El concepto de blockchain modular

Las blockchains modulares son blockchains que se centran en manejar algunas responsabilidades y subcontratan el resto a una o más capas independientes. La blockchain modular puede usarse para manejar las siguientes tareas individuales o una combinación de tareas:

Ejecución: Soporta la ejecución de transacciones y permite implementar e interactuar con contratos inteligentes.

Disponibilidad de datos: garantice la disponibilidad de los datos de las transacciones.

Consenso: El contenido y secuencia de transacciones aprobadas.

Liquidación: Se utiliza para completar transacciones, resolver disputas, verificar pruebas y conectar diferentes capas de ejecución.

Las cadenas modulares suelen realizar dos o más funciones interdependientes. Por ejemplo, la capa de disponibilidad de datos debe ponerse de acuerdo sobre el orden de los datos; de lo contrario, es imposible saber qué datos representan la versión correcta de la historia.

Ventajas del Diseño Modular de la Cadena de Bloques

Escalabilidad: El uso de modularidad en la cadena de bloques puede aumentar la escala sin introducir suposiciones dañinas de confianza.

Facilidad para lanzar nuevas blockchains: Al aprovechar un diseño modular, las nuevas blockchains pueden ser lanzadas más rápidamente sin tener que preocuparse por mantener cada aspecto de la arquitectura correcto.

Flexibilidad: Las cadenas modulares específicas proporcionan más opciones para compensaciones e implementaciones de diseño. Por ejemplo, un sistema de blockchain modular podría incluir cadenas modulares que se centran en la seguridad y la disponibilidad de datos, mientras que otras se centran en la ejecución.

Desventajas del diseño modular de blockchain

Seguridad: A diferencia de las cadenas monolíticas, las cadenas modulares no pueden garantizar su propia calidad de seguridad. Las cadenas modulares están en riesgo de fallar si las capas de seguridad utilizadas para manejar el consenso y la disponibilidad de datos no son efectivas.

Complejidad: Implementar un diseño de cadena de bloques modular introduce nuevas complejidades. Por ejemplo, el plan de fragmentación de datos de Ethereum se basa en el muestreo de disponibilidad de datos para garantizar que los nodos en un cierto fragmento no estén ocultando datos. Asimismo, la capa de ejecución debe crear ciertos mecanismos complejos, como pruebas de fraude y pruebas de validez, para que la capa de seguridad pueda garantizar la validez de las transiciones de estado fuera de la cadena.

Valor del token: Debido a aplicaciones limitadas, los tokens nativos de algunas blockchains modulares pueden no ser capaces de absorber valor. Por ejemplo, los tokens de utilidad que se centran únicamente en las capas de consenso y disponibilidad de datos tienen menos uso que la capa de ejecución, por lo que también puede ser más difícil atraer participantes a dicha red.

Forma modular de Ethereum: fragmentación y rollup

Al igual que las blockchains de primera generación como Bitcoin, Ethereum fue originalmente diseñado como una blockchain monolítica. Sin embargo, con el fin de mejorar el rendimiento de la red, aumentar la escalabilidad y sostenibilidad, la red de Ethereum está actualmente en transición a un marco modular.

Sharding es el proceso de dividir un sistema (como una base de datos) en múltiples partes para ejecutarlo. Al distribuir la funcionalidad en varios componentes, el sistema puede lograr una mayor producción y eficiencia. En una red blockchain, el sharding divide la blockchain en múltiples subcadenas, y las subcadenas manejan diferentes partes de las actividades de la red.

En el diseño de fragmentación de Ethereum, 64 cadenas de fragmentos se ejecutarán en paralelo. La fragmentación puede procesar transacciones en paralelo (fragmentación de ejecución) y también se puede utilizar para almacenar diferentes partes de los datos de la cadena de bloques (fragmentación de datos). Con la fragmentación de datos, los nodos de Ethereum solo almacenarán los datos publicados en su cadena de fragmentos, lo que contrasta con la estructura actual, que requiere que todos los nodos almacenen los mismos datos.

La relación entre la cadena de anclaje de Ethereum y la cadena de fragmentos

Sharding es una forma de modularidad donde diferentes componentes (cadenas de fragmentos) manejan diferentes responsabilidades. En el particionamiento de datos, las cadenas de fragmentos almacenan diferentes partes de los datos de Ethereum, y el particionamiento de ejecución permite que cada cadena de fragmentos procese su propio conjunto de transacciones, aumentando el rendimiento de los datos y reduciendo el tiempo de procesamiento.

Algunos desarrolladores han adoptado un enfoque centrado en el rollup para escalar Ethereum. A diferencia de las soluciones de escalado puramente fuera de la cadena (como las cadenas laterales), el rollup está estrechamente integrado con la cadena principal. La cadena de bloques de Ethereum externaliza la computación a los rollups al tiempo que preserva la liquidación, el consenso y la disponibilidad de los datos. Dado que Ethereum sirve como capa base para los rollups L2, los rollups pueden optimizar activamente la ejecución a través de tiempos de bloque más rápidos y bloques más grandes sin comprometer la descentralización o la seguridad.

Las funciones de Ethereum (capa base L1) y rollup (L2) en la arquitectura modular de la cadena de bloques

Proceso de desarrollo de la pila tecnológica modular de Ethereum

El proceso de desarrollo de la pila de tecnología modular de Ethereum es el siguiente:

1. Blockchain monolítico: Representa Ethereum L1 o la cadena principal, que en sí misma es un blockchain monolítico.

2. Rollup: Las soluciones L2 que actúan como capa de ejecución, como Arbitrum y Optimism, mueven la capa de ejecución fuera de Ethereum L1, publican las raíces de estado y los datos de rollup y los transmiten de vuelta a Ethereum L1.

3. Rollup modular: rollup con disponibilidad de datos modular.

La pila tecnológica modular L2 de Ethereum puede proporcionar escalabilidad manteniendo altos niveles de seguridad y descentralización. Esta potente combinación proporciona a Ethereum la base para un ecosistema blockchain más eficiente y sostenible.

Blockchain Monolítico

La blockchain monolítica es la forma original de funcionamiento de Ethereum y maneja todo sin el uso de rollups o particiones de datos. Esta arquitectura monolítica proporciona la máxima seguridad, pero tiene un alto costo y una escalabilidad limitada. Por lo tanto, la velocidad de transacción de la red principal de Ethereum es relativamente lenta, con un TPS promedio de solo 15 a 20. Actualmente, Ethereum se está transformando gradualmente en una blockchain modular, principalmente a través de la adopción de computación centrada en rollup y estrategias de partición de datos.

Rollup

Rollup es el primer avance tecnológico en cadenas de bloques modulares, extendiendo la arquitectura monolítica de Ethereum al proporcionar una capa separada para la ejecución. Rollup abstrae de forma segura la capa de ejecución de la cadena de bloques en un secuenciador, que utiliza potentes ordenadores para empaquetar y ejecutar múltiples transacciones antes de transmitir regularmente datos comprimidos de vuelta a la red principal de Ethereum para su verificación. Rollup puede aumentar las TPS de 20 a 50 veces al mover este proceso de cálculo fuera de la cadena de Ethereum.

En el escenario actual, el rollup desempeña el papel de la capa de ejecución, procesando transacciones mientras se externaliza la liquidación, el consenso y la disponibilidad de datos. Por ejemplo, el paquete acumulativo optimista mediante máquinas virtuales optimistas y el paquete acumulativo de ZK que ejecuta zk EVM. Estos rollups ejecutan contratos inteligentes y procesan transacciones, pero aún dependen de Ethereum para:

Liquidación: Todas las transacciones de rollup se completan en Ethereum. Los usuarios optimistas de paquetes acumulativos deben esperar hasta que pase el período de desafío o hasta que la transacción se considere válida después de los cálculos de prevención de fraude. Los usuarios de ZK Rollup deben esperar hasta que se demuestre la validez de la validación.

Consensus and data availability: rollup publica datos de transacción en la red principal de Ethereum en forma de CallData, lo que permite a cualquiera realizar transacciones de rollup y reconstruir su estado si es necesario. Los rollups optimistas requieren una gran cantidad de espacio de bloque y un período de desafío de 7 a 14 días antes de la finalidad. Zk rollup almacena datos disponibles para verificación durante 30 días, lo que proporciona finalidad instantánea pero requiere una potencia de procesamiento significativa para crear la prueba.

Con Ethereum como capa base para rollups, los rollups pueden permitir tiempos de bloque más rápidos y bloques más grandes sin comprometer la descentralización o la seguridad. Se puede decir que el rollup es el comienzo de una nueva era para Ethereum. Las transacciones totales de Arbitrum y Optimism han superado recientemente el número de transacciones en Ethereum, reflejando la tendencia modular de Ethereum.

Rollup modular

Las implementaciones modulares más recientes trasladan la capa de disponibilidad de datos fuera de Ethereum. Mantle, por ejemplo, aún depende de Ethereum para el acuerdo y el consenso, pero aprovecha Mantle DA como una capa de disponibilidad de datos. Mantle DA realiza la clasificación de datos y proporciona certificación de datos sin ejecutar transacciones; la ejecución de transacciones se externaliza efectivamente a la capa de ejecución de Mantle.

Anteriormente, Ethereum era la única solución de disponibilidad de datos para los rollups, lo que generaba problemas de costes. La disponibilidad de datos es la mayor fuente de costo para la mayoría de los rollups, especialmente el almacenamiento de datos de transacciones en Ethereum, que puede representar hasta el 70% del costo. Además, este coste es variable y aumenta proporcionalmente al uso, lo que supone una barrera importante a medida que se unen más usuarios. Hasta ahora, solo los paquetes acumulativos grandes con recursos significativos podían acomodar bases de usuarios más grandes.

Afortunadamente, las cosas están cambiando en Ethereum y están surgiendo nuevas soluciones modulares en forma de capas de disponibilidad de datos para reducir los costos de envío de datos de transacciones. Entre los principales ejemplos de capas de disponibilidad de datos se incluyen EigenDA, Celestia y Avail, que abordan los problemas de disponibilidad de datos y proporcionan posibles soluciones a las limitaciones de la acumulación.

Un futuro modular

Durante la última década más o menos, el campo de la cadena de bloques a menudo ha caído en una trampa al enfrentarse a desafíos de escalabilidad, creando continuamente nuevas cadenas de bloques L1 debido al alto costo y limitaciones de Ethereum. Sin embargo, las altas tarifas de Ethereum no son realmente un error insoluble.

En un mundo donde las soluciones L2 se están convirtiendo en la norma para la adopción masiva, la revolución de la cadena de bloques modulariza la arquitectura de la cadena de bloques dividiendo las capas de ejecución, liquidación, consenso y disponibilidad de datos. Cuando las cadenas de bloques monolíticas luchan con la escalabilidad, se desatará el potencial de la arquitectura modular.

A medida que la capa de disponibilidad de datos evolucione y compita, las barreras de entrada y las barreras de entrada para los nuevos paquetes acumulativos se reducirán significativamente. En un futuro próximo, es probable que las aplicaciones en pilas OP o ZK experimenten un auge debido a los menores costes de disponibilidad de datos y a las nuevas mejoras en la funcionalidad modular.

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