Panorama de soluciones de escalado off-chain: la evolución tecnológica desde State Channels hasta Rollups

2025-07-25 16:10:19

Profundidad de análisis de la expansión off-chain

Autor: Cobo Ventures

1. La necesidad de la expansión

La visión futura de la blockchain es la descentralización, la seguridad y la escalabilidad. Pero normalmente la blockchain solo puede lograr dos de estas, lo que se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, la gente ha estado explorando cómo mejorar el rendimiento y la velocidad de las transacciones de la blockchain manteniendo la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de la escalabilidad.

Definamos primero la descentralización, la seguridad y la escalabilidad de la blockchain:

Descentralización: cualquier persona puede convertirse en un nodo para participar en el sistema de blockchain, cuanto mayor sea el número de nodos, mayor será el grado de descentralización.
Seguridad: Cuanto mayor sea el costo para obtener el control de la cadena de bloques, mayor será la seguridad.
Escalabilidad: la capacidad de la blockchain para procesar un gran número de transacciones.

La primera bifurcación dura significativa de la red de Bitcoin se originó a partir del problema de escalabilidad. El 1 de agosto de 2017, Bitcoin ABC lanzó su sistema cliente de 8MB, lo que llevó a la primera bifurcación dura significativa en la historia de Bitcoin, produciendo una nueva criptomoneda llamada BCH.

La red de Ethereum también ha decidido sacrificar una parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y la descentralización de la red. Desde CryptoKitties en 2017, hasta el verano DeFi, el auge de GameFi y NFT, la demanda del mercado por la capacidad de procesamiento ha aumentado constantemente, pero Ethereum solo puede procesar de 15 a 45 transacciones por segundo. Esto ha llevado a un aumento en los costos de transacción y a un mayor tiempo de liquidación, lo que dificulta que la mayoría de las DApps soporten los costos operativos. La solución ideal de escalado es: aumentar la velocidad de transacción y la capacidad de la red blockchain sin sacrificar la descentralización y la seguridad.

2. Tipos de soluciones de escalado

Dividimos el plan de expansión en dos grandes categorías, expansión en cadena y expansión off-chain, basándonos en el criterio "si se cambia una capa de la red principal".

2.1 expansión en cadena

Concepto clave: una solución que logra la expansión mediante el cambio de una capa del protocolo de la red principal, siendo el principal enfoque actual el sharding.

La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, este artículo no se detendrá en ello, y enumerará brevemente dos de ellas:

Ampliar el espacio de bloque: aumentar la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto disminuirá el grado de "descentralización".
Fragmentación: dividir el libro mayor de la blockchain en varias partes, donde diferentes fragmentos son responsables de diferentes registros. Puede reducir la presión de cálculo en los nodos, aumentar la velocidad de procesamiento de transacciones y el grado de descentralización, pero puede disminuir la "seguridad" de toda la red.

Cambiar un protocolo de red principal puede tener efectos negativos impredecibles; cualquier pequeño fallo de seguridad en la capa subyacente podría amenazar gravemente la seguridad de toda la red.

2.2 off-chain expansión

Concepto central: solución de escalado que no altera el protocolo de la capa uno existente.

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

Layer2: Canales de Estado, Plasma, Rollups
Otras soluciones: Sidechains, Validium

3. Profundidad de la solución de escalado 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, llevando las interacciones entre los usuarios off-chain para reducir el tiempo y costo de las transacciones, logrando que el número de transacciones no esté limitado.

Los canales de estado son 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 multi-firma 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.

3.1.2 Línea de tiempo

2015/02: Joseph Poon y Thaddeus Dryja publican el borrador del libro blanco de la red Lightning.
2015/11: Jeff Coleman resumió sistemáticamente el concepto de State Channel por primera vez.
2016/01: Joseph Poon y Thaddeus Dryja publican oficialmente el libro blanco de la red Lightning.
2017/11: Se propuso la primera especificación de diseño de State Channel basada en el marco de Payment Channel, Sprites.
2018/06: Counterfactual presentó un diseño detallado de Canales de Estado Generalizados.
2018/10: Se propusieron los conceptos de State Channel Networks y Virtual Channels.
2019/02: El concepto de canales de estado se amplió a N-Party Channels, Nitro es el primer protocolo construido sobre esta idea.
2019/10: Pisa expandió el concepto de Watchtowers para resolver el problema de que los participantes deben estar continuamente en línea.
2020/03: Hydra propuso Canales Isomórficos Rápidos.

