Profundidad del análisis de la expansión off-chain
Autor: equipo de Cobo Ventures
1. La necesidad de la escalabilidad
El futuro de la blockchain es una gran visión: descentralización, seguridad y escalabilidad. Pero a menudo la blockchain solo puede lograr dos de estos, y satisfacer los tres requisitos se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, la gente ha estado explorando cómo resolver este dilema, 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 desarrollo actual de la blockchain.
Definamos primero de manera general la descentralización, la seguridad y la escalabilidad de la blockchain:
Descentralización: cualquier persona puede convertirse en un nodo para participar en la producción y verificación del sistema blockchain; cuanto mayor sea el número de nodos, mayor será el grado de descentralización, lo que garantiza que la red no esté bajo el control de un pequeño grupo de grandes participantes centralizados.
Seguridad: Cuanto mayor sea el costo para obtener el control del sistema blockchain, mayor será la seguridad, lo que permite que la cadena resista ataques de un mayor porcentaje de participantes.
Escalabilidad: La capacidad de la blockchain para procesar un gran volumen de transacciones.
La primera bifurcación dura significativa de la red Bitcoin surgió debido a problemas de escalabilidad. A medida que el número de usuarios y el volumen de transacciones de Bitcoin aumentaron, la red Bitcoin, con un límite de 1 MB por bloque, comenzó a enfrentar problemas de congestión; desde 2015, la comunidad de Bitcoin ha tenido desacuerdos sobre el problema de escalabilidad. Por un lado, están los partidarios de la ampliación del bloque, representados por Bitcoin ABC, y por el otro, los defensores de bloques pequeños, representados por Bitcoin Core, que creen que se debe utilizar la solución de testigos segregados (Segwit) para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, Bitcoin ABC lanzó su sistema cliente desarrollado hasta 8 MB, lo que provocó la primera bifurcación dura significativa en la historia de Bitcoin y dio lugar a la creación de la nueva criptomoneda BCH.
De manera similar, la red de Ethereum también elige sacrificar una parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y la descentralización de la red; aunque la red de Ethereum no limita el volumen de transacciones como lo hace la red de Bitcoin al restringir el tamaño de los bloques, sino que, de manera indirecta, se convierte en un límite en la tarifa de combustible que puede contener un solo bloque, el objetivo sigue siendo lograr un Consenso Sin Confianza y asegurar una amplia distribución de nodos. ( Ya sea que se elimine o se aumente el límite, se eliminarán muchos nodos más pequeños que carecen de suficiente ancho de banda, almacenamiento y capacidad de cálculo. ).
Desde CryptoKitties en 2017, el verano de DeFi, hasta el surgimiento posterior de aplicaciones en cadena como GameFi y NFT, la demanda de capacidad de procesamiento del mercado ha ido en aumento, pero incluso Ethereum, que es Turing completo, solo puede procesar entre 15 y 45 transacciones por segundo ( TPS ), lo que ha llevado a un aumento constante en los costos de transacción, tiempos de liquidación más largos y la mayoría de las Dapps tienen dificultades para soportar los costos operativos. La red completa se ha vuelto lenta y cara para los usuarios, y el problema de escalabilidad de la blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución de escalabilidad ideal es: aumentar la velocidad de transacción de la red blockchain ( un tiempo de finalización más corto ) y un mayor rendimiento de transacción ( TPS ) sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalabilidad
Nosotros clasificamos las soluciones de escalado en dos categorías principales: escalado en cadena y escalado off-chain, según el criterio de "si se cambia un nivel de la red principal".
2.1 Expansión on-chain
Concepto clave: solución que logra el efecto de escalabilidad mediante el cambio de 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, a continuación se enumeran brevemente dos soluciones:
La opción uno es ampliar el espacio de bloques, 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 los nodos y reducirá el grado de "descentralización".
La opción dos es el sharding, que divide el libro contable de la blockchain en varias partes, de modo que no todos los nodos participan en el registro de todas las transacciones, sino que diferentes shards o nodos diferentes son responsables de distintos registros, permitiendo que el cálculo en paralelo procese múltiples transacciones simultáneamente; esto puede reducir la presión de cálculo en los nodos y la barrera 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 dispersa, lo que puede reducir la "seguridad" de toda la red.
