Primer paso de la modularidad de Ethereum: Introducción básica al Proto-danksharding y su funcionamiento

Ethereum ha completado con éxito la transición del protocolo de consenso de prueba de trabajo a prueba de participación. El próximo proyecto importante es el EIP-4844, también conocido como "disponibilidad de datos en bruto". Este cambio de código tiene como objetivo mejorar la escalabilidad de los rollups construidos sobre Ethereum.

EIP-4844 introduce un nuevo tipo de transacción, llamado blob. Aumenta los requisitos de datos y almacenamiento del bloque de Ethereum, y crea un nuevo mercado de tarifas que separa el precio de los blobs de las transacciones regulares.

Rollup es un protocolo que depende de la cadena de bloques de Layer 2 ( como Ethereum ) para la disponibilidad de datos ( DA ). Normalmente, los rollups basados en contratos inteligentes no solo dependen de la DA de Ethereum, sino que también dependen de Ethereum para la liquidación de transacciones. Estos rollups leen datos de capas de DA como Ethereum, y ejecutan transacciones efectivas y código de contratos inteligentes.

El costo de publicar grandes volúmenes de datos en Ethereum suele ser alto, en parte porque la red almacena los datos de forma permanente como parte del historial de transacciones. Con EIP-4844, cada bloque creará un espacio adicional de datos de 512 kB o 768 kB para rollup. Estos datos se almacenarán durante aproximadamente tres semanas. Teóricamente, el costo de publicar datos en Ethereum a través de rollup se reducirá drásticamente.

Proto-danksharding es el preludio y "prototipo" del danksharding completo, lo que permitirá a los nodos de Ethereum descargar fragmentos de datos blob para determinar la disponibilidad del blob completo.

Este artículo explora en profundidad los detalles del funcionamiento de EIP-4844, las limitaciones del danksharding original, el plan de evolución de EIP-4844 hacia el danksharding completo, así como los beneficios directos para los usuarios finales y los desarrolladores de dapp.

Fondo

EIP-4844 se considera una actualización de escalabilidad para Ethereum. Sin embargo, es importante señalar que este cambio de código no ha aumentado ni mejorado sustancialmente la capacidad de transacción de Ethereum en sí. El proto-danksharding reduce el costo de publicar grandes cantidades de datos en Ethereum, lo que a su vez disminuye los costos operativos de los rollups. EIP-4844 se considera que mejora la escalabilidad de Ethereum, ya que hace que las redes de Layer 2 construidas sobre Ethereum sean más rentables, pero este cambio de código no ha mejorado la escalabilidad de Ethereum como una blockchain de propósito general.

En los últimos años, las actividades de transacción de rollups de Ethereum como Arbitrum, Optimism, StarkNet, zkSync y Polygon zkEVM han estado en aumento. L2Beat.com estima que el volumen total de transacciones realizado por todas las redes de Layer 2 es 3.8 veces el TPS diario de Ethereum.

Según los datos proporcionados por Blockworks Research a través de Dune Analytics, los rollups han ahorrado más del 99% de las tarifas de gas para los usuarios finales y los desarrolladores de dapps en comparación con el costo de desplegar código y realizar transacciones directamente en Ethereum.

Hasta el 13 de junio de 2023, el costo de enviar transacciones en los dos rollups de Ethereum más populares, Optimism y Arbitrum, es de aproximadamente 0.03 a 0.05 dólares. Sin embargo, en condiciones de alta actividad en la cadena y congestión de la red, estos costos a veces pueden dispararse a más de 1 dólar.

El objetivo de EIP-4844 es reducir aún más los costos de rollup mediante la introducción de transacciones blob. A continuación se presenta una descripción paso a paso del ciclo de vida de las transacciones blob definidas por EIP-4844:

1. El usuario envía transacciones al rollup.
2. El ordenante de Rollup agrupa las transacciones en lotes
3. El ordenado crea una transacción blob, codificando los datos de la transacción empaquetada como blob.
4. La transacción Blob se envió al mempool de Ethereum
5. Los validadores incorporan transacciones blob en el bloque
6. El bloque se transmite a la red y se confirma finalmente
7. Los datos Blob se almacenan en la cadena de balizas durante aproximadamente 3 semanas.
8. Los datos blob se eliminarán 3 semanas después.
9. Rollup aún puede acceder al compromiso criptográfico de los datos de transacción

EIP-4844 no afectará cómo se incorporan las transacciones regulares en un bloque, ni afectará el mercado de tarifas que determina el precio del espacio en bloques de Ethereum, pero sí aumenta los requisitos de almacenamiento de los bloques de Ethereum. El espacio de datos adicional es para adjuntar transacciones blob a los bloques. Blob es como un remolque, que se puede adjuntar a un bloque de Ethereum sin afectar o ocupar el espacio de bloque existente.

El espacio de bloque Blob se subastará según su propio mercado de tarifas, imitando el diseño del mercado de tarifas de EIP-1559. Inicialmente, las transacciones de blob tendrán casi ningún costo. Después, por cada bloque confirmado, si más de la mitad del espacio de bloque blob se utiliza, el costo de las transacciones de blob aumentará un 12.5%. Por cada bloque en el que el espacio de bloque blob no se utilice adecuadamente, el costo de blob disminuirá un 12.5%.

Las transacciones de blob no se almacenarán indefinidamente en Ethereum, sino que se almacenarán en la capa de consenso de Ethereum (CL) y se descartarán de los nodos CL después de tres semanas. El proto-danksharding permitirá que cada bloque tenga hasta 4 blobs, cada uno capaz de contener hasta 128kB de datos adicionales. El límite máximo de espacio de blob de 512kB por bloque podría cambiar según las pruebas en curso del EIP-4844. Los desarrolladores están discutiendo activamente la posibilidad de aumentar este límite de 4 blobs a 6.

En Ethereum, se generan aproximadamente 7094 bloques al día. Después de EIP-4844, asumiendo un límite de 4 blobs por bloque, se pueden procesar hasta 28376 blobs al día. ( Este es un valor máximo teórico, y debido a la variabilidad dinámica de las tarifas de blobs, en la práctica puede que nunca se alcance. )

En los últimos seis meses, el ordenante que opera en Optimism ha enviado aproximadamente 3126 lotes de transacciones a Ethereum cada día. El volumen de transacciones confirmado por Arbitrum es aproximadamente el doble que el de Optimism. En Optimism, más del 90% de las tarifas provienen de las tarifas de CALLDATA de Capa 1.

La introducción de un espacio de almacenamiento de datos especializado, sin importar cuán pequeño sea al principio, tiene como objetivo reducir el costo de usar Ethereum como la capa de DA para todos los rollups basados en Ethereum. Se estima de manera conservadora que los desarrolladores de rollups prevén que, tras la activación de EIP-4844, las tarifas de rollup se reducirán entre un 100% y un 900%. Sin embargo, estas estimaciones pueden cambiar según el aumento en la adopción y actividad de rollups en los meses posteriores a la activación de la base de datos original.

El costo de las transacciones de blob, aunque al principio puede ser más barato que las transacciones normales tras la activación de EIP-4844, podría aumentar rápidamente si la cantidad de rollups construidos sobre Ethereum aumenta. Además, aunque cada blob está diseñado para ofrecer la oportunidad de publicar hasta 128 kB de datos para un único ordenante, los ordenantes de rollup tienen la posibilidad de coordinarse para que un solo blob contenga datos de múltiples rollups. Los desarrolladores de Ethereum se dieron cuenta de que, debido a la cantidad limitada de cada bloque y a que un único lote de transacciones puede no aprovechar completamente el espacio de datos de 128 kB de cada transacción de blob, podría surgir un mercado secundario para la fijación de precios de blobs.

Proto-danksharding ha sentado las bases para la introducción de tecnologías más avanzadas, con el fin de reducir aún más el costo de los blobs sin aumentar la carga computacional de los nodos. Llamado danksharding completo, la idea completa para los blobs es aumentar el número máximo de blobs por bloque de 4 a 64.

Danksharding completo

Cuatro blobs aumentan el tamaño de bloque de Ethereum en 512 kB. Seis blobs aumentarán el tamaño de bloque de Ethereum en 768 kB adicionales. Como se mencionó anteriormente, el espacio adicional del bloque se utiliza estrictamente para transacciones de blobs y no almacena datos de forma permanente como el espacio de bloque normal. La visión completa de EIP-4844 es introducir hasta 64 blobs en Ethereum y hacerlo sin aumentar significativamente la carga computacional de los nodos de validación de bloques. Para lograr un danksharding completo, Ethereum necesita implementar dos tecnologías: muestreo de disponibilidad de datos (DAS) y codificación de borrado.

Muestreo de disponibilidad de datos ( DAS )

En el contexto de la verificación de transacciones de Layer 2 rollup, el objetivo de DAS es asegurar que todos los fragmentos de datos agrupados por el ordenante se hayan publicado en la cadena. Los nodos completos son seleccionados al azar, descargan un bloque de datos del blob y generan una prueba de disponibilidad de datos. Cuantas más veces muestree un nodo completo los datos, mayor será la certeza de que todos los datos se han proporcionado desde el ordenante sin retener datos importantes. Para los nodos, el proceso de muestreo de datos es computacionalmente menos intensivo que descargar todo el blob, pero teóricamente proporciona la misma garantía de disponibilidad de datos. Al igual que con el proto-danksharding, el muestreo de datos del blob bajo el danksharding completo asegurará que las transacciones del ordenante hayan sido verificadas y publicadas en la cadena, para que cualquier usuario o parte interesada de la red pueda evaluarlas.

A través de DAS, los desarrolladores de Ethereum tienen la confianza de aumentar la cantidad y el volumen de datos de blobs publicados en Ethereum sin aumentar la carga computacional de los nodos. Además, los desarrolladores planean implementar recomendaciones como la expiración histórica en futuras actualizaciones para reducir aún más la carga computacional de los nodos. En palabras del investigador de Ethereum, Dankrad Feist, con el tiempo, Ethereum se convertirá en un "tablón de anuncios público en lugar de un sistema de archivo", delegando la responsabilidad de mantener copias completas del historial de transacciones a los interesados en la red que utilizan estos datos con frecuencia, como los rollups de Layer 2 y empresas de infraestructura blockchain como Infura, Alchemy y Blockdaemon. Aunque EIP-4844 introdujo blobs, este es un ejemplo temprano que ilustra cómo algún día todas las transacciones podrían convertirse en almacenamiento de blobs en Ethereum.

borrar código

La codificación de borrado mejora la capacidad de muestreo de los datos. Si un ordenante malicioso retiene unos pocos bloques de datos, en cualquier lugar entre el 1% y el 49% de los datos del blob, el muestreo de transacciones puede probabilísticamente llevar a que ciertas muestras se demuestren correctas desde el principio, en lugar de incorrectas. La codificación de borrado asegura que si al menos la mitad del blob es verificada, el resto del blob puede ser reconstruido. Esta técnica solo es efectiva cuando los datos se representan como polinomios, es decir, expresiones de más de dos términos algebraicos. La forma más común de codificación de borrado depende de los códigos Reed-Solomon(RS), que es una fórmula matemática avanzada capaz de resolver datos faltantes en función de suficientes fragmentos de datos conocidos. Intuitivamente, solo muestrear puede no garantizar eficazmente la disponibilidad de grandes cantidades de datos, especialmente bajo la suposición de que un ordenante malicioso retiene un solo dato de un blob. La codificación de borrado introduce redundancia en los datos del blob, de tal manera que un ordenante malicioso necesariamente necesita retener una porción considerable de los datos del blob para retener cualquier cantidad de datos.

La combinación de DAS y la codificación de borrado es la base de la tecnología completamente danksharding. Estas tecnologías también son las que respaldan ciertas capas de DA, como Polygon Avail y Celestia. En muchos aspectos, la visión de apoyar el cálculo modular de blockchain se está probando a pequeña escala a través de otros proyectos de blockchain y se probará a gran escala en Ethereum, en parte a través de proto-danksharding y se probará de manera seria a través de danksharding completo.

Compromiso KZG

Antes de que DAS y la codificación de borrado puedan ser implementados en Ethereum, el completo danksharding necesita implementar el esquema de compromiso KZG. El compromiso KZG de Kate Zaverucha Goldberg( es un sistema de prueba ZK) que permite evaluar un polinomio sin revelar el polinomio completo. Objetos de datos grandes, como blobs, pueden ser manipulados y probados de manera eficiente por computadoras si primero se representan como polinomios. Es importante que la EIP-4844 introduzca el compromiso KZG como parte del proceso de verificación y generación de pruebas de blobs. Para los rollups de Layer 2 que dependen de pruebas ZK, el compromiso KZG puede representar el cálculo de las transacciones y el estado del protocolo de rollup. En el contexto de la EIP-4844, el compromiso KZG puede verificar las propiedades del blob sin necesidad de leer todo el contenido de la transacción del blob.

Ceremonia KZG

El esquema de compromiso KZG utilizado para verificar blobs depende de un valor secreto generado una vez a través de una configuración confiable. Algunos protocolos criptográficos, como Zcash, Tornado Cash y Filecoin, dependen de configuraciones confiables para generar de manera segura un valor secreto que se utiliza para cálculos en cadena repetidos. La ceremonia de configuración confiable de EIP-4844 comenzó en enero de 2023. Ha recibido casi 100,000 contribuciones de la comunidad de Ethereum. Como contexto, la ceremonia de configuración confiable es un procedimiento único que genera un bloque de datos a partir de las contribuciones de más de una parte para un protocolo criptográfico. El objetivo de combinar la entropía de múltiples contribuciones en la ceremonia de configuración confiable es generar un valor secreto que sea casi imposible de regenerar o adivinar. Es crucial que lo producido por la ceremonia de configuración confiable sea el más