3.1.3 Principios técnicos

Flujo de trabajo de los canales de estado:

Los participantes implementan un contrato multi-firma en la red principal y depositan fondos bloqueados. La puerta se abre después de que ambas partes firman para confirmar.
Los participantes pueden realizar transacciones gratuitas ilimitadas off-chain.
Los participantes envían actualizaciones de estado alternativamente entre sí, esperando la firma de confirmación del otro.
Al cerrar el canal, cualquier participante puede presentar una solicitud de transacción en la red principal. Si se obtiene la aprobación con la firma de todos, se ejecuta de inmediato; de lo contrario, se ejecutará después de que finalice el "período de desafío".

3.1.4 Ventajas y desventajas

Ventajas:

Confirmación instantánea de la transacción
Baja tarifa de transacción
Alta capacidad de procesamiento
Buena privacidad

Desventajas:

Necesita bloquear fondos
Necesita monitoreo en línea continuo
La interacción compleja es difícil de realizar
Puede enfrentar un período de desafío al cerrar el canal.
Difícil de escalar a transacciones multiparte

3.1.5 Aplicación

Principalmente incluye la red Lightning de Bitcoin, la red Lightning de Ethereum y Celer Network.

Red Lightning de Bitcoin:

Propuesto por primera vez en febrero de 2015
Versión de la mainnet lanzada en marzo de 2018
Actualmente, ( en noviembre de 2022 hay 76,236 canales de pago, con un capital de 5049 BTC.
El ecosistema incluye más de 100 aplicaciones como pagos, billeteras, gestión de nodos, etc.

Red relámpago de Ethereum:

Establecido en 2017
Se lanzó el primer cliente de mainnet en mayo de 2020
Actualmente el desarrollo es lento, la barrera de entrada es alta, han surgido tecnologías de escalabilidad más avanzadas.

Celer Network:

Fundado en 2018
Lanzamiento de la mainnet en julio de 2019
Actualmente se ha transformado en una plataforma de escalado L2 entre cadenas.

)# 3.1.6 Comparación de Aplicaciones

La red Lightning de Bitcoin es la más madura y tiene el ecosistema más rico. La red Lightning de Ethereum y Celer Network han cambiado sucesivamente. En general, la tecnología de canales de estado es adecuada para escenarios de pagos de bajo monto y alta frecuencia, pero tiene limitaciones en escenarios de aplicaciones complejas.

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) 3.2 Cadenas laterales

3.2.1 Resumen

Las cadenas laterales son una forma de blockchain que surgió para acelerar las transacciones de Bitcoin, permitiendo el uso de contratos más complejos o mejorando el mecanismo de consenso. Los resultados de las transacciones de la cadena lateral se registrarán finalmente en el lado de los validadores, y son una infraestructura que se adhiere a la cadena principal y ayuda a resolver problemas de la cadena principal.

3.2.2 Línea de tiempo

2012/01: Se presenta por primera vez el concepto de cadena lateral de Bitcoin
2014/10: Publicación del artículo sobre cadenas laterales de Bitcoin
2017/04: Lanzamiento de la red de prueba de POA Network
2017/10: Se lanza Matic Network
2017/12: Lanzamiento de la mainnet de POA Network
2018/01: Lanzamiento de la red de pruebas de Skale
2018/10: Lanzamiento de la red de pruebas de xDai Chain
2020/06: Lanzamiento de Skale en la mainnet
2020/06: Lanzamiento de la mainnet de Matic PoS Chain
2021/02:Matic Network cambió su nombre a Polygon Network
2021/02: Lanzamiento de la mainnet de Ronin, la cadena lateral de Axie Infinity
2021/12: xDai Chain se fusionó con Gnosis Dao para formar Gnosis Chain
2022/03: POA Network se fusionó con Gnosis Chain

3.2.3 Principios técnicos

Las cadenas laterales tienen dos tecnologías principales de interoperabilidad entre cadenas:

Anclaje bidireccional###Pegado simétrico(: los validadores de la cadena principal y de la cadena lateral registran en tiempo real el estado del otro.

Flujo principal:

El usuario envía activos a una dirección especial
Después de que finalice el período de confirmación, envíe la prueba a la cadena lateral.
Esperando a que termine el período de desafío
Los usuarios pueden utilizar activos envueltos recién acuñados en la cadena lateral.

Anclaje no coordinado ) Asymmetric Pegged (: los validadores de la cadena lateral monitorean la actividad de la cadena principal, la cadena principal verifica las transacciones de la cadena lateral a través del mecanismo de Certificadores.

Registros de Certificadores:

ID de contrato inteligente, ID de validador, etc.
Lista de transferencias
Lista de informes de errores
Agregar todas las firmas

Actualmente, más cadenas laterales utilizan notarios de terceros ) PoA ( o Relayers como capa intermedia para realizar la interoperabilidad entre cadenas.

Resumen del mecanismo de cadena lateral: Cadena lateral: la cadena principal bloquea activos, la cadena lateral genera activos empaquetados Cadena principal: la cadena lateral destruye los activos empaquetados, la cadena principal desbloquea los activos

La seguridad de los activos de la cadena lateral depende del mecanismo de consenso de la cadena lateral.

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)# 3.2.4 Ventajas y desventajas

Ventajas:

Confirmación rápida
Baja tarifa de transacción
Alta capacidad de procesamiento
Alta flexibilidad

Desventajas:

Seguridad relativamente baja
Bajo nivel de descentralización
El costo de la interoperabilidad entre cadenas es alto
Liquidez dispersa

3.2.5 Aplicación

Principalmente incluye xDai### actualmente Gnosis Chain(, Polygon y Ronin.

xDai)Cadena Gnosis(:

Lanzamiento de la mainnet en septiembre de 2018
Fusión con Gnosis en noviembre de 2021
Adopta el mecanismo de consenso PoSDAO
Actualmente, el TVL es de aproximadamente $53M, con 35 proyectos en curso.

Polygon:

Fundado en 2017
Lanzamiento de la mainnet en junio de 2020
Actualmente transformándose en un agregador de escalado L2
Posee más de 37k DApp, 1.8B de transacciones totales, más de 135M de usuarios

Ronin:

Lanzamiento de la mainnet en marzo de 2021
Desarrollo para el juego Axie Infinity
Utilizando consenso PoA, hasta 25 nodos de validación
Ha sufrido graves ataques de hackers

)# 3.2.6 Comparación de aplicaciones

xDai se centra en escenarios de pago, Polygon se desarrolla como un agregador de escalado, y Ronin está diseñado específicamente para juegos. En general, las cadenas laterales muestran un buen rendimiento en términos de rendimiento y flexibilidad, pero tienen deficiencias en cuanto a seguridad y descentralización.

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) 3.3 Plasma

3.3.1 Resumen

Plasma es un marco para construir DApps escalables, diseñado para minimizar la confianza del usuario en el operador de la cadena lateral. El principio básico de Plasma es que, incluso si la cadena de Plasma sufre una falla de seguridad, los activos del usuario aún se pueden retirar a la red principal.

3.3.2 Línea de tiempo

2017/08: Vitalik y Joseph Poon presentaron el libro blanco de Plasma
2018/01: Vitalik propuso Plasma MVP
2018/03: Vitalik propuso Plasma Cash
2018/06: Dan Robinson propuso Plasma Debit
2018/11: La Fundación BANKEX presentó Plasma Prime
A finales de 2018: el progreso del desarrollo se detuvo
A partir de 2019: la comunidad de Ethereum comenzó a explorar Rollups

3.3.3 Principios técnicos

Tres ideas clave:

Ejecución off-chain: la mainnet no verifica todas las transacciones
Compromiso de estado: el operador envía periódicamente la raíz de Merkle
Mecanismo de salida: el usuario debe demostrar que tiene fondos extraíbles.

Uso del proceso:

El usuario deposita en el contrato de la red principal.
El usuario realiza transacciones en la cadena Plasma
El operador empaqueta la transacción y presenta el compromiso de estado
El usuario debe presentar pruebas para salir y esperar el período de impugnación.

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)# 3.3.4 Ventajas y desventajas

Ventajas:

Alta capacidad de procesamiento
Baja comisión
Heredar la seguridad de la red principal

Desventajas:

Mecanismo de salida complejo
Problemas de disponibilidad de datos
Funciones de contrato inteligente limitadas
Problema de salida masiva

3.3.5 Aplicaciones

Principalmente incluye

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