Cambiar el código del protocolo principal de la red puede tener efectos negativos impredecibles, ya que cualquier pequeño fallo de seguridad en la base puede amenazar gravemente la seguridad de toda la red, lo que podría forzar a la red a bifurcarse o interrumpir las actualizaciones de reparación. Por ejemplo, el incidente de la vulnerabilidad de inflación de Zcash en 2018: el código de Zcash se basa en el código modificado de la versión 0.11.2 de Bitcoin, y en 2018 un ingeniero descubrió que su código subyacente tenía una vulnerabilidad crítica, es decir, que los tokens podían emitirse indefinidamente. El equipo pasó 8 meses trabajando en una corrección secreta y solo después de arreglar la vulnerabilidad se hizo público este incidente.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no modifica el protocolo de la capa principal existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden subdividir en Layer2 y otras soluciones:
3. Profundidad de la expansión off-chain
Canales Estatales 3.1
3.1.1 Resumen
Los canales de estado establecen que los usuarios solo necesitan interactuar con la mainnet al abrir, cerrar o resolver disputas en el canal, y que las interacciones entre usuarios se realicen off-chain, con el fin de reducir el tiempo y costo en dinero de las transacciones de los usuarios, y permitir que el número de transacciones no esté limitado.
El canal de estado es un protocolo P2P simple, adecuado para "aplicaciones basadas en turnos", como un juego de ajedrez entre dos personas. Cada canal es gestionado por un contrato inteligente de múltiples firmas que se ejecuta en la cadena principal, que controla los activos depositados en el canal, verifica las actualizaciones de estado y arbitra las disputas entre los participantes ( según las pruebas de fraude ) con firma y marca de tiempo. Después de que los participantes despliegan el contrato en la red blockchain, depositan fondos y los bloquean, y tras la confirmación de ambas partes, el canal se abre oficialmente. El canal permite transacciones off-chain gratuitas entre los participantes sin límite de cantidad ( siempre que su valor neto de transferencia no exceda el total de tokens depositados ). Los participantes se turnan para enviar actualizaciones de estado al otro, esperando la confirmación de firma del oponente. Una vez que el oponente confirma la firma, esta actualización de estado se considera completada. Normalmente, las actualizaciones de estado acordadas por ambas partes no se suben a la cadena principal, y solo se dependerá de la confirmación de la cadena principal en caso de disputa 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, y si la solicitud de salida obtiene la aprobación de la firma unánime de todos, se ejecuta inmediatamente en la cadena, es decir, el contrato inteligente distribuye los fondos bloqueados restantes según el saldo de cada participante en el estado final del canal; si otros participantes no aprueban la firma, todos deben esperar el final del "período de desafío" para recibir los fondos restantes.
En resumen, el esquema de canales de estado puede reducir significativamente la carga de cálculo de la cadena principal, aumentar la velocidad de las transacciones y disminuir el costo de las transacciones.
3.1.2 Línea de tiempo
2015/02, Joseph Poon y Thaddeus Dryja publicaron un borrador del libro blanco de la red Lightning.
2015/11, Jeff Coleman resumió sistemáticamente el concepto de State Channel por primera vez, proponiendo que el Payment Channel de Bitcoin es un subcaso del concepto 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 escalamiento de la red Lightning de Bitcoin Payment Channel(, el cual se utiliza únicamente para procesar pagos de transferencias en la red de Bitcoin.
2017/11, se propuso la primera especificación de diseño de State Channel basada en el marco de Payment Channel, Sprites.
2018/06, Counterfactual propuso un diseño de Canales de Estado Generalizados muy detallado, que es el primer diseño completamente relacionado con canales de estado.
2018/10, el artículo Generalised State Channel Networks propone 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 basado en esta idea.
2019/10, Pisa para abordar el problema de que todos los participantes necesitan estar en línea de forma continua, amplió el concepto de Watchtowers.
El flujo principal del canal de estado es el siguiente:
Alice y Bob depositan fondos desde sus respectivas EOA a la dirección del contrato en cadena, estos fondos se bloquean en el contrato hasta que el canal se cierra, momento en el cual se devuelve el saldo al usuario; después de la confirmación de la firma, el canal de estado entre los dos se abre oficialmente.
Alice y Bob pueden realizar transacciones ilimitadas off-chain a través de este canal, los participantes se comunican entre sí mediante mensajes firmados criptográficamente ### en lugar de comunicarse con la red de blockchain (. Ambos usuarios deben firmar cada transacción para prevenir el mal uso del doble gasto. A través de estos mensajes, proponen actualizaciones de estado de sus cuentas y aceptan las actualizaciones de estado propuestas por la otra parte.
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 y los devolverá al usuario correspondiente según el estado final. Si Bob no responde con su firma, el contrato liberará los fondos bloqueados y los devolverá al usuario correspondiente al finalizar el periodo de desafío.
![Informe de investigación de profundidad de diez mil caracteres: Análisis completo de la expansión off-chain])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(
)# 3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Se pueden realizar transacciones off-chain infinitas veces
La velocidad de transacción es rápida, con confirmación casi instantánea.
Costos de transacción bajos
Buena privacidad, solo se sube a la cadena cuando se activa el canal.
Desventajas:
Se necesita bloquear fondos
Todos los participantes deben mantenerse en línea
Solo se pueden confirmar transacciones en la cadena cuando el canal está cerrado.
Procesar transacciones complejas de múltiples partes es alto
La actualización del estado requiere la firma de todos los participantes
3.1.5 Aplicación
Red Lightning de Bitcoin
La red Lightning de Bitcoin es un canal de pagos de bajo valor en la red de Bitcoin, que utiliza canales de pago off-chain y, a través de intermediarios, forma una red de transacciones, lo que puede resolver el problema de escalabilidad de la red de Bitcoin. Teóricamente, la red Lightning puede procesar un millón de transacciones por segundo.
Línea de tiempo principal:
Borrador del libro blanco publicado en febrero de 2015
Se lanzó la primera versión de la mainnet en marzo de 2018.
En 2021, El Salvador adoptó Bitcoin como moneda de curso legal y lanzó una billetera basada en la red Lightning.
En 2022, varias plataformas de intercambio apoyaron la red Lightning
El ecosistema incluye principalmente: la red BTC de capa base, la solución de red Lightning ###, servicios de nodos y liquidez (, y diversas aplicaciones de servicios de pago y financieros en la capa superior.
Red relámpago de Ethereum
La Red de Rayo es un canal de pagos de bajo valor basado en Ethereum, muy similar a la Red Lightning, y su objetivo es lograr pagos de tokens ERC20 casi instantáneos, de bajo costo y escalables en Ethereum.
Línea de tiempo principal:
Fundado en 2017
Se lanzó el primer cliente de la red principal en mayo de 2020
Debido al desarrollo tecnológico lento, actualmente no ha sido ampliamente adoptado.
Celer Network
Celer Network es esencialmente una red relámpago que ha añadido una capa de incentivos con el token $CELR), que puede construir Dapps de blockchain de alta frecuencia, como plataformas de deportes electrónicos, de manera rápida, fácil, de bajo costo y segura a través de tecnología de expansión off-chain y modelos económicos incentivadores.
(# 3.1.6 Comparación de aplicaciones
Las principales diferencias entre la red Lightning de Bitcoin, la red Lightning de Ethereum y Celer Network:
Red subyacente: basada en Bitcoin, Ethereum y múltiples cadenas
Función: la red Lightning solo admite pagos, mientras que la red Raiden y Celer admiten aplicaciones más complejas.
Nivel de desarrollo: la red Lightning es la más madura, la red Thunder se desarrolla lentamente, Celer está en el medio
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AirdropHunter007
· 07-26 03:25
Otra vez hablando de tps, ¿verdad?
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ForkThisDAO
· 07-26 03:21
Jejeje, ahora incluso la expansión se usa para engañar con la Unholy Trinity.
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BrokenDAO
· 07-26 03:19
Otra artículo sobre la Unholy Trinity. ¿Cuantos más nodos hay, más Descentralización? No es más que la concentración de Potencia computacional y Minería...
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ValidatorViking
· 07-26 03:07
la escalabilidad probada en batalla siempre ha sido el jefe final, para ser sinceros
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TommyTeacher1
· 07-26 03:03
Primero aseguremos el TPS antes de hablar de la seguridad.
Soluciones de escalado off-chain: Historia del desarrollo de State Channels, Sidechains y Layer2
Profundidad del análisis de la expansión off-chain
Autor: equipo de Cobo Ventures
1. La necesidad de la escalabilidad
El futuro de la blockchain es una gran visión: descentralización, seguridad y escalabilidad. Pero a menudo la blockchain solo puede lograr dos de estos, y satisfacer los tres requisitos se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, la gente ha estado explorando cómo resolver este dilema, 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 desarrollo actual de la blockchain.
Definamos primero de manera general la descentralización, la seguridad y la escalabilidad de la blockchain:
La primera bifurcación dura significativa de la red Bitcoin surgió debido a problemas de escalabilidad. A medida que el número de usuarios y el volumen de transacciones de Bitcoin aumentaron, la red Bitcoin, con un límite de 1 MB por bloque, comenzó a enfrentar problemas de congestión; desde 2015, la comunidad de Bitcoin ha tenido desacuerdos sobre el problema de escalabilidad. Por un lado, están los partidarios de la ampliación del bloque, representados por Bitcoin ABC, y por el otro, los defensores de bloques pequeños, representados por Bitcoin Core, que creen que se debe utilizar la solución de testigos segregados (Segwit) para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, Bitcoin ABC lanzó su sistema cliente desarrollado hasta 8 MB, lo que provocó la primera bifurcación dura significativa en la historia de Bitcoin y dio lugar a la creación de la nueva criptomoneda BCH.
De manera similar, la red de Ethereum también elige sacrificar una parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y la descentralización de la red; aunque la red de Ethereum no limita el volumen de transacciones como lo hace la red de Bitcoin al restringir el tamaño de los bloques, sino que, de manera indirecta, se convierte en un límite en la tarifa de combustible que puede contener un solo bloque, el objetivo sigue siendo lograr un Consenso Sin Confianza y asegurar una amplia distribución de nodos. ( Ya sea que se elimine o se aumente el límite, se eliminarán muchos nodos más pequeños que carecen de suficiente ancho de banda, almacenamiento y capacidad de cálculo. ).
Desde CryptoKitties en 2017, el verano de DeFi, hasta el surgimiento posterior de aplicaciones en cadena como GameFi y NFT, la demanda de capacidad de procesamiento del mercado ha ido en aumento, pero incluso Ethereum, que es Turing completo, solo puede procesar entre 15 y 45 transacciones por segundo ( TPS ), lo que ha llevado a un aumento constante en los costos de transacción, tiempos de liquidación más largos y la mayoría de las Dapps tienen dificultades para soportar los costos operativos. La red completa se ha vuelto lenta y cara para los usuarios, y el problema de escalabilidad de la blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución de escalabilidad ideal es: aumentar la velocidad de transacción de la red blockchain ( un tiempo de finalización más corto ) y un mayor rendimiento de transacción ( TPS ) sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalabilidad
Nosotros clasificamos las soluciones de escalado en dos categorías principales: escalado en cadena y escalado off-chain, según el criterio de "si se cambia un nivel de la red principal".
2.1 Expansión on-chain
Concepto clave: solución que logra el efecto de escalabilidad mediante el cambio de 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, a continuación se enumeran brevemente dos soluciones:
Cambiar el código del protocolo principal de la red puede tener efectos negativos impredecibles, ya que cualquier pequeño fallo de seguridad en la base puede amenazar gravemente la seguridad de toda la red, lo que podría forzar a la red a bifurcarse o interrumpir las actualizaciones de reparación. Por ejemplo, el incidente de la vulnerabilidad de inflación de Zcash en 2018: el código de Zcash se basa en el código modificado de la versión 0.11.2 de Bitcoin, y en 2018 un ingeniero descubrió que su código subyacente tenía una vulnerabilidad crítica, es decir, que los tokens podían emitirse indefinidamente. El equipo pasó 8 meses trabajando en una corrección secreta y solo después de arreglar la vulnerabilidad se hizo público este incidente.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no modifica el protocolo de la capa principal existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden subdividir en Layer2 y otras soluciones:
3. Profundidad de la expansión off-chain
Canales Estatales 3.1
3.1.1 Resumen
Los canales de estado establecen que los usuarios solo necesitan interactuar con la mainnet al abrir, cerrar o resolver disputas en el canal, y que las interacciones entre usuarios se realicen off-chain, con el fin de reducir el tiempo y costo en dinero de las transacciones de los usuarios, y permitir que el número de transacciones no esté limitado.
El canal de estado es un protocolo P2P simple, adecuado para "aplicaciones basadas en turnos", como un juego de ajedrez entre dos personas. Cada canal es gestionado por un contrato inteligente de múltiples firmas que se ejecuta en la cadena principal, que controla los activos depositados en el canal, verifica las actualizaciones de estado y arbitra las disputas entre los participantes ( según las pruebas de fraude ) con firma y marca de tiempo. Después de que los participantes despliegan el contrato en la red blockchain, depositan fondos y los bloquean, y tras la confirmación de ambas partes, el canal se abre oficialmente. El canal permite transacciones off-chain gratuitas entre los participantes sin límite de cantidad ( siempre que su valor neto de transferencia no exceda el total de tokens depositados ). Los participantes se turnan para enviar actualizaciones de estado al otro, esperando la confirmación de firma del oponente. Una vez que el oponente confirma la firma, esta actualización de estado se considera completada. Normalmente, las actualizaciones de estado acordadas por ambas partes no se suben a la cadena principal, y solo se dependerá de la confirmación de la cadena principal en caso de disputa 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, y si la solicitud de salida obtiene la aprobación de la firma unánime de todos, se ejecuta inmediatamente en la cadena, es decir, el contrato inteligente distribuye los fondos bloqueados restantes según el saldo de cada participante en el estado final del canal; si otros participantes no aprueban la firma, todos deben esperar el final del "período de desafío" para recibir los fondos restantes.
En resumen, el esquema de canales de estado puede reducir significativamente la carga de cálculo de la cadena principal, aumentar la velocidad de las transacciones y disminuir el costo de las transacciones.
3.1.2 Línea de tiempo
)# 3.1.3 Principios técnicos
El flujo principal del canal de estado es el siguiente:
Alice y Bob depositan fondos desde sus respectivas EOA a la dirección del contrato en cadena, estos fondos se bloquean en el contrato hasta que el canal se cierra, momento en el cual se devuelve el saldo al usuario; después de la confirmación de la firma, el canal de estado entre los dos se abre oficialmente.
Alice y Bob pueden realizar transacciones ilimitadas off-chain a través de este canal, los participantes se comunican entre sí mediante mensajes firmados criptográficamente ### en lugar de comunicarse con la red de blockchain (. Ambos usuarios deben firmar cada transacción para prevenir el mal uso del doble gasto. A través de estos mensajes, proponen actualizaciones de estado de sus cuentas y aceptan las actualizaciones de estado propuestas por la otra parte.
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 y los devolverá al usuario correspondiente según el estado final. Si Bob no responde con su firma, el contrato liberará los fondos bloqueados y los devolverá al usuario correspondiente al finalizar el periodo de desafío.
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)# 3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas:
3.1.5 Aplicación
La red Lightning de Bitcoin es un canal de pagos de bajo valor en la red de Bitcoin, que utiliza canales de pago off-chain y, a través de intermediarios, forma una red de transacciones, lo que puede resolver el problema de escalabilidad de la red de Bitcoin. Teóricamente, la red Lightning puede procesar un millón de transacciones por segundo.
Línea de tiempo principal:
El ecosistema incluye principalmente: la red BTC de capa base, la solución de red Lightning ###, servicios de nodos y liquidez (, y diversas aplicaciones de servicios de pago y financieros en la capa superior.
La Red de Rayo es un canal de pagos de bajo valor basado en Ethereum, muy similar a la Red Lightning, y su objetivo es lograr pagos de tokens ERC20 casi instantáneos, de bajo costo y escalables en Ethereum.
Línea de tiempo principal:
Debido al desarrollo tecnológico lento, actualmente no ha sido ampliamente adoptado.
Celer Network es esencialmente una red relámpago que ha añadido una capa de incentivos con el token $CELR), que puede construir Dapps de blockchain de alta frecuencia, como plataformas de deportes electrónicos, de manera rápida, fácil, de bajo costo y segura a través de tecnología de expansión off-chain y modelos económicos incentivadores.
(# 3.1.6 Comparación de aplicaciones
Las principales diferencias entre la red Lightning de Bitcoin, la red Lightning de Ethereum y Celer Network: