Análisis profundo de la expansión off-chain: del concepto a la práctica del State Channel

Profundidad de análisis de la expansión off-chain

1. La necesidad de la escalabilidad

La visión futura de la blockchain es la descentralización, la seguridad y la escalabilidad, pero generalmente solo se pueden lograr dos de ellas, 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 las transacciones 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 definen de la siguiente manera:

  • Descentralización: Cualquiera puede convertirse en un nodo para participar en la producción y verificación del sistema de blockchain. Cuantos más nodos haya, mayor será el grado de descentralización, asegurando así que la red no esté controlada por un pequeño grupo.

  • Seguridad: Cuanto mayor sea el costo para obtener el control del sistema de blockchain, mayor será la seguridad, y la cadena podrá resistir ataques de una mayor proporción de participantes.

  • Escalabilidad: La capacidad de la blockchain para procesar un gran número de transacciones.

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La primera bifurcación dura significativa de la red Bitcoin surgió del 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; desde 2015, la comunidad de Bitcoin ha tenido desacuerdos sobre la escalabilidad, una parte apoya la ampliación del bloque, mientras que la otra parte apoya el uso de la solución Segwit de testigos segregados para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, la parte que apoyaba la escalabilidad comenzó a operar un sistema de cliente de bloques de 8MB que desarrollaron por su cuenta, lo que llevó a la primera bifurcación dura significativa en la historia de Bitcoin, dando lugar a la nueva criptomoneda BCH.

La red de Ethereum también elige sacrificar una parte de la profundida para garantizar la seguridad y la descentralización de la red. Aunque Ethereum no limita el tamaño de los bloques como lo hace Bitcoin, sino que establece un límite en las tarifas de gas que puede contener un solo bloque, el objetivo es lograr un consenso sin confianza y asegurar una amplia distribución de nodos.

Desde CryptoKitties en 2017, el verano de DeFi hasta el surgimiento posterior de aplicaciones on-chain como GameFi y NFT, la demanda del mercado por capacidad de procesamiento ha ido en aumento, pero Ethereum todavía solo puede manejar entre 15 y 45 transacciones por segundo. Esto ha llevado a un aumento en los costos de transacción, tiempos de liquidación más largos y la mayoría de las DApps tienen dificultades para soportar los costos de operación, haciendo que toda la red sea lenta y cara, y el problema de escalabilidad de la blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución ideal de escalabilidad es: aumentar la velocidad de transacción y la capacidad de procesamiento de la red blockchain tanto como sea posible, sin sacrificar la descentralización y la seguridad.

2. Tipos de soluciones de escalado

Dividimos los planes de expansión en dos grandes categorías, ampliación en cadena y ampliación fuera de la cadena, según el criterio de "si se cambia una capa de la red principal".

2.1 Escalado en cadena

Concepto principal: una solución para lograr un efecto de escalabilidad al modificar 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 se desarrollará, solo se enumerarán brevemente dos:

  • La opción uno es ampliar el espacio del bloque, es decir, aumentar la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto aumentará los requisitos para dispositivos de nodos de alto rendimiento, elevará la barrera de entrada para unirse a los nodos y reducirá el grado de "descentralización".

  • La opción dos es el sharding, que divide el libro mayor de la cadena de bloques en varias partes, donde no todos los nodos participan en el registro de todas las transacciones, sino que diferentes fragmentos, es decir, diferentes nodos, son responsables de diferentes registros, y el cálculo en paralelo puede procesar múltiples transacciones al mismo tiempo; 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 distribuye, lo que puede disminuir la "seguridad" de toda la red.

Modificar el código del protocolo principal de una capa puede tener efectos negativos imprevisibles, ya que cualquier pequeño fallo de seguridad en la base podría amenazar gravemente la seguridad de toda la red, lo que podría obligar a la red a bifurcarse o interrumpir la actualización de reparación.

2.2 off-chain expansión

Concepto clave: solución de escalado que no modifica el protocolo de la mainnet de capa uno existente.

Las soluciones de escalado off-chain se pueden dividir en Layer2 y otras soluciones:

  • Layer2: red de segundo nivel construida sobre la cadena principal, incluyendo State Channels, Plasma, Rollups, etc.
  • Otras soluciones: Sidechains, Validium, etc.

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3. Profundidad de la solución de escalado off-chain

3.1 Canales de Estado

3.1.1 Resumen

Los canales de estado estipulan que los usuarios solo necesitan interactuar con la cadena principal cuando se abre, cierra o resuelve una disputa en el canal, realizando las interacciones entre usuarios off-chain para reducir el tiempo y costo de las transacciones, y lograr que el número de transacciones no tenga restricciones.

El canal de estado es un protocolo P2P simple, adecuado para "aplicaciones basadas en turnos", como un juego de ajedrez para 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. Después de que los participantes desplieguen el contrato en la red, depositan fondos y los bloquean; después de que ambas partes firmen y confirmen, el canal se abre oficialmente. El canal permite a los participantes realizar transacciones off-chain gratuitas de forma ilimitada ( siempre que el valor neto de la transferencia no supere el total depositado ). Los participantes envían actualizaciones de estado alternativamente al otro, esperando la firma y confirmación 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 depende de la cadena principal para la confirmación en caso de disputas o al cerrar el canal. Cuando se necesita cerrar el canal, cualquiera de los participantes puede presentar una solicitud de transacción en la cadena principal; si se aprueba por unanimidad, se ejecuta inmediatamente en la cadena; si otros participantes no firman su aprobación, todos deben 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 computacional de la cadena principal, aumentar la velocidad de las transacciones y disminuir los costos de transacción.

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3.1.2 Línea de tiempo

  • 2015/02, Joseph Poon y Thaddeus Dryja publican 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 de State Channel.
  • 2016/01, Joseph Poon y Thaddeus Dryja publicaron oficialmente el documento técnico "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" que propone el esquema de escalabilidad de la red Lightning de Bitcoin, Payment Channel(, que se utiliza únicamente para procesar pagos de transferencias en la red de Bitcoin.
  • En noviembre de 2017, se propuso la primera especificación de diseño de State Channel basada en el marco de Payment Channel llamada Sprites.
  • 2018/06, Counterfactual propuso 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 propuso los conceptos de State Channel Networks y Virtual Channels.
  • 2019/02, el concepto de canales de estado se amplió a los canales de N-partes, Nitro es el primer protocolo establecido 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 forma continua.
  • 2020/03, Hydra propuso Canales Isomórficos Rápidos.

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)# 3.1.3 Principio técnico

El flujo de trabajo general de los canales de estado es el siguiente:

  1. Alice y Bob depositan fondos desde una EOA personal a una dirección de contrato en cadena, estos fondos se bloquean en el contrato hasta que se cierren los canales y se devuelvan al usuario; después de que ambos firman la confirmación, el canal de estado entre ellos se abre formalmente.

  2. Alice y Bob pueden realizar transacciones ilimitadas off-chain, los participantes se comunican entre sí a través de mensajes firmados encriptados ### en lugar de comunicarse con la red de blockchain (. Ambas partes necesitan 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 la otra parte.

  3. 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 a la firma, el contrato liberará los fondos bloqueados y los devolverá al usuario correspondiente una vez que termine el período de desafío.

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)# 3.1.4 Ventajas y desventajas

Ventajas:

  • Transacciones instantáneas, alta profundidad
  • Bajo costo de transacción
  • Se pueden realizar transacciones privadas
  • La seguridad está garantizada por la blockchain subyacente

Desventajas:

  • Necesitas bloquear los fondos
  • No es adecuado para transacciones masivas entre múltiples partes
  • Los participantes necesitan estar en línea con frecuencia
  • Algunas escenas están restringidas

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 ha pasado de canales de pago unidireccionales a bidireccionales y luego a redes de pago múltiples. A través de canales de pago de bajo valor off-chain, utilizando intermediarios para formar una red de transacciones, se puede resolver el problema de escalabilidad de la red de Bitcoin. El uso sigue el proceso "Depositar ### Establecer canal ( → Transacción de la red Lightning ) Actualizar estado del canal ( → Reembolso/ Liquidación ) Terminar canal ("; teóricamente puede procesar un millón de transacciones por segundo.

  • Línea de tiempo:

    • En febrero de 2015, se publicó el borrador del libro blanco
    • Se lanzó la versión oficial del libro blanco en enero de 2016 y se fundó Lightning Labs
    • 15 de marzo de 2018, se lanzó la primera versión de la red principal LND 0.4
    • A principios de 2021, la capacidad pública era de aproximadamente 40 millones de dólares, alrededor de 100,000 usuarios
    • En junio de 2021, El Salvador adoptó el bitcoin como moneda de curso legal, y en septiembre lanzó la billetera Chivo basada en la red Lightning.
    • En 2022, 26 plataformas de intercambio de criptomonedas anunciaron su apoyo a la red Lightning.
    • En octubre de 2022, Lightning Labs lanzó la versión alfa del protocolo Taro, que en el futuro se podrá utilizar para acuñar, enviar y recibir activos en la red de Bitcoin.
    • El 23 de noviembre de 2022, la red Lightning tenía 76,236 canales de pago, con un capital de 5049 BTC)81.8M dólares(
  • Desarrollo ecológico: La ecosistema de la red Lightning de abajo hacia arriba incluye: la red BTC de base, soluciones de infraestructura central ), servicios de nodos y liquidez (, y varias DApps. Hasta noviembre de 2022, las DApps basadas en la red Lightning han superado los 20 categorías y más de 100 aplicaciones, que incluyen principalmente pagos, billeteras, gestión de nodos, extensiones de navegador, podcasts y streaming.

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Red Lightning de Ethereum:

  • Resumen: La Red Lightning es un canal de pagos de bajo valor basado en Ethereum, similar a la Red Lightning, que expande las transacciones en cadena a través del establecimiento de canales de estado, con el objetivo de lograr pagos de tokens ERC20 casi instantáneos, de bajo costo y escalables.

  • Línea de tiempo:

    • Fundada en 2017, el fundador Heiko Hees fue un desarrollador central de Ethereum.
    • El 17 de octubre de 2017, la ICO recaudó más de 30 millones de dólares.
    • El primer Raiden Light Client - Alderaan se lanzó en la mainnet de Ethereum en mayo de 2020
    • A finales de 2021, múltiples intercambios eliminaron $RDN
  • Actualmente no ha sido ampliamente adoptado, las razones incluyen:

    1. Usar la puerta de acceso es demasiado alto: cuando las tarifas de Gas de Ethereum son demasiado altas, el costo de abrir el canal es demasiado alto.
    2. Han aparecido tecnologías de escalado más avanzadas: soluciones de escalado mejores como Rollup limitan los casos de uso de Raiden Network.
  • Desarrollo ecológico: Actualmente, el desarrollo del ecosistema es lento, y el equipo está trabajando en la transformación para que funcione en la red Rollup Layer 2 de Ethereum, con el fin de reducir aún más los costos de Gas para la creación de State Channels. En mayo de 2022, se anunció el lanzamiento en Arbitrum, convirtiéndose en un L2 que opera sobre L2. En el futuro, se realizará una transición centrada en Rollups, como una solución complementaria que coexiste con los Rollups.

Celer Network:

  • Resumen: Celer Network es esencialmente una red relámpago que ha incorporado una capa de incentivos ) token $CELR(, que puede construir DApps de blockchain de alto intercambio rápido, fácil de usar, de bajo costo y seguras mediante tecnología de escalado off-chain y un modelo económico incentivado, como el electrónico.
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MemecoinTradervip
· hace3h
realizando un análisis de sentimiento sobre esta narrativa de l2... señales alcistas detectadas pero el verdadero alpha está en la fabricación de consenso rn
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Fren_Not_Foodvip
· hace3h
Triángulo imposible, tsk tsk tsk
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ChainMaskedRidervip
· hace3h
Ay, el Unholy Trinity ha sido dicho hasta el cansancio.
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AirdropLickervip
· hace3h
¡Si no puedes invertir, ve y salta del edificio!
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RektButStillHerevip
· hace3h
Triángulo alrededor de medio día, aún es mejor hablar de tps.
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BottomMisservip
· hace3h
¡Puaj! Clásico tres de dos
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