Profundidad del análisis de la expansión off-chain
Autor: Ellaine Xu, Hettie Jiang, June Wang, Walon Lin, Yiliu Lin
1. La necesidad de la expansión
El futuro de la blockchain es una visión grandiosa: descentralización, seguridad y escalabilidad; pero a menudo la blockchain solo puede lograr dos de estos tres objetivos, y satisfacer los tres requisitos se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, las personas han 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 proceso de desarrollo actual de la blockchain.
Definamos 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, asegurando así que la red no esté controlada por un pequeño grupo de grandes participantes centralizados.
Seguridad: Cuanto mayor sea el costo de obtener el control del sistema blockchain, mayor será la seguridad, por lo que la cadena puede resistir ataques de una proporción mayor de participantes.
Escalabilidad: la capacidad de la blockchain para procesar una gran cantidad de transacciones.
La primera bifurcación dura significativa en la red de Bitcoin surgió del problema de escalabilidad. A medida que aumentaba el número de usuarios y el volumen de transacciones de Bitcoin, la red, con un límite de 1MB por bloque, comenzó a enfrentar problemas de congestión; desde 2015, la comunidad de Bitcoin ha tenido desacuerdos sobre el problema de escalabilidad, con un lado representado por Bitcoin ABC, que apoya la ampliación del tamaño de los bloques, y el otro lado representado por Bitcoin Core, que aboga por bloques más pequeños y considera que se debe utilizar la solución Segwit para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, Bitcoin ABC lanzó un sistema cliente desarrollado por sí mismo con un tamaño de 8MB, lo que llevó a la primera bifurcación dura significativa en la historia de Bitcoin, y así nació la nueva criptomoneda BCH.
De igual manera, la red de Ethereum también ha optado por sacrificar parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y la descentralización de la red; aunque la red de Ethereum no ha limitado la cantidad de transacciones como lo hizo la red de Bitcoin al restringir el tamaño de los bloques, sino que se ha convertido en un límite de los costos de combustible que puede soportar un solo bloque, su objetivo sigue siendo lograr un Consensus Trustless y asegurar una amplia distribución de nodos ( tanto si se eliminan como si se aumentan los límites, se eliminarán muchos nodos más pequeños que carecen de ancho de banda, almacenamiento y capacidad de cálculo suficientes ).
Desde el CryptoKitties de 2017, el verano DeFi, hasta el surgimiento posterior de aplicaciones en cadena como GameFi y NFT, la demanda del mercado por el rendimiento ha aumentado constantemente. Sin embargo, 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, un tiempo de liquidación más largo y la mayoría de las Dapps no pueden soportar los costos de operación. La red en su conjunto se ha vuelto lenta y cara para los usuarios, y el problema de la escalabilidad de la blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución ideal de escalabilidad es: aumentar la velocidad de transacción de la red blockchain ( un tiempo de finalización ) más corto y un rendimiento de transacción ( un TPS ) más alto, sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalabilidad
Dividimos las soluciones de escalabilidad en dos categorías principales: escalabilidad en cadena y escalabilidad off-chain, basándonos en el criterio de "si se cambia una capa de la red principal".
2.1 expansión en cadena
Concepto clave: solución que logra el efecto de escalabilidad al modificar una capa del protocolo de la red principal, la solución principal actual es el sharding.
La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, este artículo no se expandirá, a continuación se enumeran brevemente dos soluciones:
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 los 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, sino que diferentes fragmentos, es decir, diferentes nodos son responsables de diferentes registros. El cálculo en paralelo puede procesar múltiples transacciones al mismo tiempo; esto puede reducir la presión computacional sobre 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 dispersa, lo que disminuirá la "seguridad" de la red en su conjunto.
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 llevar a la necesidad de un fork o a una interrupción para realizar una actualización de reparación. Por ejemplo, el incidente de vulnerabilidad de inflación de Zcash en 2018: el código de Zcash se basa en una modificación del código de la versión 0.11.2 de Bitcoin, y en 2018 un ingeniero descubrió que el código subyacente tenía una vulnerabilidad crítica, lo que permitía la emisión ilimitada de tokens, y el equipo dedicó 8 meses a una reparación secreta antes de hacer público el incidente tras la corrección de la vulnerabilidad.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no altera el protocolo de la mainnet de primera capa existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden subdividir en Layer2 y otras soluciones:
3. Profundidad de la expansión off-chain
Canales Estatales
3.1.1 Resumen
Los canales de estado establecen que los usuarios solo necesitan interactuar con la cadena principal cuando el canal está abierto, cerrado o se resuelve una disputa, y realizan la interacción entre usuarios fuera de la cadena, con el fin de reducir el tiempo y el costo monetario de las transacciones de los usuarios, y permitir que el número de transacciones no esté limitado.
Los canales de estado son protocolos P2P simples, adecuados para "aplicaciones basadas en turnos", como un juego de ajedrez para dos personas. Cada canal es administrado por un contrato inteligente multi-firma que se ejecuta en la red principal, el cual controla los activos depositados en el canal, verifica las actualizaciones de estado y arbitra disputas entre los participantes ( según las pruebas de fraude ) con firma y sello de tiempo. Después de que los participantes despliegan el contrato en la red blockchain, depositan fondos y los bloquean; una vez que ambas partes firman y confirman, 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 envían actualizaciones de estado alternadamente al otro, esperando la firma de confirmación. Una vez que el otro firma y confirma, esta actualización de estado se considera completada. Normalmente, las actualizaciones de estado acordadas por ambas partes no se cargan a la red principal; solo en caso de disputas o cierre del canal, se dependerá de la red principal para su confirmación. Cuando se necesita cerrar el canal, cualquiera de los participantes puede presentar una solicitud de transacción en la red principal; si la solicitud de salida obtiene la aprobación por firma unánime, 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 firman su aprobación, 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 computacional 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 el 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 libro blanco "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" que propone el esquema de escalabilidad de la red Lightning de Bitcoin, Payment Channel(, el cual se utiliza únicamente para procesar pagos de transferencia en la red de Bitcoin.
En noviembre de 2017, se propuso la especificación de diseño de State Channel llamada Sprites, basada en el marco de Payment Channel.
2018/06, Counterfactual propuso un diseño de Canales de Estado Generalizados muy detallado, que es el primer diseño completamente relacionado con los 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 expandió a N-Party Channels, Nitro es el primer protocolo basado en esta idea.
2019/10, Pisa amplió el concepto de Watchtowers para resolver el problema de que todos los participantes necesitan estar en línea de manera continua.
![Informe de investigación en profundidad: Análisis completo de la expansión off-chain])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp(
)# 3.1.3 Principios técnicos
El flujo de trabajo general de los canales de estado es el siguiente:
Alice y Bob depositan fondos desde su EOA personal en la dirección del contrato en cadena, estos fondos se bloquean en el contrato hasta que se cierren los canales y luego el saldo se devuelve al usuario; después de que ambos firman la confirmación, el canal de estado entre ellos se abre oficialmente.
Alice y Bob pueden realizar transacciones ilimitadas a través de este canal de manera off-chain, los participantes se comunican entre sí mediante mensajes de firma encriptados ### en lugar de comunicarse con la red de blockchain (. Ambos usuarios deben firmar cada transacción para prevenir 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.
Si Alice quiere cerrar el canal y terminar la transacción con Bob, Alice necesita presentar 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 con la firma, el contrato liberará los fondos bloqueados y los devolverá al usuario correspondiente después de que termine el período de desafío.
![Informe de investigación en profundidad de diez mil palabras: Análisis completo de la expansión off-chain])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(
)# 3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
La velocidad de transacción es rápida, confirmación casi instantánea
Tarifas de transacción extremadamente bajas
Alta profundidad, teóricamente sin límite en la cantidad de transacciones
Buena privacidad, solo el estado final está en la cadena.
Desventajas:
Necesita bloquear fondos
Todos los participantes necesitan estar en línea de forma continua
La capacidad del canal es limitada
Establecer y cerrar el canal requiere pagar tarifas.
Los contratos inteligentes complejos son difíciles de implementar
Problemas de liquidez
3.1.5 Aplicación
Red Lightning de Bitcoin
Resumen:
La red Lightning es un canal de pagos de bajo valor en la red Bitcoin, cuyo desarrollo técnico general ha pasado por: 2/2 construyendo un canal de pago unidireccional con múltiples firmas, luego se puede construir un canal de pago bidireccional tras añadir RSMC, y después de añadir HTLC se pueden conectar los canales de pago para extender a pagos de múltiples personas, finalmente construyendo la red de pagos que es la red Lightning. A través de canales de pago de bajo valor off-chain, y luego utilizando intermediarios para formar una red de transacciones, se puede resolver el problema de escalabilidad de la red Bitcoin. El uso general de la red Lightning sigue el flujo de "Depositar ### establecer canal ( → Transacción de la red Lightning ) actualizar estado del canal ( → Reembolso / Liquidación ) cerrar canal ("; teóricamente, la red Lightning puede procesar un millón de transacciones por segundo.
Línea de tiempo:
En febrero de 2015, Joseph Poon y Thaddeus Dryja publicaron el borrador del libro blanco de la red Lightning.
En enero de 2016 se publicó la versión oficial del libro blanco y se fundó Lightning Labs
El 15 de marzo de 2018, Lightning Labs lanzó la primera versión de la red principal de Lightning Network Daemon )LND( versión 0.4
A principios de 2021, la capacidad pública de la red Lightning )TVL( era de aproximadamente 40 millones de dólares, con unos 100,000 usuarios utilizando la red Lightning.
En junio de 2021, El Salvador anunció la adopción de Bitcoin como moneda de curso legal, y en septiembre lanzó la billetera Chivo basada en la red Lightning.
En 2022, Cash App y 26 plataformas de intercambio de criptomonedas, incluyendo OKX, Kraken y Bitfinex, anunciaron su apoyo a la red Lightning, permitiendo funciones de depósito y retiro de BTC instantáneas y económicas.
En octubre de 2022, Lightning Labs lanzó un nuevo protocolo basado en Taproot: Taro protocol)versión alpha(, que actualmente se está probando en la red de pruebas y que en el futuro podrá utilizarse para acuñar, enviar y recibir activos en la red de Bitcoin, así como a través de la red Lightning.
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LightningPacketLoss
· hace17h
Aún juega con el Unholy Trinity, el off-chain Rug Pull es más atractivo.
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BlockDetective
· hace17h
Es realmente difícil aumentar la capacidad, ¿cómo se puede mejorar el tps?
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CoffeeOnChain
· hace17h
Qué molesto, este triángulo aún no se puede resolver...
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WagmiOrRekt
· hace18h
Eh, al final no es más que un problema triangular que hace caer el cabello.
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RooftopVIP
· hace18h
Vaya, este artículo está de nuevo repitiendo lo mismo.
Profundidad del análisis de la expansión off-chain: soluciones innovadoras para optimizar el rendimiento de la Cadena de bloques.
Profundidad del análisis de la expansión off-chain
Autor: Ellaine Xu, Hettie Jiang, June Wang, Walon Lin, Yiliu Lin
1. La necesidad de la expansión
El futuro de la blockchain es una visión grandiosa: descentralización, seguridad y escalabilidad; pero a menudo la blockchain solo puede lograr dos de estos tres objetivos, y satisfacer los tres requisitos se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, las personas han 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 proceso de desarrollo actual de la blockchain.
Definamos de manera general la descentralización, la seguridad y la escalabilidad de la blockchain:
La primera bifurcación dura significativa en la red de Bitcoin surgió del problema de escalabilidad. A medida que aumentaba el número de usuarios y el volumen de transacciones de Bitcoin, la red, con un límite de 1MB por bloque, comenzó a enfrentar problemas de congestión; desde 2015, la comunidad de Bitcoin ha tenido desacuerdos sobre el problema de escalabilidad, con un lado representado por Bitcoin ABC, que apoya la ampliación del tamaño de los bloques, y el otro lado representado por Bitcoin Core, que aboga por bloques más pequeños y considera que se debe utilizar la solución Segwit para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, Bitcoin ABC lanzó un sistema cliente desarrollado por sí mismo con un tamaño de 8MB, lo que llevó a la primera bifurcación dura significativa en la historia de Bitcoin, y así nació la nueva criptomoneda BCH.
De igual manera, la red de Ethereum también ha optado por sacrificar parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y la descentralización de la red; aunque la red de Ethereum no ha limitado la cantidad de transacciones como lo hizo la red de Bitcoin al restringir el tamaño de los bloques, sino que se ha convertido en un límite de los costos de combustible que puede soportar un solo bloque, su objetivo sigue siendo lograr un Consensus Trustless y asegurar una amplia distribución de nodos ( tanto si se eliminan como si se aumentan los límites, se eliminarán muchos nodos más pequeños que carecen de ancho de banda, almacenamiento y capacidad de cálculo suficientes ).
Desde el CryptoKitties de 2017, el verano DeFi, hasta el surgimiento posterior de aplicaciones en cadena como GameFi y NFT, la demanda del mercado por el rendimiento ha aumentado constantemente. Sin embargo, 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, un tiempo de liquidación más largo y la mayoría de las Dapps no pueden soportar los costos de operación. La red en su conjunto se ha vuelto lenta y cara para los usuarios, y el problema de la escalabilidad de la blockchain necesita ser resuelto urgentemente. La solución ideal de escalabilidad es: aumentar la velocidad de transacción de la red blockchain ( un tiempo de finalización ) más corto y un rendimiento de transacción ( un TPS ) más alto, sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalabilidad
Dividimos las soluciones de escalabilidad en dos categorías principales: escalabilidad en cadena y escalabilidad off-chain, basándonos en el criterio de "si se cambia una capa de la red principal".
2.1 expansión en cadena
Concepto clave: solución que logra el efecto de escalabilidad al modificar una capa del protocolo de la red principal, la solución principal actual es el sharding.
La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, este artículo no se expandirá, 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 llevar a la necesidad de un fork o a una interrupción para realizar una actualización de reparación. Por ejemplo, el incidente de vulnerabilidad de inflación de Zcash en 2018: el código de Zcash se basa en una modificación del código de la versión 0.11.2 de Bitcoin, y en 2018 un ingeniero descubrió que el código subyacente tenía una vulnerabilidad crítica, lo que permitía la emisión ilimitada de tokens, y el equipo dedicó 8 meses a una reparación secreta antes de hacer público el incidente tras la corrección de la vulnerabilidad.
2.2 off-chain expansión
Concepto clave: solución de escalado que no altera el protocolo de la mainnet de primera capa existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden subdividir en Layer2 y otras soluciones:
3. Profundidad de la expansión off-chain
Canales Estatales
3.1.1 Resumen
Los canales de estado establecen que los usuarios solo necesitan interactuar con la cadena principal cuando el canal está abierto, cerrado o se resuelve una disputa, y realizan la interacción entre usuarios fuera de la cadena, con el fin de reducir el tiempo y el costo monetario de las transacciones de los usuarios, y permitir que el número de transacciones no esté limitado.
Los canales de estado son protocolos P2P simples, adecuados para "aplicaciones basadas en turnos", como un juego de ajedrez para dos personas. Cada canal es administrado por un contrato inteligente multi-firma que se ejecuta en la red principal, el cual controla los activos depositados en el canal, verifica las actualizaciones de estado y arbitra disputas entre los participantes ( según las pruebas de fraude ) con firma y sello de tiempo. Después de que los participantes despliegan el contrato en la red blockchain, depositan fondos y los bloquean; una vez que ambas partes firman y confirman, 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 envían actualizaciones de estado alternadamente al otro, esperando la firma de confirmación. Una vez que el otro firma y confirma, esta actualización de estado se considera completada. Normalmente, las actualizaciones de estado acordadas por ambas partes no se cargan a la red principal; solo en caso de disputas o cierre del canal, se dependerá de la red principal para su confirmación. Cuando se necesita cerrar el canal, cualquiera de los participantes puede presentar una solicitud de transacción en la red principal; si la solicitud de salida obtiene la aprobación por firma unánime, 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 firman su aprobación, 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 computacional de la cadena principal, aumentar la velocidad de las transacciones y disminuir el costo de las transacciones.
3.1.2 Línea de tiempo
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)# 3.1.3 Principios técnicos
El flujo de trabajo general de los canales de estado es el siguiente:
Alice y Bob depositan fondos desde su EOA personal en la dirección del contrato en cadena, estos fondos se bloquean en el contrato hasta que se cierren los canales y luego el saldo se devuelve al usuario; después de que ambos firman la confirmación, el canal de estado entre ellos se abre oficialmente.
Alice y Bob pueden realizar transacciones ilimitadas a través de este canal de manera off-chain, los participantes se comunican entre sí mediante mensajes de firma encriptados ### en lugar de comunicarse con la red de blockchain (. Ambos usuarios deben firmar cada transacción para prevenir 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.
Si Alice quiere cerrar el canal y terminar la transacción con Bob, Alice necesita presentar 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 con la firma, el contrato liberará los fondos bloqueados y los devolverá al usuario correspondiente después de que termine el período de desafío.
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)# 3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas:
3.1.5 Aplicación
Red Lightning de Bitcoin
Resumen: La red Lightning es un canal de pagos de bajo valor en la red Bitcoin, cuyo desarrollo técnico general ha pasado por: 2/2 construyendo un canal de pago unidireccional con múltiples firmas, luego se puede construir un canal de pago bidireccional tras añadir RSMC, y después de añadir HTLC se pueden conectar los canales de pago para extender a pagos de múltiples personas, finalmente construyendo la red de pagos que es la red Lightning. A través de canales de pago de bajo valor off-chain, y luego utilizando intermediarios para formar una red de transacciones, se puede resolver el problema de escalabilidad de la red Bitcoin. El uso general de la red Lightning sigue el flujo de "Depositar ### establecer canal ( → Transacción de la red Lightning ) actualizar estado del canal ( → Reembolso / Liquidación ) cerrar canal ("; teóricamente, la red Lightning puede procesar un millón de transacciones por segundo.
Línea de tiempo: