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Análisis completo de las soluciones de escalado off-chain: la evolución tecnológica de los State Channels a los Rollups
Análisis profundo de la escalabilidad off-chain
1. La necesidad de la expansión
La visión futura de la blockchain es lograr descentralización, seguridad y escalabilidad, pero normalmente solo se pueden lograr dos de ellas. Esto 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 las transacciones de la blockchain, garantizando al mismo tiempo la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de la escalabilidad.
Definamos primero de manera general la descentralización, la seguridad y la escalabilidad de la blockchain:
La primera bifurcación dura significativa de la red de Bitcoin surgió del problema de escalabilidad. A medida que aumentaba el número de usuarios y el volumen de transacciones, la red de Bitcoin, con un límite de bloque de 1MB, comenzó a enfrentar congestión. A partir de 2015, la comunidad de Bitcoin tuvo divergencias sobre el problema de escalabilidad; una parte apoyaba la expansión del bloque, mientras que la otra apoyaba el uso de la solución de SegWit para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, la parte que apoyaba bloques grandes desarrolló un sistema de cliente de 8MB, lo que llevó a la primera bifurcación dura significativa de Bitcoin, dando origen a BCH.
La red de Ethereum también opta por sacrificar parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad de la red y la descentralización. Aunque Ethereum no tiene un límite de tamaño de bloque como Bitcoin, de manera indirecta establece un límite en las tarifas de gas para un solo bloque, con el objetivo de lograr un consenso sin confianza y asegurar una amplia distribución de nodos.
Desde CryptoKitties en 2017 hasta el verano de DeFi, y la aparición de GameFi y NFT, la demanda de capacidad de procesamiento en el mercado ha aumentado constantemente. Sin embargo, Ethereum aún solo puede procesar de 15 a 45 transacciones por segundo, lo que provoca un aumento en los costos de transacción y un mayor tiempo de liquidación, lo que hace que la mayoría de las DApps no puedan soportar los costos operativos. La solución de escalabilidad ideal es: aumentar la velocidad de transacción y la Profundidad de la red blockchain tanto como sea posible, sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalabilidad
Podemos clasificar las soluciones de escalabilidad en dos categorías principales: escalabilidad en cadena y escalabilidad off-chain, según "si se cambia una capa de la red principal".
2.1 expansión en cadena
Concepto clave: solución para lograr un efecto de escalabilidad mediante el cambio de una capa del protocolo de la red principal, actualmente el principal enfoque es el sharding.
La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, este artículo no se desarrollará, solo se enumerarán brevemente dos:
Cambiar el protocolo de la capa principal de la red puede tener efectos negativos imprevisibles; cualquier pequeño fallo de seguridad en la capa subyacente puede 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 principal existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden dividir en Layer2 y otras soluciones:
3. Profundidad de la solución de escalabilidad off-chain
Canales Estatales 3.1
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 resuelven disputas, llevando las interacciones entre los usuarios fuera de la cadena para reducir el tiempo y costo de las transacciones, permitiendo que el número de transacciones no esté limitado.
Los canales de estado son protocolos P2P simples, adecuados para aplicaciones basadas en turnos, como el juego de ajedrez entre dos personas. Cada canal es gestionado por un contrato inteligente multifa firmado 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.
3.1.2 Línea de tiempo
3.1.3 Principios técnicos
Flujo de trabajo general de los canales de estado:
Los participantes abren el canal depositando fondos en el contrato inteligente de la red principal.
Los participantes pueden realizar transacciones ilimitadas off-chain y comunicarse actualizando el estado a través de mensajes firmados.
Al cerrar el canal, los participantes envían el estado final al contrato de la red principal. Si se obtiene la firma de todos, se ejecuta de inmediato; de lo contrario, se debe esperar a que finalice el período de desafío.
En caso de disputa, se puede presentar una prueba de fraude al contrato de la red principal para impugnar.
3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas:
3.1.5 Aplicación
Aplicaciones principales: Red Lightning de Bitcoin, Red Lightning de Ethereum, Celer Network.
Red Lightning de Bitcoin:
Red Relámpago de Ethereum:
Celer Network:
3.1.6 Comparación de aplicaciones
La red Lightning es la aplicación de canal de estado más exitosa en este momento, con un ecosistema bastante completo. La red Thunder se desarrolla más lentamente. Celer Network ha ampliado más escenarios de aplicación al agregar una capa de incentivos.
3.2 Cadenas laterales
3.2.1 Resumen
El concepto de cadena lateral fue propuesto en 2012 y se publicaron los primeros artículos relacionados en 2014. La cadena lateral es una forma de blockchain que surgió para acelerar las transacciones de Bitcoin, y puede utilizar contratos más complejos o mejorar el mecanismo de consenso. Cuando los resultados de las transacciones de la cadena lateral se envían de vuelta a la cadena principal, se registran en el lado del validador.
3.2.2 Línea de tiempo
3.2.3 Principios técnicos
Los principales principios técnicos de las cadenas laterales incluyen:
Anclaje bidireccional: los validadores de la cadena principal y de la cadena lateral registran en tiempo real el estado actual del otro.
Anclaje no coordinado: los validadores de la cadena lateral deben monitorear la actividad de la cadena principal, pero la cadena principal no puede confirmar el estado de la cadena lateral, se debe introducir el mecanismo de Certificadores.
Activos跨链:
La seguridad de los activos en la cadena lateral depende de la seguridad de la cadena lateral, principalmente de su mecanismo de consenso.
3.2.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas:
3.2.5 Aplicación
Principales aplicaciones: Gnosis Chain( original xDai), Polygon, Ronin
Cadena Gnosis:
Polygon:
Ronin:
3.2.6 Comparación de aplicaciones
Gnosis Chain se centra en los pagos con stablecoins, Polygon se desarrolla de manera más rápida y completa, Ronin está diseñado específicamente para juegos, pero su seguridad es cuestionable. Polygon se encuentra en una posición de liderazgo en términos de construcción de ecosistemas, innovación tecnológica y capacidad financiera.
3.3 Plasma
3.3.1 Resumen
Plasma es un marco para construir DApps escalables. Surge como una solución evolutiva de cadenas laterales, con el objetivo de reducir al mínimo la confianza del usuario en el operador de la cadena lateral. El principio básico de Plasma es que, incluso si la cadena Plasma sufre una falla de seguridad, los activos de los usuarios aún se pueden retirar a la red principal.
3.3.2 Línea de tiempo
3.3.3 Principios técnicos
La idea central de Plasma:
Flujo de usuarios: