Paradigma modular de cadena de bloques
En física, el acoplamiento es el fenómeno por el cual dos formas de movimiento se afectan entre sí mediante la interacción. El desacoplamiento, por otro lado, es la separación matemática de dos formas de movimiento para resolver el problema.
En el campo de la programación, la idea de modularidad es muy similar: una técnica de diseño de software llamada programación modular, enfatiza separar la funcionalidad de un programa en módulos independientes e intercambiables, de modo que cada uno contenga todo lo necesario para ejecutar solo un aspecto de la funcionalidad deseada. .
Las cadenas de bloques también son programas informáticos. Básicamente, al aplicar la idea de modularidad a una cadena de bloques pública, podemos dividirla en tres componentes principales:
Ejecución: este es el cálculo necesario para actualizar la cadena, lo que implica obtener el estado actual, agregar un montón de transacciones nuevas y realizar la transición al nuevo estado.
Consenso, Acuerdo o Seguridad: proporciona seguridad y acuerdo para las transacciones y su ordenación.
Disponibilidad de datos (DA): esto es para garantizar que los datos de la transacción detrás del encabezado del bloque estén publicados y disponibles para que cualquiera pueda calcular fácilmente el estado y verificar las transiciones de estado.
En lugar de reunir estos tres componentes en una cadena monolítica como lo hacen las principales cadenas de bloques actuales, podemos dividirlos en cadenas o capas especializadas, cada una de las cuales desempeña el papel de un módulo, para implementar de manera más eficiente la funcionalidad de una cadena de bloques. Este es el paradigma de la cadena de bloques modular.
Los beneficios de las cadenas de bloques modulares
Como se indicó anteriormente, las cadenas de bloques modulares son el resultado de separar los componentes centrales de una única cadena de bloques y ejecutarlos en capas separadas. Entonces, ¿cuáles son las ventajas de las cadenas de bloques modulares frente a las no modulares? Los siguientes son los beneficios enumerados.
Escalabilidad
Las capas que se especializan en un par de características principales permitirán una escalabilidad mucho mayor sin la limitación de hacer concesiones que vienen con una cadena de bloques monolítica. Por ejemplo, una capa modular de disponibilidad de datos con muestreo DA puede escalar linealmente con la cantidad de usuarios.
Interoperabilidad
Las cadenas de bloques pueden emplear una capa de seguridad compartida modular para permitir un puente con confianza minimizada entre cadenas de bloques en el mismo clúster. Esto mejora tanto la seguridad como el nivel al que varias cadenas de bloques pueden comunicarse entre sí.
Arranque
Se pueden crear nuevas cadenas de bloques con un costo y tiempo mínimos. Cosas como los kits de desarrollo de software acumulativos no solo ayudarán en esto, sino que también brindarán una manera de iniciar sin necesidad de un mecanismo de consenso, validadores o mecanismos de distribución de tokens.
Experimentación
Las cadenas de bloques se pueden crear y utilizar fácilmente para probar nuevas tecnologías innovadoras que aportan mayor escalabilidad y optimizaciones a toda la pila de cadenas. Hacer esto permite que las nuevas cadenas se centren directamente en los elementos en los que quieren innovar, que luego pueden extenderse al resto de las cadenas.
La capa DA en paquetes acumulativos
Los rollups, que es la solución de capa 2 de Ethereum que apunta a escalar de manera efectiva, también es fundamentalmente un enfoque modular. El paquete acumulativo elimina la capa de ejecución de la capa 1 de Ethereum y forma una segunda capa exclusiva de ejecución que se centra en procesar las transacciones lo más rápido posible. Por otro lado, la capa 1 de Ethereum todavía está a cargo del desafiante trabajo tanto de seguridad como de disponibilidad de datos.
Entonces, aquí hay dos preguntas. Primero, ¿por qué es tan importante la disponibilidad de datos? En segundo lugar, ¿podemos volver a utilizar la idea de modularidad para desacoplar DA de la capa 1? Por favor, déjame tomarme un tiempo para explicarte.
Para la primera pregunta, necesito discutir la situación por separado. En el caso de Optimistic Rollup, cuando el secuenciador hace algo malo y liquida un estado de saldo de cuenta incorrecto, cualquiera puede recuperar los datos de la transacción original de la capa 1 y reconstruir el estado de cuenta correcto para ejecutar un desafío. Por lo tanto, el papel del DA es como una oficina de archivos que proporciona evidencia original en caso de una impugnación, garantizando que la impugnación sea correcta y válida.
En cuanto al paquete acumulativo de conocimiento cero (ZK), el secuenciador no puede hacer el mal debido a la prueba criptográfica de conocimiento cero. Pero en casos extremos en los que el secuenciador deja de funcionar o no está disponible por cualquier motivo, los usuarios deben escapar de la cadena de la capa 2 y devolver su dinero a la capa 1, cuando DA es esencial para garantizar que cualquiera pueda reconstruir el estado final basándose en los datos. . Por tanto, el papel de DA es como una puerta de seguridad para garantizar una salida fluida a los usuarios en caso de una situación extrema.
Para la segunda pregunta, la respuesta corta es sí. Aunque DA es tan vital que el mejor lugar para almacenarlo es la capa 1 de Ethereum, la cadena más segura es también la más cara: el costo del gas de las transacciones de liquidación y el almacenamiento de datos es mucho más alto que el de cualquier otra cadena. Es por eso que Matter Labs y Starkware ofrecen a los usuarios una versión económica de ZK Rollup, concretamente ZK-Porter y Validium, comprometiéndose a no almacenar DA en la capa 1.
Como resultado, una capa DA especializada y modular está comenzando a entrar en escena.
Proyectos de capa DA especializada
Celestia
Celestia, anteriormente llamada LazyLedger, es una red modular de datos y consenso, creada para permitir que cualquiera implemente fácilmente su propia cadena de bloques con una sobrecarga mínima. Al desacoplar las capas de consenso y DA con la ejecución de aplicaciones, Celestia modulariza la pila de tecnología blockchain y abre nuevas posibilidades para los creadores de aplicaciones descentralizadas.
Bajo la arquitectura modular habilitada por Celestia, los desarrolladores pueden definir sin esfuerzo sus propios entornos de ejecución virtual. Cada aplicación tiene su propio espacio de ejecución soberano y puede actualizarse sin bifurcaciones de la cadena principal.
Lo más destacado de Celestia radica en abordar una de las limitaciones fundamentales del escalamiento de blockchain: el "problema de disponibilidad de datos". Este problema pregunta: ¿cómo pueden los nodos estar seguros de que cuando se produce un nuevo bloque, todos los datos de ese bloque se publicaron realmente en la red? El dilema es que si un secuenciador o productor de bloques no publica todos los datos de un bloque, nadie podría detectar si hay una transacción maliciosa oculta dentro de ese bloque.
¿Cómo resuelve Celestia esto? Utiliza códigos de borrado para crear pruebas de disponibilidad de datos que garantizan, con alta probabilidad, que todos esos datos se publicaron en la cadena.
Específicamente, Celestia utiliza un esquema de codificación bidimensional Reed-Solomon para codificar datos de bloques cuando el secuenciador crea un nuevo bloque. Este esquema asegura que solo una pequeña muestra de datos sea suficiente para verificar con certeza estadística que se ha publicado el bloque completo. Solo se necesitan clientes ligeros para realizar una operación llamada muestreo de disponibilidad de datos (DAS): descargar aleatoriamente una pequeña porción de datos del bloque para detectar si el secuenciador se comporta mal y retiene datos. Este método es muy eficaz desde el punto de vista de las estadísticas de probabilidad. De hecho, la séptima vez que un cliente ligero intenta comprobar aleatoriamente una porción de datos, la probabilidad de que no detecte que el secuenciador se está comportando mal sería inferior al 1%. Y una vez que se descubre que un pequeño dato está codificado incorrectamente, se notifica a la red a través de una prueba de fraude. Esto garantiza que el rendimiento no se vea obstaculizado por la ejecución estatal como las cadenas de bloques tradicionales, lo que permite que el rendimiento de Celestia escale con la cantidad de usuarios involucrados.
Inicialmente centrándose en EVM y Cosmos SDK, Celestia no excluye la integración en los ecosistemas de Ethereum y Cosmos. Celestia ha lanzado un plan llamado Celestium, que permite que cualquier cadena Ethereum L2 use Celestia para la disponibilidad de datos y Ethereum para la resolución de disputas. Celestiums proporcionará disponibilidad de datos de alto rendimiento para Ethereum L2, con un mayor nivel de seguridad que otras técnicas de disponibilidad de datos fuera de la cadena.
Además, Celestia se está asociando con Evmos para crear una capa de liquidación para acumulaciones de EVM llamada Cevmos. La cadena de liquidación se implementará como un paquete acumulativo de Celestia utilizando Optimint y aprovecha Celestia como capa DA para proporcionar una pila totalmente equivalente a EVM optimizada únicamente para paquetes acumulativos, lo que resulta en tarifas más bajas y una mejor escala en los paquetes acumulativos.
Polígono disponible
Avail, una de las soluciones de escalado del conjunto de herramientas de Polygon, es una cadena de bloques de uso general, escalable y centrada en la disponibilidad de datos, destinada a cadenas independientes, cadenas laterales y soluciones de escalamiento fuera de la cadena.
Avail proporciona una capa sólida de disponibilidad de datos mediante el uso de una primitiva matemática extremadamente segura (verificaciones de disponibilidad de datos utilizando códigos de borrado con una innovación clave): utilizan compromisos polinomiales de Kate para crear un esquema de disponibilidad de datos 2D que evita pruebas de fraude, no requiere suposiciones mayoritarias honestas, y no depende de pares honestos de nodo completo para tener la confianza de que los datos están disponibles.
El enfoque de Avail para resolver el problema de disponibilidad de datos es similar al DAS de Celestia, pero difiere sólo en pequeños puntos. Avail utiliza compromisos polinómicos KZG en lugar de pruebas de fraude para evitar el mal comportamiento de los secuenciadores. Los compromisos KZG, también conocidos como compromisos Kate, fueron introducidos por Aniket Kate, Gregory M. Zaverucha e Ian Goldberg en 2010, proporcionando una forma de comprometerse con polinomios de manera sucinta.
En términos simples, todos los datos de un bloque se organizan como una matriz bidimensional. La redundancia de datos se logra borrando la codificación de cada columna de la matriz para duplicar el tamaño de la original. Los compromisos de Kate se utilizan para comprometerse con cada una de las filas y el compromiso se incluye en el encabezado del bloque. El esquema facilita la detección de un intento de ocultación de datos, ya que cualquier cliente ligero con acceso solo a encabezados de bloque puede consultar celdas aleatorias de la matriz y obtener pruebas breves que se pueden comparar con los encabezados de bloque. La redundancia de datos obliga al secuenciador a ocultar una gran parte del bloque incluso si quiere ocultar solo una transacción, lo que lo hace susceptible de quedar atrapado en un muestreo aleatorio. Por lo tanto, se evita la necesidad de pruebas de fraude, ya que la naturaleza vinculante de los compromisos de Kate hace que sea computacionalmente inviable que los secuenciadores construyan compromisos incorrectos y no queden atrapados.
Resumen
La capa de disponibilidad de datos especializada, como prototipo de cadenas de bloques modulares, tiene como objetivo facilitar un cambio completo en la forma en que abordamos el diseño de sistemas de cadenas de bloques, permitiendo un paradigma de cadena de bloques modular en el que varios entornos de ejecución pueden utilizar esta capa especializada para el ordenamiento y la disponibilidad de datos. Aunque puede surgir una pequeña preocupación de que los paquetes acumulativos que utilizan una capa DA especializada no sean tan seguros como aquellos con la red principal de Ethereum, es una compensación esencial ya que las cadenas de bloques modulares pueden brindar una red más flexible, escalable, personalizable e interoperable. A largo plazo, la capa DA especializada se convertirá en la piedra angular del paradigma de blockchain modular, abriendo el camino hacia el final del escalamiento de blockchain.
Descargo de responsabilidad: esta investigación tiene fines informativos únicamente. No constituye un asesoramiento de inversión ni una recomendación para comprar o vender ninguna inversión y no debe utilizarse en la evaluación de los méritos de tomar ninguna decisión de inversión.
🐦 @chestersigned
📅 18 de abril de 2022
Enlace:
https://medium.com/blockchain-capital-blog/wtf-is-data-availability-80c2c95ded0f
https://polynya.medium.com/the-lay-of-the-modular-blockchain-land-d937f7df4884
https://rileygmi.substack.com/p/celestia?s=r&utm_campaign=post&utm_medium=web
https://coinyuppie.com/focus-on-the-data-availability-layer-to-understand-the-new-public-chain-celestia/
https://polygon.technology/blog/introduciendo-avail-by-polygon-a-robust-general-Purpose-scalable-data-availability-layer-98bc9814c048
https://polygon.technology/solutions/polygon-avail/