El futuro de la blockchain es una visión grandiosa: descentralización, seguridad y escalabilidad. Sin embargo, a menudo la blockchain solo puede lograr dos de estos objetivos, y cumplir con los tres requisitos se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, se ha estado explorando cómo resolver este dilema, cómo aumentar el rendimiento y la velocidad de transacción de la blockchain garantizando la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de 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; cuántos más nodos haya, 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, lo que permitirá que la cadena resista ataques de una proporción mayor de participantes.
Escalabilidad: la capacidad de la blockchain para procesar una gran cantidad de transacciones.
La primera bifurcación dura significativa de la red Bitcoin surgió debido a problemas de escalabilidad. A medida que aumentaba el número de usuarios y el volumen de transacciones de Bitcoin, la red Bitcoin, que tiene un límite de 1MB por bloque, comenzó a enfrentar problemas de congestión; desde 2015, la comunidad de Bitcoin ha tenido desacuerdos sobre el tema de la escalabilidad, con un lado representado por Bitcoin ABC, que apoya la expansión del bloque, y el otro lado representado por Bitcoin Core, que es de la opinión de que se debe utilizar la solución de Segregated Witness (Segwit) para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, Bitcoin ABC lanzó 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 dio lugar a la creación de la nueva criptomoneda BCH.
De igual manera, la red de Ethereum también opta por sacrificar parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y la descentralización de la red; aunque la red de Ethereum no limita el volumen de transacciones como lo hace la red de Bitcoin a través de restricciones en el tamaño de los bloques, sino que ha cambiado indirectamente a establecer un límite en las tarifas de gas que un solo bloque puede contener, el objetivo sigue siendo lograr un consenso sin confianza y asegurar una amplia distribución de nodos (. Ya sea que se elimine o se aumente el límite, se eliminarán muchos nodos más pequeños que carecen de ancho de banda, almacenamiento y capacidad de cálculo suficientes ).
Desde 2017 con CryptoKitties, el verano DeFi, y luego el surgimiento de aplicaciones en cadena como GameFi y NFT, la demanda de capacidad de procesamiento en el mercado ha aumentado continuamente. Sin embargo, incluso Ethereum, que es Turing completo, solo puede procesar entre 15 y 45 transacciones por segundo ( TPS ), lo que ha llevado a un aumento constante en los costos de transacción, tiempos de liquidación más largos, y la mayoría de las Dapps no pueden soportar los costos de operación. La red en su conjunto también se ha vuelto lenta y cara para los usuarios, y el problema de la escalabilidad en la blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución ideal de escalabilidad es: mejorar la velocidad de transacción de la red blockchain ( un tiempo de finalización más corto ) y un mayor rendimiento de transacciones ( mayor TPS ), sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalado
Nosotros clasificamos el plan de expansión en dos grandes categorías: expansión en cadena y expansión off-chain, según el estándar de "si se cambia una capa de la red principal".
2.1 Escalabilidad en cadena
Concepto clave: solución para lograr la escalabilidad mediante el cambio de una capa del protocolo de la red principal, siendo la principal solución actual el sharding.
La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, este artículo no las desarrollará, a continuación se enumeran brevemente dos soluciones:
La opción uno es ampliar el espacio de bloques, es decir, aumentar la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto aumentará los requisitos para los dispositivos de nodos de alto rendimiento, elevará la barrera de entrada para los nodos y disminuirá 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 toda la contabilidad, 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; pero 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 de la capa 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, y esta podría verse obligada a bifurcarse o interrumpir la actualización de reparación. Por ejemplo, el incidente de la vulnerabilidad de inflación de Zcash en 2018: el código de Zcash se basa en una modificación del código 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 emitirse ilimitadamente. Inmediatamente, el equipo pasó 8 meses trabajando en una corrección secreta, y el incidente se hizo público solo después de que se solucionó la vulnerabilidad.
2.2 expansión off-chain
Concepto clave: solución de escalado que no modifica el protocolo de la red principal de una capa existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden subdividir en Layer2 y otras soluciones:
Layer2: A través de la construcción de una capa de red adicional sobre la red principal, se trasladan la mayoría de los procesos de transacción y cálculo a esta capa para aumentar la capacidad de procesamiento de transacciones y reducir costos. Incluye principalmente canales de estado, Plasma, Rollups, etc.
Otras soluciones: como cadenas laterales y otras redes de blockchain independientes, que interactúan a través de cadenas cruzadas con la red principal.
3. Profundidad de la expansión off-chain
3.1 Canales de Estado
3.1.1 Resumen
Los canales de estado establecen que los usuarios solo necesitan interactuar con la cadena principal cuando el canal se abre, se cierra o se resuelve una disputa, y que la interacción entre usuarios se realice off-chain, con el fin de reducir el tiempo y el costo monetario de las transacciones de los usuarios, además de permitir que el número de transacciones no esté limitado.
Los canales de estado son protocolos P2P simples, adecuados para "aplicaciones basadas en turnos", como, por ejemplo, juegos 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 disputas entre los participantes ( según las pruebas de fraude ) que llevan firma y marca de tiempo. Después de que los participantes despliegan el contrato en la red blockchain, depositan fondos y los bloquean; una vez que ambas partes firman y confirman, el canal se abre oficialmente. El canal permite transacciones gratuitas off-chain ilimitadas ( entre los participantes siempre que el valor neto de sus transferencias no exceda el total de tokens depositados ). Los participantes envían actualizaciones de estado alternativamente, esperando la confirmación de firma de la otra parte. Una vez que la otra parte firma y confirma, esta actualización de estado se considera completada. Normalmente, las actualizaciones de estado acordadas por ambas partes no se suben a la cadena principal; solo se dependerá de la confirmación de la cadena principal en caso de disputas o al cerrar el canal. Cuando se necesita cerrar el canal, cualquiera de los participantes puede hacer una solicitud de transacción en la cadena principal; si la solicitud de salida recibe la aprobación por unanimidad de las firmas, se ejecutará inmediatamente en la cadena, es decir, el contrato inteligente distribuirá los fondos bloqueados restantes según el saldo de cada participante en el estado final del canal; si otros participantes no aprueban la firma, todos deberán esperar a que finalice el "período de desafío" para recibir los fondos restantes.
En resumen, el esquema de canales de estado puede reducir significativamente 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
2015/02, Joseph Poon y Thaddeus Dryja publicaron el 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 dentro 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 escalabilidad de la red Lightning de Bitcoin Payment Channel(, el cual se utiliza exclusivamente para procesar pagos de transferencias en la red de Bitcoin.
En noviembre de 2017, se propuso la especificación de diseño de State Channel llamada Sprites, basada en el marco de Payment Channel.
2018/06, Counterfactual propuso un diseño de Canales de Estado Generalizados muy detallado, este es el primer diseño completamente relacionado con canales de estado.
2018/10, el artículo Generalised State Channel Networks propone los conceptos de State Channel Networks y Virtual Channels.
2019/02, el concepto de canales de estado se extendió a N-Party Channels, Nitro es el primer protocolo construido sobre 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.
![Informe de investigación en profundidad de diez mil palabras: análisis completo de la expansión off-chain])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(
)# 3.1.3 Principios Técnicos
El flujo de trabajo básico de los canales de estado es el siguiente:
Alice y Bob depositan fondos desde su EOA personal a la dirección del contrato en cadena, estos fondos se bloquean en el contrato hasta que se cierren los canales y el saldo se devuelve al usuario; después de que ambos firmen y confirmen, el canal de estado entre los dos se abre oficialmente.
Alice y Bob pueden llevar a cabo un número ilimitado de transacciones off-chain a través de este canal, y los participantes se comunican mediante mensajes firmados encriptados ### en lugar de comunicarse con la red de blockchain (. Ambos usuarios deben firmar cada transacción para prevenir el doble gasto. 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 y finalizar la transacción con Bob, Alice necesita enviar el estado final de su cuenta al contrato. Si Bob firma y aprueba, el contrato liberará los fondos bloqueados de acuerdo con el estado final y los devolverá al usuario correspondiente. Si Bob no responde con la firma, el contrato liberará los fondos bloqueados y los devolverá al usuario correspondiente después de que finalice el período de desafío.
Si Bob no responde a la firma de actualización de estado enviada por Alice en su turno, Alice puede iniciar un desafío presentando su última estado válido al contrato, el cual también incluye la firma anterior de Bob, demostrando así que la última transacción ya ha recibido la aprobación de Bob y que el estado final ha sido confirmado por Bob. Luego, el contrato permite a Bob responder dentro de un período de tiempo presentando el siguiente estado al contrato; si Bob responde, ambos pueden continuar realizando transacciones dentro del canal de estado; si Bob no responde dentro de ese período de tiempo, el contrato cierra automáticamente el canal de estado y devuelve los fondos a Alice.
![Informe de investigación en profundidad: Análisis completo de la expansión off-chain])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-815c5eb2bdba725e04eebe67b22d42aa.webp(
)# 3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Inmediatez: las transacciones se pueden completar de inmediato, sin necesidad de esperar la confirmación del bloque.
Privacidad: solo el estado final se registrará en la cadena, el proceso intermedio no se expondrá
Escalabilidad: puede soportar un número infinito de transacciones off-chain
Bajo costo: las transacciones off-chain prácticamente no requieren tarifas.
Desventajas:
Disponibilidad: Se requiere que las partes participantes estén en línea
Baja eficiencia de capital: no se puede utilizar el capital durante el período de bloqueo
Complejidad: tiene un cierto umbral tanto para desarrolladores como para usuarios
Restricción de liquidez: fondos limitados dentro del canal
Aplicabilidad limitada: principalmente aplicable a las partes que interactúan con frecuencia.
![Informe de investigación en profundidad: Análisis exhaustivo de la expansión off-chain]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-010d7309e0cc697da400d07e6948a16e.webp(
)# 3.1.5 Aplicación
Red Lightning de Bitcoin
Resumen:
La red Lightning es un canal de pagos de bajo valor en la red de Bitcoin, cuya evolución técnica general ha pasado por: un canal de pago unidireccional construido con 2/2 firmas múltiples, después de agregar RSMC###Contrato de Madurez de Secuencia Revocable( se puede construir un canal de pago bidireccional, y después de agregar HTLC)Contrato de Bloqueo de Tiempo Hash( se puede extender el canal de pago a pagos múltiples, construyendo finalmente la red de pagos, es decir, la red Lightning. A través de pagos pequeños off-chain.
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BlockImposter
· hace16h
off-chain交易划个重点
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GasGasGasBro
· hace16h
¡Gas blanco yyds!
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DaoGovernanceOfficer
· hace17h
*suspiro* otra visión superficial del trilema... hablando empíricamente, los estado del canal fracasaron precisamente por estos marcos simplificados.
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AirdropHunter007
· hace17h
Las cadenas basura hablan de escalabilidad, mejor sería no usar cadenas.
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Ser_Liquidated
· hace17h
No me preguntes qué métodos tengo, todo se basa en gastar dinero fuera de la cadena.
Análisis profundo de las soluciones de escalado off-chain: desde el estado del canal hasta el Lighting Network
Profundidad de análisis de la expansión off-chain
1. La necesidad de la expansión
El futuro de la blockchain es una visión grandiosa: descentralización, seguridad y escalabilidad. Sin embargo, a menudo la blockchain solo puede lograr dos de estos objetivos, y cumplir con los tres requisitos se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, se ha estado explorando cómo resolver este dilema, cómo aumentar el rendimiento y la velocidad de transacción de la blockchain garantizando la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de 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:
La primera bifurcación dura significativa de la red Bitcoin surgió debido a problemas de escalabilidad. A medida que aumentaba el número de usuarios y el volumen de transacciones de Bitcoin, la red Bitcoin, que tiene un límite de 1MB por bloque, comenzó a enfrentar problemas de congestión; desde 2015, la comunidad de Bitcoin ha tenido desacuerdos sobre el tema de la escalabilidad, con un lado representado por Bitcoin ABC, que apoya la expansión del bloque, y el otro lado representado por Bitcoin Core, que es de la opinión de que se debe utilizar la solución de Segregated Witness (Segwit) para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, Bitcoin ABC lanzó 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 dio lugar a la creación de la nueva criptomoneda BCH.
De igual manera, la red de Ethereum también opta por sacrificar parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y la descentralización de la red; aunque la red de Ethereum no limita el volumen de transacciones como lo hace la red de Bitcoin a través de restricciones en el tamaño de los bloques, sino que ha cambiado indirectamente a establecer un límite en las tarifas de gas que un solo bloque puede contener, el objetivo sigue siendo lograr un consenso sin confianza y asegurar una amplia distribución de nodos (. Ya sea que se elimine o se aumente el límite, se eliminarán muchos nodos más pequeños que carecen de ancho de banda, almacenamiento y capacidad de cálculo suficientes ).
Desde 2017 con CryptoKitties, el verano DeFi, y luego el surgimiento de aplicaciones en cadena como GameFi y NFT, la demanda de capacidad de procesamiento en el mercado ha aumentado continuamente. Sin embargo, incluso Ethereum, que es Turing completo, solo puede procesar entre 15 y 45 transacciones por segundo ( TPS ), lo que ha llevado a un aumento constante en los costos de transacción, tiempos de liquidación más largos, y la mayoría de las Dapps no pueden soportar los costos de operación. La red en su conjunto también se ha vuelto lenta y cara para los usuarios, y el problema de la escalabilidad en la blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución ideal de escalabilidad es: mejorar la velocidad de transacción de la red blockchain ( un tiempo de finalización más corto ) y un mayor rendimiento de transacciones ( mayor TPS ), sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalado
Nosotros clasificamos el plan de expansión en dos grandes categorías: expansión en cadena y expansión off-chain, según el estándar de "si se cambia una capa de la red principal".
2.1 Escalabilidad en cadena
Concepto clave: solución para lograr la escalabilidad mediante el cambio de una capa del protocolo de la red principal, siendo la principal solución actual el sharding.
La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, este artículo no las desarrollará, a continuación se enumeran brevemente dos soluciones:
Cambiar el código del protocolo de la capa 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, y esta podría verse obligada a bifurcarse o interrumpir la actualización de reparación. Por ejemplo, el incidente de la vulnerabilidad de inflación de Zcash en 2018: el código de Zcash se basa en una modificación del código 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 emitirse ilimitadamente. Inmediatamente, el equipo pasó 8 meses trabajando en una corrección secreta, y el incidente se hizo público solo después de que se solucionó la vulnerabilidad.
2.2 expansión off-chain
Concepto clave: solución de escalado que no modifica el protocolo de la red principal de una capa existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden subdividir en Layer2 y otras soluciones:
Layer2: A través de la construcción de una capa de red adicional sobre la red principal, se trasladan la mayoría de los procesos de transacción y cálculo a esta capa para aumentar la capacidad de procesamiento de transacciones y reducir costos. Incluye principalmente canales de estado, Plasma, Rollups, etc.
Otras soluciones: como cadenas laterales y otras redes de blockchain independientes, que interactúan a través de cadenas cruzadas con la red principal.
3. Profundidad de la expansión off-chain
3.1 Canales de Estado
3.1.1 Resumen
Los canales de estado establecen que los usuarios solo necesitan interactuar con la cadena principal cuando el canal se abre, se cierra o se resuelve una disputa, y que la interacción entre usuarios se realice off-chain, con el fin de reducir el tiempo y el costo monetario de las transacciones de los usuarios, además de permitir que el número de transacciones no esté limitado.
Los canales de estado son protocolos P2P simples, adecuados para "aplicaciones basadas en turnos", como, por ejemplo, juegos 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 disputas entre los participantes ( según las pruebas de fraude ) que llevan firma y marca de tiempo. Después de que los participantes despliegan el contrato en la red blockchain, depositan fondos y los bloquean; una vez que ambas partes firman y confirman, el canal se abre oficialmente. El canal permite transacciones gratuitas off-chain ilimitadas ( entre los participantes siempre que el valor neto de sus transferencias no exceda el total de tokens depositados ). Los participantes envían actualizaciones de estado alternativamente, esperando la confirmación de firma de la otra parte. Una vez que la otra parte firma y confirma, esta actualización de estado se considera completada. Normalmente, las actualizaciones de estado acordadas por ambas partes no se suben a la cadena principal; solo se dependerá de la confirmación de la cadena principal en caso de disputas o al cerrar el canal. Cuando se necesita cerrar el canal, cualquiera de los participantes puede hacer una solicitud de transacción en la cadena principal; si la solicitud de salida recibe la aprobación por unanimidad de las firmas, se ejecutará inmediatamente en la cadena, es decir, el contrato inteligente distribuirá los fondos bloqueados restantes según el saldo de cada participante en el estado final del canal; si otros participantes no aprueban la firma, todos deberán esperar a que finalice el "período de desafío" para recibir los fondos restantes.
En resumen, el esquema de canales de estado puede reducir significativamente 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
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)# 3.1.3 Principios Técnicos
El flujo de trabajo básico de los canales de estado es el siguiente:
Alice y Bob depositan fondos desde su EOA personal a la dirección del contrato en cadena, estos fondos se bloquean en el contrato hasta que se cierren los canales y el saldo se devuelve al usuario; después de que ambos firmen y confirmen, el canal de estado entre los dos se abre oficialmente.
Alice y Bob pueden llevar a cabo un número ilimitado de transacciones off-chain a través de este canal, y los participantes se comunican mediante mensajes firmados encriptados ### en lugar de comunicarse con la red de blockchain (. Ambos usuarios deben firmar cada transacción para prevenir el doble gasto. 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 y finalizar la transacción con Bob, Alice necesita enviar el estado final de su cuenta al contrato. Si Bob firma y aprueba, el contrato liberará los fondos bloqueados de acuerdo con el estado final y los devolverá al usuario correspondiente. Si Bob no responde con la firma, el contrato liberará los fondos bloqueados y los devolverá al usuario correspondiente después de que finalice el período de desafío.
Si Bob no responde a la firma de actualización de estado enviada por Alice en su turno, Alice puede iniciar un desafío presentando su última estado válido al contrato, el cual también incluye la firma anterior de Bob, demostrando así que la última transacción ya ha recibido la aprobación de Bob y que el estado final ha sido confirmado por Bob. Luego, el contrato permite a Bob responder dentro de un período de tiempo presentando el siguiente estado al contrato; si Bob responde, ambos pueden continuar realizando transacciones dentro del canal de estado; si Bob no responde dentro de ese período de tiempo, 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:
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)# 3.1.5 Aplicación
Red Lightning de Bitcoin
Resumen: La red Lightning es un canal de pagos de bajo valor en la red de Bitcoin, cuya evolución técnica general ha pasado por: un canal de pago unidireccional construido con 2/2 firmas múltiples, después de agregar RSMC###Contrato de Madurez de Secuencia Revocable( se puede construir un canal de pago bidireccional, y después de agregar HTLC)Contrato de Bloqueo de Tiempo Hash( se puede extender el canal de pago a pagos múltiples, construyendo finalmente la red de pagos, es decir, la red Lightning. A través de pagos pequeños off-chain.