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blockchain modular: la arquitectura en capas rompe los cuellos de botella de rendimiento y mejora la escalabilidad
blockchain modular: solución extraíble para los cuellos de botella en el rendimiento de la Cadena de bloques
La tecnología de la cadena de bloques ha enfrentado desafíos de escalabilidad desde su nacimiento. La cadena de bloques monolítica es conocida por su integralidad, asumiendo de manera independiente todos los aspectos de la red, desde el almacenamiento de datos hasta la verificación de transacciones, entre otros. Sin embargo, este diseño también ha traído cuellos de botella en el rendimiento. La cadena de bloques modular proporciona un mejor soporte de rendimiento y experiencia de usuario en funciones específicas al separar las diferentes funcionalidades de la cadena de bloques en módulos independientes, resolviendo en cierta medida el problema del "triángulo imposible".
Ethereum, como la primera plataforma de cadena de bloques que soporta contratos inteligentes, ha proporcionado un terreno fértil para el diseño modular. Con el desarrollo de la tecnología, el ecosistema de Bitcoin también ha comenzado a explorar la posibilidad de la modularidad, añadiendo nuevos módulos para lograr funciones más avanzadas, como una mejor protección de la privacidad, un procesamiento de transacciones más eficiente o funciones mejoradas de contratos inteligentes.
La tecnología modular representa un enfoque de producto "más flexible" y enchufable. En el futuro, podrían surgir soluciones de cadena de bloques más flexibles y personalizables, donde varios servicios y funciones se pueden insertar y retirar fácilmente como bloques de Lego. Esta flexibilidad permite a los desarrolladores construir y desplegar rápidamente soluciones de cadena de bloques según las necesidades de escenarios de aplicación específicos.
Cadena de bloques monolítica y blockchain modular
Cuando discutimos sobre blockchain modular, primero debemos entender el concepto de blockchain monolítica. Las cadenas monolíticas, como Bitcoin, Ethereum, etc., son conocidas por su integralidad, asumiendo de manera independiente todos los aspectos de la red, desde el almacenamiento de datos hasta la verificación de transacciones y la ejecución de contratos inteligentes. En este proceso, la cadena monolítica desempeña un papel versátil, involucrándose en todos los aspectos.
Tomando como ejemplo Ethereum, una cadena de bloques monolítica madura generalmente se puede dividir en cuatro arquitecturas.
La blockchain modular es una nueva arquitectura que descompone el sistema de cadena de bloques en múltiples componentes o niveles especializados, cada uno de los cuales se encarga de tareas específicas, como el consenso, la disponibilidad de datos, la ejecución y la liquidación.
La blockchain modular es como un grupo de expertos, enfocados en la profunda exploración y la innovación tecnológica en sus respectivos campos. Esta concentración permite que la blockchain modular ofrezca un rendimiento y una experiencia de usuario excepcionales en funciones específicas; por ejemplo, pueden proporcionar velocidades de procesamiento de transacciones más rápidas a un costo menor.
En cuanto a la arquitectura de nodos, la cadena monolítica depende de nodos completos, que deben descargar y procesar una copia completa de los datos de la cadena de bloques. Esto no solo plantea altos requisitos para el almacenamiento y los recursos de cálculo, sino que también limita la velocidad de escalado de la red. En comparación, la blockchain modular utiliza un diseño de nodos ligeros, que solo necesita procesar la información de los encabezados de bloque, lo que mejora significativamente la velocidad de transacción y la eficiencia de la red.
Una ventaja notable de la blockchain modular es su flexibilidad y colaboratividad. Pueden externalizar funciones no esenciales a otros expertos, formando un efecto sinérgico que logra una mejora significativa en el rendimiento general. Esta filosofía de diseño es similar a los bloques de Lego, permitiendo a los desarrolladores combinar libremente diferentes módulos según las necesidades del proyecto, creando soluciones diversas.
A pesar de que las cadenas monolíticas tienen ventajas en control global, seguridad y estabilidad, también enfrentan desafíos en escalabilidad, dificultad de actualización y adaptación a nuevas demandas. La blockchain modular se destaca por su alta flexibilidad y personalización, simplificando el proceso de creación y optimización de nuevas cadenas de bloques.
Sin embargo, la blockchain modular también enfrenta sus propios desafíos. Su compleja arquitectura aumenta la carga de trabajo de los desarrolladores en diseño, desarrollo y mantenimiento. Como una tecnología emergente, la blockchain modular aún no ha pasado por pruebas de seguridad exhaustivas y la prueba de las fluctuaciones del mercado, por lo que su estabilidad y seguridad a largo plazo aún necesitan ser validadas.
blockchain modular resuelve el "triángulo imposible"
El "triángulo imposible" de la cadena de bloques se refiere a la dificultad de una red de cadena de bloques para alcanzar un estado óptimo en los tres atributos centrales de seguridad, descentralización y escalabilidad al mismo tiempo.
La escalabilidad se refiere a la capacidad de la red para manejar una gran cantidad de transacciones y su capacidad para operar de manera eficiente y a bajo costo a medida que crecen los usuarios y el volumen de transacciones. Generalmente se mide a través de TPS (transacciones por segundo) y latencia (el tiempo requerido para confirmar una transacción).
La seguridad se refiere al costo y la dificultad de proteger la Cadena de bloques de ataques. Por ejemplo, el mecanismo POW de Bitcoin requiere que el atacante posea más del 51% de la potencia de cálculo de toda la red, mientras que el mecanismo POS de Ethereum requiere que más de ⅓ de los nodos conspiren.
La descentralización describe el funcionamiento de la red que no depende de un único nodo central, sino que se distribuye en numerosos nodos; cuanto más nodos haya y más amplia sea la distribución geográfica, mayor será el grado de descentralización de la red.
El concepto central del "triángulo imposible" radica en que es difícil para un sistema de cadena de bloques optimizar estas tres características. Por ejemplo: entre muchas cadenas públicas, Bitcoin y Ethereum se destacan en descentralización y seguridad debido a su amplia distribución de nodos y número suficiente de nodos.
Sin embargo, sacrifican cierta escalabilidad, lo que resulta en una velocidad de transacción más lenta y tarifas de transacción más altas: el tiempo de bloque de Bitcoin es de aproximadamente 10 minutos, el TPS de Ethereum es de aproximadamente 13, y durante picos en el volumen de transacciones, las tarifas de transacción de Ethereum pueden alcanzar cientos de dólares.
Es en este contexto que la tecnología de blockchain modular ha surgido, resolviendo los desafíos de escalabilidad y costo de transacción de las cadenas de bloques públicas tradicionales al asignar diferentes funciones a módulos especializados. Por ejemplo, la red Lightning de Bitcoin y la tecnología Rollup de Ethereum son manifestaciones del pensamiento modular.
Las ventajas del blockchain modular radican en su arquitectura en capas, que permite que cada capa se optimice para necesidades específicas. La capa de datos puede centrarse en el almacenamiento y la verificación de datos, mientras que la capa de ejecución puede manejar la lógica de contratos inteligentes. Esta separación no solo mejora el rendimiento y la eficiencia, sino que también fomenta la interoperabilidad entre diferentes cadenas de bloques, proporcionando una base para construir un ecosistema abierto e interconectado.
En resumen, la tecnología de blockchain modular ofrece una nueva forma de abordar las limitaciones de las cadenas de bloques públicas tradicionales. Manteniendo la descentralización y la seguridad, logra una mayor escalabilidad y menores costos de transacción, lo que tiene un profundo significado para la amplia aplicación y el desarrollo a largo plazo de la tecnología de cadena de bloques.
Tipos de blockchain modular
La blockchain modular se puede clasificar en diferentes tipos según sus características arquitectónicas. Entre estos tipos, la capa de disponibilidad de datos y la capa de consenso, debido a su estrecha interdependencia, a menudo se diseñan como un todo unificado. Esto se debe a que, cuando un nodo recibe datos de transacción, normalmente también se determina simultáneamente el orden de la transacción, que es el núcleo de la seguridad e inmutabilidad de la cadena de bloques.
Basado en este principio de diseño, podemos entender los diferentes proyectos de blockchain modular desde tres aspectos: la capa de ejecución, la capa de disponibilidad de datos y la capa de consenso, y la capa de liquidación.
Capa de ejecución: tecnología de Capa 2
La tecnología de Capa 2, como una extensión de la capa de ejecución en la arquitectura de la cadena de bloques, es una manifestación del concepto de blockchain modular. Se dedica a mejorar la escalabilidad de la cadena principal mediante la construcción de redes, sistemas o tecnologías fuera de la cadena que se basan en la cadena de bloques subyacente.
Las soluciones de Layer 2 permiten un procesamiento de transacciones más rápido y rentable, al tiempo que mantienen la seguridad y las características de descentralización de la cadena de bloques subyacente. Según el panel de datos, se puede observar que el porcentaje de gas consumido en la validación y liquidación de Layer 2 en el ecosistema de Ethereum es en promedio inferior al 10%, lo que ahorra significativamente los costos de transacción para los usuarios.
La tecnología Rollup es actualmente la solución más popular de Layer 2, cuya理念 central es "ejecución fuera de la cadena, verificación en la cadena", realizando cálculos y otros trabajos fuera de la cadena y luego subiendo los datos de calldata de vuelta a la red principal.
Ejecución fuera de la cadena
En el modelo Rollup, las transacciones se ejecutan fuera de la cadena, mientras que la cadena de bloques subyacente solo se encarga de verificar las pruebas de transacción en los contratos inteligentes y almacenar los datos originales de las transacciones. Este diseño alivia significativamente la carga computacional de la cadena principal, reduce la necesidad de almacenamiento y permite un procesamiento de transacciones más eficiente.
Para reducir aún más los costos, Rollup utiliza la tecnología de empaquetado de transacciones. Se puede comparar con la consolidación de carga en logística, donde enviar cada artículo por separado genera altos costos de envío. La tecnología Rollup, al agrupar múltiples transacciones, requiere solo un "transporte", lo que reduce significativamente el costo de cada transacción.
Verificación en la cadena
La verificación en la cadena es clave para la seguridad de las redes de Capa 2. Las redes de Capa 2 deben proporcionar pruebas criptográficas para resolver las posibles discrepancias en la cadena de bloques subyacente. Actualmente, los dos mecanismos de prueba más utilizados son la prueba de error y la prueba de validez, que respectivamente respaldan los Optimistic Rollups y los ZK Rollups.
Prueba de error de los Rollups optimistas
Las Rollups Optimistas adoptan una suposición optimista, es decir, todas las transacciones se consideran válidas a menos que haya evidencia clara que demuestre lo contrario. Este modelo depende de pruebas de error (pruebas de fraude) durante el período de desafío, donde cualquier participante de la red puede presentar pruebas para impugnar el estado del contrato inteligente, lo que garantiza la justicia y la transparencia de la red.
Actualmente hay 16 Layer 2 que utilizan el mecanismo de Optimistic Rollups, como: Arbitrum, OP, Base, Blast, etc.
Prueba de validez de ZK Rollups
A diferencia de los Optimistic Rollups, los ZK Rollups adoptan un enfoque más cauteloso, que requiere que todas las transacciones sean validadas antes de ser aceptadas. Este mecanismo de prueba es similar a un proceso de verificación, que garantiza que cada transacción y cálculo en la red de Capa 2 sea preciso.
En pocas palabras, la prueba de validez es la piedra angular de los ZK-Rollups, que requiere que cada lote de transacciones venga acompañado de la prueba correspondiente, asegurando así que los contratos inteligentes en la cadena de bloques subyacente puedan verificar y aprobar los cambios de estado. Para los nodos de verificación, los ZK Rollups ofrecen un mecanismo de liquidación sin errores, ya que cada transacción debe pasar por una estricta validación de validez.
Actualmente, hay 11 Layer 2 que utilizan el mecanismo de ZK Rollups, como: Linea, Starknet, zkSync, etc.
capa de disponibilidad de datos y capa de consenso
Celestia
Celestia, como pionero en el campo de la blockchain modular, es esencialmente una capa de disponibilidad de datos que proporciona una base sólida para el desarrollo de dApps y Rollup. Al desplegar en la capa de disponibilidad de datos y la capa de consenso de Celestia, los desarrolladores de aplicaciones pueden centrarse en la optimización de la lógica de ejecución, mientras que dejan la complejidad de la disponibilidad de datos y el mecanismo de consenso a Celestia.
El diseño de la arquitectura de Celestia proporciona diversas soluciones para la expansión modular, y su arquitectura principalmente incluye los siguientes tres tipos: