneas? ¿Te has rendido en aprender?
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ForkItAll
· 07-01 16:19
El problema del triángulo se revela...
Ver originalesResponder0
NotFinancialAdvice
· 07-01 16:08
Vaya, después de hablar tanto, otra vez es la Unholy Trinity.
Análisis de soluciones de escalabilidad off-chain: comparación de principios y aplicaciones de State Channels y Sidechains.
Profundidad del análisis de la expansión off-chain
1. La necesidad de la expansión
La visión futura de la blockchain es lograr descentralización, seguridad y escalabilidad, pero a menudo solo se pueden satisfacer dos de estos aspectos al mismo tiempo, 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 transacción 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.
La descentralización, la seguridad y la escalabilidad de la blockchain se pueden definir aproximadamente como:
El primer gran hard fork de la red Bitcoin surgió de un problema de escalabilidad. A medida que aumentaba el número de usuarios y el volumen de transacciones, la red Bitcoin con un límite de bloque de 1MB comenzó a enfrentar congestión. A partir de 2015, la comunidad de Bitcoin tuvo diferencias sobre el problema de escalabilidad, lo que finalmente llevó al primer gran hard fork en la historia de Bitcoin el 1 de agosto de 2017, dando lugar a la nueva criptomoneda BCH.
De igual manera, la red de Ethereum también elige sacrificar una parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y la descentralización. Aunque Ethereum no impone un límite directo al tamaño de los bloques, sino que establece un límite en la tarifa de combustible para un solo bloque, el objetivo es lograr un consenso sin confianza y asegurar una distribución amplia de nodos.
Desde CryptoKitties en 2017 hasta el surgimiento posterior de aplicaciones como DeFi, GameFi y NFT, la demanda del mercado por mayor Profundidad ha ido en aumento. Pero incluso Ethereum, que es Turing-completo, solo puede procesar entre 15 y 45 transacciones por segundo, lo que ha llevado a un aumento en los costos de transacción, tiempos de liquidación más largos y la mayoría de las DApps no pueden soportar los costos operativos, haciendo que toda la red sea lenta y cara. Por lo tanto, el problema de la escalabilidad de blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución de escalabilidad ideal es mejorar la velocidad de transacción y la Profundidad tanto como sea posible, sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalado
Podemos clasificar los planes de expansión en dos grandes categorías: expansión en cadena y expansión off-chain, según el criterio de "si se cambia una capa de la red principal".
2.1 expansión en cadena
Concepto clave: solución para lograr un efecto de escalado mediante el cambio de una capa del protocolo de la red principal, la principal solución actual es el sharding.
La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, este artículo no las discutirá en detalle, solo enumerará dos:
La opción uno es ampliar el espacio del bloque, es decir, aumentar la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto elevará los requisitos para los dispositivos de nodos de alto rendimiento, aumentará 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, donde diferentes fragmentos son responsables de diferentes registros, y el cálculo en paralelo puede procesar múltiples transacciones simultáneamente; esto puede reducir la presión computacional en los nodos y el umbral de entrada, mejorar la velocidad de procesamiento de transacciones y el grado de descentralización; pero significa que la potencia de cálculo de toda la red se dispersa, lo que puede disminuir la seguridad de toda la red.
Cambiar un protocolo de la capa principal de la red puede tener efectos negativos impredecibles, ya que cualquier vulnerabilidad de seguridad subyacente podría amenazar gravemente la seguridad de toda la red.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no altera el protocolo de la capa uno existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden dividir en Layer2 y otras soluciones:
3. Solución de escalado off-chain
3.1 Canales Estatales
3.1.1 Resumen
Los canales de estado estipulan que los usuarios solo necesitan interactuar con la red principal cuando el canal se abre, se cierra o se resuelve una disputa, y que las interacciones entre usuarios se realicen off-chain, con el fin de reducir el tiempo y costo de las transacciones, permitiendo un número ilimitado de transacciones.
Los canales de estado son protocolos P2P simples, adecuados para "aplicaciones basadas en turnos", como un juego de ajedrez entre dos personas. Cada canal es gestionado por un contrato inteligente de múltiples firmas que se ejecuta en la cadena principal, el cual controla los activos depositados en el canal, verifica las actualizaciones de estado y arbitra las disputas entre los participantes. Después de desplegar el contrato, los participantes depositan fondos y los bloquean; una vez que ambas partes firman y confirman, el canal se abre oficialmente. El canal permite a los participantes realizar transacciones off-chain gratuitas sin límite de veces, siempre que el valor neto de la transferencia no exceda el total de tokens depositados. Los participantes se turnan para enviar actualizaciones de estado al otro, esperando la confirmación de la 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 cadena principal; solo en caso de disputa o al cerrar el canal, se dependerá de la cadena principal para la confirmación. Al cerrar el canal, cualquiera de los participantes puede presentar una solicitud de transacción en la cadena principal; si obtiene la aprobación de todas las firmas, se ejecuta de inmediato; de lo contrario, debe esperar a que termine el "período de desafío" para recibir los fondos restantes.
En resumen, el esquema de canales de estado puede reducir significativamente la carga de cálculo en 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 flujo de trabajo general de los canales de estado es el siguiente:
Alice y Bob depositan fondos desde su EOA personal a la dirección del contrato en la cadena, estos fondos se bloquean en el contrato hasta que se cierran el canal y se devuelven al usuario; después de que ambas partes firman y confirman, el canal se abre oficialmente.
Alice y Bob pueden llevar a cabo transacciones ilimitadas off-chain, y los participantes se comunican entre sí a través de mensajes firmados criptográficamente. Ambas partes deben firmar cada transacción para evitar el doble gasto malicioso. A través de estos mensajes, proponen actualizaciones del estado de sus cuentas y aceptan las actualizaciones de estado propuestas por el otro.
Si Alice quiere cerrar el canal, debe enviar el estado final de su cuenta al contrato. Si Bob firma y aprueba, el contrato liberará los fondos bloqueados y los devolverá al usuario correspondiente según el estado final. Si Bob no responde a la firma, el contrato liberará los fondos y los devolverá al usuario correspondiente al final del período de desafío.
En un escenario pesimista, si Bob no responde a la firma de actualización de estado enviada por Alice en un momento dado, Alice puede iniciar un desafío presentando su última estado válido al contrato. Luego, el contrato permite a Bob responder dentro de un periodo de tiempo presentando el siguiente estado al contrato; si Bob responde, ambos pueden continuar comerciando en el canal de estado; si Bob no responde dentro de ese periodo, el contrato cierra automáticamente el canal de estado y devuelve los fondos a Alice.
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(# 3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas:
(# 3.1.5 Aplicación
Red Lightning de Bitcoin:
Red relámpago de Ethereum:
Celer Network:
(# 3.1.6 Comparación de aplicaciones
La red Lightning de Bitcoin, la red Lightning de Ethereum y Celer Network tienen un enfoque de diseño similar, ya que son soluciones de escalado off-chain basadas en canales de estado. La principal diferencia radica en:
Blockchain de capa base: la red Lightning de Bitcoin se basa en Bitcoin, mientras que la red Lightning y Celer Network se basan en Ethereum.
Escenarios de aplicación:
Características técnicas:
Etapa de desarrollo:
Economía de tokens:
) 3.2 Cadenas laterales
3.2.1 Resumen
El concepto de cadena lateral se propuso por primera vez en 2012 en el chat de desarrolladores de Bitcoin, y en 2014 un investigador de Blockstream escribió el primer artículo relacionado.
Las cadenas laterales son una forma de blockchain que surgió para acelerar las transacciones de Bitcoin, permitiendo el uso de contratos más complejos, o mediante la mejora de mecanismos de consenso como PoS###, o ajustando los parámetros de bloque para hacer que la cadena lateral sea adecuada para usos específicos. El resultado de las transacciones de la cadena lateral se registrará en la cadena principal cuando se envíe de vuelta para su verificación.