Escalabilidad de Blockchain: ¡Los canales estatales están ganando a lo grande!

No podemos evitar escribir sobre lo que trabajamos en Red Amarilla . Anteriormente, hablamos mucho sobre los problemas de interoperabilidad de blockchain y fragmentación del criptomercado . En este artículo, cubriremos otro problema no menos importante de la industria: la escalabilidad de blockchain y nos centraremos en los canales estatales como sus soluciones más destacadas.

Aquí nos gustaría explicar estas cosas de manera simple pero detallada y mostrar cómo usamos los canales estatales para hacer que las transacciones entre cadenas sean instantáneas y de bajo costo.

¡Vamos a sumergirnos!

¿Por qué la escalabilidad es tan importante para blockchain?

Cuanto más gana impulso la adopción de las criptomonedas, más difícil se vuelve para las redes de cadenas de bloques como Bitcoin y Ethereum proporcionar a los participantes la experiencia de usuario debida. El diseño original de la red se vuelve cada vez menos adecuado para procesar el creciente número de transacciones sin perder velocidad y sin aumentar las tarifas de transacción.

Es bueno recordar aquí que la red Ethereum puede manejar ~15 TPS (transacciones por segundo) y la red Bitcoin puede manejar ~5 TPS. Eso fue genial al principio, pero ya no es factible en el momento actual.

El diseño de red torpe y semifuncional se convierte en un obstáculo importante para los usuarios potenciales que consideran unirse a una red, así como para los usuarios existentes que continúan explorando una red. Desde la perspectiva del marketing, literalmente está acabando con la tasa de retención de usuarios.

Además, el creciente número de aplicaciones descentralizadas (dApps) crea una carga adicional en las redes. A medida que las dApps se vuelven más complicadas, requieren más poder de cómputo para funcionar, pero al mismo tiempo, buscan una velocidad de transacción más rápida y tarifas más bajas.

Entonces, como vemos aquí, la escalabilidad de blockchain y su adopción masiva son cosas bastante interdependientes. Esta es la razón por la que resolver el problema de la escalabilidad es de vital importancia para que toda la industria de la criptografía siga progresando y generalizándose.

¿Cómo resolvemos los problemas de escalabilidad en blockchain?

En términos generales, hay dos enfoques principales para manejar el problema de escalabilidad. Estos son enfoques "fuera de la cadena" y "en la cadena", unas pocas palabras sobre cada uno.

en cadena

"En cadena " significa que hacemos algunas mejoras en el nivel de cadena de bloques (Capa 1). Aquí podemos, al menos, intentar innovar el algoritmo de consenso existente, reemplazarlo por uno mejor (por ejemplo, Prueba de trabajo con Prueba de participación) o crear uno nuevo e innovador desde cero.

El objetivo final aquí sería lograr un mejor ancho de banda y rendimiento y disminuir la potencia computacional requerida para el procesamiento de transacciones.

Como ejemplo, Ethereum se encuentra actualmente en proceso de escalado en cadena a través de fragmentación .

Brevemente, la fragmentación es el proceso de dividir una base de datos horizontalmente para distribuir la carga. En el contexto de Ethereum, la fragmentación reducirá la congestión de la red y aumentará la cantidad de transacciones por segundo mediante la creación de más de 60 cadenas nuevas, conocidas como " fragmentos ". Esto también reducirá la carga de cada validador, ya que ya no será necesario que procesen la totalidad de todas las transacciones en la red.

El mecanismo de consenso pasará de una prueba de trabajo (PoW) altamente computacional y torpe a una prueba de participación (PoS) con requisitos de hardware más bajos.

fuera de la cadena

Si bien el escalado en cadena es una excelente manera de avanzar a largo plazo, sin embargo, esta es una tarea extremadamente complicada. Requiere esfuerzos masivos y un tiempo enorme (puede tomar años) para lograrlo.

Una alternativa mucho más flexible a las cadenas en cadena son las soluciones " fuera de cadena " que no modifican la cadena de bloques base. Fuera de la cadena o de manera intercambiable, las soluciones de Capa 2 se basan en cadenas de bloques y existen en la forma de sus superestructuras.

El trabajo principal de las soluciones fuera de la cadena es mejorar la experiencia de transacción de los usuarios al eliminar los cuellos de botella existentes en las redes de cadenas de bloques, como la lentitud y las altas tarifas.

El principio central del trabajo de las soluciones fuera de la cadena es sacar las sesiones de transacciones de la cadena de bloques y registrar públicamente solo su saldo final.

Las soluciones off-chain más aplicadas son:

• canales estatales

• cadenas laterales, y

• resúmenes

  
  

A continuación, cubriremos cómo difieren mientras nos enfocamos en los canales estatales.

Otros ejemplos para agregar aquí podrían ser validiums y Plazma . Sin embargo, son menos comunes y no se abordarán en este artículo.

¿Qué es un canal estatal?

Un canal de estado es un mecanismo que permite a las partes que realizan transacciones interactuar fuera de la cadena y registrar aún más con una cadena de bloques solo el estado final entre ellos. Es como si dos comerciantes hicieran una cantidad x de transacciones entre ellos durante un día y, por la noche, publicaran oficialmente el saldo neto final entre ellos. Este truco permite superar todos los desafíos que surgen de la naturaleza torpe de las cadenas de bloques, haciendo que las transacciones sean rápidas y económicas sin dejar de ser tan seguras como si se realizaran directamente en la cadena. Aquí está cómo usarlos:

1. Apertura

   
   

Para iniciar un canal estatal, las contrapartes deberán depositar una cantidad requerida de garantía (es decir, fondos) con un contrato multi-sig. Luego, la garantía de ambos se deducirá y se enviará a un contrato inteligente que ejecuta el canal estatal. Una transacción de depósito deducirá dinero de las cuentas del partido y lo transferirá a un contrato inteligente particular que coopera con este canal estatal. Este mecanismo de depósito tiene como objetivo garantizar que no se produzca un gasto doble ni en la cadena ni en los lados de las interacciones fuera de la cadena. Y aquí es donde ocurre el primer pago de la tarifa.

2. transacciones

   
   

Dado que un canal estatal está abierto, las partes son libres de realizar las transacciones tanto como prefieran a través de mensajes firmados criptográficamente. Su "P&L" dentro del canal se modificará con cada transacción que ocurra.

3. Liquidación y cierre de canales

   
   

Finalmente, cualquier parte puede iniciar una transacción en cadena cuando se realizan todas las transacciones. Para eso, ambas partes deben acordar el estado final del canal y enviarlo a la cadena de bloques para el registro. Y ahora es el momento del segundo pago de la tarifa.

¿Qué pasa si hay una disputa?

Si un participante rechaza confirmar el estado final o simplemente no responde, la otra parte puede registrar una disputa en la cadena. Luego, esta parte tendrá que enviar a un contrato inteligente el último estado de sus transacciones firmadas digitalmente registradas fuera de la cadena para demostrar que sus afirmaciones son legítimas. Otra parte puede no estar de acuerdo con que el estado provisto sea el más reciente y enviar el estado más actualizado como respuesta. Al final, las partes pasarían al acuerdo oa la fase de ejecución forzosa (dependiendo de las especificaciones del diseño de un canal).

Características asesinas de los canales estatales

En resumen, los beneficios clave de los canales estatales son:

• Alto rendimiento: mover transacciones fuera de una cadena permite reducir drásticamente la carga computacional de una red de Capa 1 sin perder seguridad.
• Fuertes propiedades de privacidad : las transacciones dentro de un canal estatal no se transmiten públicamente. Solo la apertura y el cierre de un canal estatal entran en una cadena de bloques.
• Liquidación instantánea: una vez que ambas partes firman una actualización de estado, todas las transacciones entre ellas se consideran completadas. No se requieren confirmaciones de los mineros para eso.
• Tarifas bajas : las transacciones que ocurren dentro de un canal no requieren ningún poder computacional y, por lo tanto, son baratas.

Limitaciones de los canales estatales

Como con cualquier tecnología, la aplicación de canales estatales tiene sus limitaciones.

Principalmente, estas limitaciones son las siguientes:

• Requisito de contrapartes predefinidas: un canal no se puede utilizar para enviar fondos fuera de la cadena a usuarios que no sean participantes del canal.
• Requisito de disponibilidad: Deben estar disponibles en caso de que su contraparte desee manipular la liquidación.
• Insuficiencia para algunos tipos de aplicaciones interactivas en tiempo real, cuando las partes entran en una disputa y tienen que resolverla en una cadena de bloques (es decir, ajustarse a una velocidad de cadena de bloques más lenta).

Implementación de canales estatales (2015-2021)

Aquí hay una breve información histórica sobre cómo se han implementado los canales estatales:

Ejemplos de implementación de canales estatales en 2022

Aquí solo compartiría algunos excelentes ejemplos de proyectos en curso que dependen de los canales estatales, incluido el nuestro (¿por qué no? 😊):

• Yellow Network : un entorno comercial de múltiples cadenas sin custodia y una cámara de compensación automatizada, que proporciona al usuario liquidez criptográfica agregada, alimentación de precios y transacciones entre cadenas de alta velocidad sin problemas a tarifas mínimas.
• Perun Network : una aplicación de canal estatal que admite pagos, microservicios, IoT, juegos y otros casos de uso comercial.
• Raiden Network : una solución de pago instantáneo con tarifas bajas compatible con todos los tokens ERC-20.
• Graph Protocol : un servicio de indexación y consulta de blockchain que utiliza canales estatales para establecer recompensas para los operadores de nodos (indexadores).

Canales estatales vs. Canales de pago

Los canales de pago son un caso de uso específico de los canales estatales. Solo están diseñados para soportar pagos entre dos o más partes.

El ejemplo más conocido de canales de pago es Lightning Network.

Comparing payment channels with state ones, the latter have much broader applications and are not limited only to payments.

Por ejemplo, los canales estatales también se pueden usar para escalar una dApp o una cadena de bloques (como Celer Network ), en juegos en tiempo real, etc.

Essentially, state channels are an answer for any decentralized application which needs a high throughput, privacy at a transaction level, and the same level of security as a Layer 1 blockchain.

Canales estatales frente a cadenas laterales frente a acumulaciones

Cadenas laterales

A diferencia de un canal estatal, una cadena lateral es una cadena de bloques separada que está conectada con su cadena principal (la cadena principal) a través de una conexión bidireccional.

Las cadenas laterales se ejecutan en paralelo con sus cadenas principales y tienen sus propios algoritmos de consenso.

Aunque las cadenas laterales son similares a la cadena principal en términos de lenguaje de contrato inteligente e implementación de código, tienen diferentes nodos de validación y, a diferencia de los canales estatales, las cadenas laterales no heredan las propiedades de seguridad de la cadena principal.

Una vinculación bidireccional permite la transferencia de activos entre la red principal y la cadena lateral. El mecanismo de consenso de la cadena lateral (por ejemplo, PoS) le permite procesar transacciones con un mayor rendimiento. Las transacciones se agrupan y se traen a la cadena principal, lo que reduce la carga computacional en la cadena principal y, por lo tanto, reduce las tarifas de gas.

Ejemplos de proyectos de cadenas laterales:

• Polygon : una cadena lateral de prueba de participación para escalar Ethereum.
• Gnosis Chain : una red estable de pago con monedas basada en Ethereum.xDAI es una moneda estable vinculada al USD en la cadena Gnosis.
• Liquid Network : una cadena lateral de bitcoin para pagos y liquidaciones rápidos con aplicaciones para intercambios.
• RootStock : una cadena lateral con funcionalidad de contrato inteligente en Bitcoin.

resúmenes

Los rollups son un grupo de soluciones que utilizan diferentes técnicas para 'empaquetar' transacciones y enviarlas a la red principal, aumentando así la velocidad y reduciendo la tarifa por transacción.

Al igual que los canales de estado, los resúmenes realizan la ejecución de transacciones fuera de la Capa 1 y luego los datos se publican en la Capa 1, donde se alcanza el consenso.

La principal diferencia entre los canales estatales y los rollups es que estos últimos involucran un intermediario para procesar las transacciones: un operador de rollup. Además, los canales de estado son adecuados para una variedad más amplia de casos de uso que los paquetes acumulativos en este momento.

Ejemplos de resúmenes:

• Resumen optimista (como se define en Ethereum.org ): asume que las transacciones son válidas de forma predeterminada y solo ejecuta el cálculo, a través de una prueba de fraude , en caso de un desafío.
• Paquetes acumulativos de conocimiento cero : ejecute el cálculo fuera de la cadena y envíe una prueba de validez a la cadena.

Implementación del canal estatal en el comercio multicadena Web3: Yellow Network

Como mencionamos anteriormente, Yellow Network permite el comercio de alta velocidad de múltiples cadenas y la agregación de liquidez de múltiples intercambios y protocolos DeFi.

En el núcleo de la arquitectura de Yellow se encuentra una red punto a punto (P2P) de malla superpuesta que utiliza canales de estado para dos propósitos principales:

• para unificar todas las cadenas de bloques y permitir su interoperabilidad, y
• para permitir llegar a cualquier token que circule en cualquier red aislada y transferirlo a otras redes (sin importar si las redes son compatibles) sin puentear.

A continuación se muestra cómo funciona.

Apertura de canales

Para abrir un canal estatal comercial, las contrapartes deben acordar la cantidad de tokens AMARILLOS que se proporcionarán como garantía y luego depositarlos con un contrato inteligente llamado Adjudicator. Una vez hecho esto, el canal estatal está activo y las contrapartes pueden comenzar a operar.

Coincidencia de pedidos remotos

Los intercambios son facilitados por el motor de emparejamiento 'Finex'. El motor permite que los intercambios realicen pedidos masivos y cancelaciones con un proceso de validación que garantiza que las operaciones se ejecuten dentro de los límites de financiación. Luego, las transacciones se mantienen con un índice de metadatos sin procesarlas en la cadena de bloques.

Asentamiento

El proceso de liquidación puede ser iniciado por cualquier parte en cualquier momento y debe ser validado por todas las partes involucradas.

Después de eso, el canal comercial se cierra.

Envolviendolo

Esencialmente, Yellow Network es una capa 3 que opera independientemente de las cadenas de bloques pero facilita su interconexión y funcionalidad cruzada, confiando en gran medida en la tecnología de canales estatales. Como resultado, la arquitectura de Yellow permite un rendimiento coincidente de alrededor de miles de millones de mensajes por día, que es significativamente más rápido que cualquier solución emparejada de Capa 1 y Capa 2 disponible en la actualidad. Al final, incluso permitiría el comercio de alta frecuencia de la misma manera que se hace en las finanzas tradicionales.

Características de la Red Amarilla

conclusión clave

En comparación con otras soluciones de escalabilidad, los canales estatales aún mantienen su posición ganadora. Son más fáciles de implementar, baratos y rápidos en términos de su funcionalidad, absolutamente desintermediados y seguros ̶a̶s̶ ̶h̶e̶l̶l̶ al igual que una cadena de bloques con la que operan. Además, los canales estatales son factibles para más casos de uso que sus alternativas.

Cuando se trata del comercio multicadena de Web3, los canales estatales son la mejor opción, ya que ayudan a superar los desafíos de interoperabilidad de las cadenas de bloques y brindan velocidad, lo que permite incluso criptografía HFT. Yellow Network es el ejemplo perfecto para demostrarlo.

Por Julie Plavnik para Red Amarilla.

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