En algún momento, pronto, debemos darnos cuenta de que estamos ejecutando un mundo financiero heredado y que necesitamos construir una infraestructura digital más confiable. De hecho, no es solo las finanzas lo que necesitamos transformar, sino cualquier área que necesite altos niveles de confianza, seguridad y distribución. Para esto, podemos tener métodos de blockchain de Layer-1 como Ethereum, pero ha demostrado un problema de escalabilidad, donde el libro mayor principal y la infraestructura de computación no pueden hacer frente a más de 15–30 transacciones por segundo.

Pero, ahora se están aplicando nuevos métodos para aliviar la carga en Ethereum, manteniendo al mismo tiempo la confiabilidad y la distribución. Estos incluyen implementaciones de Layer 1 para compartir y una transición hacia Proof-of-Stake (PoS). Sin embargo, los avances más interesantes están ocurriendo dentro de los métodos de Layer 2, y que se basan en la red central de Ethereum (Mainnet).

Layer 2: Canales de estado

Los canales de estado se implementaron inicialmente con la red Bitcoin Lightning, y desde entonces se han escalado en Ethereum. Con esto, básicamente tenemos dos registros en el libro mayor de Mainnet, y donde la parte involucrada debe comprometer algunos fondos que podrían o no gastarse. Por ejemplo, digamos que Bob quiere crear un canal lateral para pagar a sus clientes, y comprometerá 10 Eth. Luego creará un contrato de canal. El Ether comprometido se bloqueará durante el tiempo del canal, y que no se puede gastar. Bob podría entonces dar 2 $Eth a Alice, y 3 $Eth a Carol. Una vez que haya terminado con esto, volverá a comprometer la transacción terminada, y donde Bob recuperará 5 $Eth, y Alice obtendrá 2 $Eth y Carol obtendrá 3 Eth. Al final, Bob solo publica los datos resumidos y solo pagará las tarifas de gas por los dos compromisos con el libro mayor. La implementación de canales de estado es ofrecida por Polygon, y que implementa la compatibilidad total con EVM y bajas tarifas de transacción. Un ejemplo de here es:

pragma solidity ^0.7.0;

contract PaymentChannel {
    address public sender;
    address public receiver;
    uint256 public expiration;
    uint256 public amount;

    constructor(
        address _receiver,
        uint256 _amount,
        uint256 _expiration
    ) payable {
        sender = msg.sender;
        receiver = _receiver;
        amount = _amount;
        expiration = block.timestamp + _expiration;
    }

    function close(uint256 _payment) public {
        require(
            msg.sender == receiver,
            "Only the receiver can close the channel"
        );
        require(
            _payment <= amount,
            "Payment amount exceeds amount in the channel"
        );
        selfdestruct(receiver);
    }

    function extendExpiration(uint256 _expiration) public {
        require(
            msg.sender == sender,
            "Only the sender can extend the expiration"
        );
        require(
            _expiration > expiration,
            "Expiration must be set to a longer time than the current expiration"
        );
        expiration = _expiration;
    }
}

Layer 2: Roll-ups

Uno de los mejores mecanismos para escalar Ethereum es mover las transacciones fuera de la cadena a través de roll-ups y cadenas laterales.

Roll-ups optimistas

Estos procesan las transacciones fuera de la cadena y asumen que las transacciones son válidas (básicamente, un enfoque de "confiar y verificar"). Solo consumen recursos de computación en la Mainnet cuando hay una disputa en las transacciones. Por lo tanto, habrá un retraso en el "período de desafío" que se requiere antes de que las transacciones se confirmen realmente en la Mainnet.

Con Arbitrum, los observadores de fraude analizan las transacciones y, si se identifica una transacción fraudulenta, el observador publicará una prueba de fraude en la Mainnet. De hecho, Arbitrum puede identificar las líneas del código que se relacionan con el análisis de fraude y luego publicarlas en la Mainnet. La Mainnet puede entonces pronunciarse sobre la prueba de fraude y decidir si ejecutar el código requerido. Para Arbitrum, hay un período de retiro de siete días [here].

Optimism también utiliza métodos fuera de la cadena con roll-ups optimistas y asume que las transacciones son válidas. Utiliza observadores (o verificadores) para determinar si hay una transacción fraudulenta, y puede presentar una prueba de fraude, y donde la transacción puede ser eliminada. El observador será recompensado por encontrar una transacción fraudulenta. En general, hay un retraso de alrededor de siete días para el desafío, y donde la transacción se revierte si se encuentra que la prueba de fraude es correcta [here]:

Rollups de conocimiento cero (zk-Rollups)

Estos mueven los cálculos y el almacenamiento del estado fuera de la cadena e implican un enfoque sin confianza. Una vez que se vuelve a publicar en la Mainnet, habrá actualizaciones mínimas requeridas para el cambio de estado y las pruebas asociadas con esto. Como tenemos las pruebas en forma comprimida, podemos tener una validación rápida de las transacciones actualizadas, junto con el soporte de la privacidad de las transacciones. Con esto, en lugar de con roll-ups optimistas que tardan días en comprometerse, con zk-Rollups (basado en zkSnarks), solo necesitamos alrededor de una hora para verificar las pruebas. Esto asegura que no haya doble gasto y que todas las transacciones sean solventes. Un ejemplo es ZKsync [here]:

Con zk-Rollups, hay pruebas criptográficas de la validez de las transacciones, y luego se vinculan a la Mainnet. Por lo tanto, sería extremadamente difícil realizar una transacción fraudulenta. Con roll-ups optimistas, hay una falta de prueba criptográfica, por lo que antes de que haya un compromiso de vuelta a la Mainnet, y por lo tanto un retraso para que las transacciones fraudulentas puedan ser detectadas.

Cadenas laterales

Esta es una cadena lateral independiente y es una blockchain separada que está conectada a la Mainnet. A diferencia de los métodos de roll-up, las transacciones actualizadas pueden luego ser repetidas en la Mainnet cuando sea necesario. En general, tienen su propia blockchain y sus propios mecanismos de consenso, como Proof of Authority (PoA). Polygon es un ejemplo de una infraestructura de cadena lateral. La debilidad general de los canales laterales es que es probable que tengan un modelo de seguridad diferente al de la red principal de Ethereum [here]:

Conclusiones

Para mí, las pruebas de conocimiento cero en una cadena fuera de línea son la mejor solución, ya que es rápido verificar las transacciones en la cadena principal y mantener la privacidad de quienes realizan transacciones. También podemos utilizar la divulgación selectiva dentro de los ZKP, y que podría ser útil para revelar información importante, como si una persona tiene derecho a acceder a un recurso.

Con los roll-ups optimistas, asumimos que las transacciones son válidas a menos que se demuestre lo contrario, y donde necesitamos un período de desafío para que las transacciones sean impugnadas antes de ser finalizadas. Con zk-Rollups, nuestras transacciones serán válidas ya que hay una prueba asociada con esto, y donde tenemos un compromiso rápido con la Mainnet. Desafortunadamente, zk-Rollups necesita una sólida comprensión de la criptografía y blockchain, y que puede ralentizar los desarrollos.

Obviamente, Ethereum no es el único espectáculo en la ciudad, y Polygon [here], Solana [here], Cardano [here] y Polkadot [here] están proporcionando alternativas que escalan mejor que Ethereum. Pero, nos encanta la blockchain que nos trajo los contratos inteligentes y la EVM (Ethereum Virtual Machine), y muchos esperan que pueda superar sus problemas de escalabilidad y mantener los mismos niveles de distribución y seguridad.

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