Danksharding: Escalando Ethereum

• El proto-danksharding es la primera mejora del danksharding.

• Las comisiones por transacción de la capa 2 se reducirán 10 veces gracias a que L2 puede utilizar blobs. Los blobs contienen datos de transacciones ejecutadas y se adjuntan a los bloques.

• Ethereum ha eliminado el sharding tradicional de su hoja de ruta. Los rollups se convierten así en la clave para el éxito futuro de Ethereum.

• Ethereum se convertirá en una capa de disponibilidad de datos, lo que permitirá que cientos de rollups se escalen con danksharding completo.

• Los validadores ya no podrán crear bloques, pero aumentarán su participación en los beneficios de MEV.

Explicación del proto-danksharding: escalabilidad para Ethereum

Las preocupaciones en torno a la escalabilidad de Ethereum y las fluctuaciones asociadas a los costes de transacción han suscitado, con razón, una mayor atención. Frustrados por el elevado coste de las transacciones en Ethereum, los usuarios minoristas están explorando blockchains alternativas con comisiones más bajas. Sin embargo, soluciones de escalabilidad innovadoras como las blockchains de capa 2 (L2) y rollups ayudará a aliviar las elevadas comisiones de Ethereum. El danksharding permitirá a Ethereum escalar a millones de usuarios.

Importancia de los rollups

Los rollups, conocidos como capa 2, son soluciones de escalado fuera de cadena que operan sobre la red Ethereum. En un rollup, las transacciones se agrupan, de ahí su nombre, en colecciones de transacciones. Los rollups pueden compararse con el envío de una carta por correo postal. Al igual que enviar varias cartas individualmente a una misma dirección acumula gastos de envío, enviar transacciones individuales en Ethereum aumenta la carga de la red. Sin embargo, con un solo paquete o «rollup», las cartas (transacciones) pueden agruparse, lo que reduce significativamente los gastos.

Los rollups envían sus transacciones agregadas de vuelta a su capa 1 correspondiente. Los rollups tienen la capacidad de integrarse con cualquier cadena de bloques que permita la publicación de datos sin restricciones. En este discurso, los rollups de Ethereum serán el punto central, ya que Ethereum planea escalar a través de los rollups. Al utilizar Ethereum como capa de disponibilidad de datos, la ejecución puede salir de Ethereum y pasar al rollup. Cualquiera puede comprobar el estado reconstruyéndolo y determinando si es válido. Al depender de la capa 1 para el consenso y la liquidación, los rollups se benefician de las garantías de seguridad inherentes a la cadena de bloques Ethereum. Las arquitecturas de rollup más frecuentes son optimista y conocimiento cero (ZK) rollups.

Este proceso se lleva a cabo en segundo plano y es invisible para el usuario.

Los rollups ya han logrado reducciones masivas en los costes. Las soluciones de escalado como Optimismo y Arbitrum Ejecutar todas las transacciones de forma optimista, asumiendo que los datos son válidos. Los usuarios pueden enviar pruebas de fraude para protegerse contra actividades maliciosas, lo que proporciona una certeza absoluta de que se han producido manipulaciones o transiciones de estado no válidas dentro del rollup. El envío de pruebas de fraude recompensa al usuario con una parte del depósito del validador. A medida que más rollups se conectan, compiten por el espacio de bloque con los usuarios de L1 al enviar paquetes de vuelta a Ethereum. Para combatir esto y permitir que las soluciones L2 se escalen, Ethereum lanzará pronto su primera actualización en danksharding.

Escalabilidad

El trilema de la cadena de bloques, acuñado por Vitalik Buterin, es una disyuntiva fundamental en el diseño de la cadena de bloques. Las cadenas de bloques tienen tres características principales: escalabilidad, seguridad y descentralización. Solo se pueden elegir dos de las tres. En el caso de Ethereum, se optó por la descentralización y la seguridad, lo que limitó la escalabilidad. El compromiso de Ethereum con la descentralización y la seguridad es evidente a través de su capacidad para participar con hardware de consumo y su grupo de validadores que supera 900,000. Sin embargo, esto tiene un coste en términos de escalabilidad. Con unos requisitos de hardware y diseños arquitectónicos más bajos, el hecho de que muchos nodos tengan que comunicarse entre sí limita considerablemente el rendimiento.

La escalabilidad es el proceso de gestionar solicitudes adicionales sin que resulte excesivamente caro o inutilizable. Interactuar con contratos inteligentes requiere una carga computacional mucho mayor que la simple transferencia de tokens nativos de Ethereum. Ethereum podría tener un máximo teórico de 119,04 transacciones por segundo (TPS) con transferencias nativas básicas. Ethereum tiene un promedio de 13 TPS porque las interacciones con contratos inteligentes pueden equivaler a 10 o más transferencias nativas de Ethereum. Sin embargo, el 110 teórico es imposible en la práctica porque el EIP-1559 tiene como objetivo una utilización del bloque del 50 %. En su forma actual, Ethereum necesita escalar mejor que competidores como Solana. Las L2 pueden alcanzar un alto rendimiento y ayudar a Ethereum a escalar mientras se construye el danksharding.

Por otro lado, las cadenas de bloques construidas sobre hardware más exigente y nodos limitantes generalmente pueden escalar más fácilmente. Con danksharding y manteniendo su compromiso con el hardware accesible, Ethereum eventualmente podrá escalar a través de rollups. La escalabilidad es un desafío significativo, ya que la adopción no puede ocurrir si las cadenas de bloques se vuelven inutilizables con el aumento del tráfico.

¿Qué es el sharding?

Una de las soluciones para crear un entorno con menor latencia y una cadena con mayor rendimiento es el sharding. El sharding es una solución de escalado utilizada en blockchain para aumentar el rendimiento mediante la distribución de la carga de trabajo de la red. La idea es tener múltiples fragmentos (cadenas) que ejecuten transacciones, cada uno de los cuales se encargue de una parte específica de la red. Dentro de cada fragmento, los validadores son responsables de ejecutar su parte de la cadena.

La red puede gestionar más transacciones por segundo al ejecutarlas en paralelo. Además, la recuperación de datos es significativamente más rápida, ya que cada fragmento solo es responsable de su parte. El fragmentado proporciona ventajas adicionales a la red gracias a una mayor tolerancia a fallos. Si un fragmento se desconecta, la red completa no se apagará y seguirá funcionando con los demás fragmentos.

Sin embargo, el sharding plantea retos a la hora de mantener la seguridad al distribuir la red. Por ejemplo, si 100 validadores se dividen en diez fragmentos, cada fragmento puede ser vulnerable a ataques maliciosos debido a la dispersión de los validadores. Otras preocupaciones adicionales relacionadas con el sharding son el traslado de datos entre fragmentos y el reequilibrio de los mismos, lo que puede provocar tiempos de inactividad o incoherencias.

¿Qué es DankSharding?

A pesar del entusiasmo inicial por el sharding como solución escalable para Ethereum, las preocupaciones en torno a la seguridad, las comunicaciones entre fragmentos y la complejidad suponen obstáculos importantes, ya que es necesario realizar modificaciones importantes en la arquitectura de Ethereum. A medida que aumentaba la complejidad, la Fundación Ethereum eliminó el sharding de la hoja de ruta y lo sustituyó por el danksharding. El danksharding permite a Ethereum escalar mediante rollups utilizando blobs.

Los blobs son un nuevo tipo de transacción que contiene datos de transacciones ejecutadas desde el rollup. Dado que los bloques que contienen blobs transportan más datos, esto aumentará los requisitos de almacenamiento para los nodos. La Fundación Ethereum está evaluando la cantidad óptima de espacio; actualmente, la especificación es de 768 kb para las transacciones de blobs. Dado que cada blob tiene un máximo de 128 kb, esto equivale a seis blobs por bloque. Dado que el mempool para blobs empleará mecanismos similares a EIP-1559, el promedio de blobs por bloque será de tres. Las actualizaciones a largo plazo con muestreo de disponibilidad de datos permitirán a los nodos descargar una parte del blob, pero seguirán verificando que todos los datos sean correctos. Con el danksharding completo, Ethereum puede escalar y manejar cientos de rollups y procesar millones de transacciones por segundo.

¿Qué es Proto-DankSharding?

Proto-Danksharding, EIP-4844, recibió su nombre en honor a los investigadores de Ethereum. Protolambda y Dankrad Fiest. Aunque el danksharding aún está lejos de ser una realidad, el proto-danksharding puede ayudar a Ethereum a escalar ahora mismo. Tras varias actualizaciones más de la red de pruebas, el lanzamiento del proto-danksharding está previsto para principios del primer trimestre de 2024.

Proto-Danksharding supondrá una mejora significativa en la experiencia del usuario en L2. Por ejemplo: a transacción En la red principal, una operación que cuesta entre 20 y 25 dólares puede costar 40 centavos en un rollup. Tras la actualización de la red, las comisiones deberían reducirse otras 10 veces, ya que CALLDATA no se utilizará para almacenar datos L2. Los rollups serán finalmente más competitivos con las capas 1 alternativas con mayor rendimiento. Aunque el proto-danksharding reducirá las comisiones L2 y promoverá un mayor uso, esto no aumentará el TPS de Ethereum.

Mecánica de Proto-DankSharding

Proto-danksharding introduce blobs, que contienen datos de transacciones ejecutadas. Estos blobs se adjuntan al bloque junto con un compromiso criptográfico publicado. Este compromiso es el resultado de un ajuste polinómico a los datos en un punto determinado, y estos puntos de datos se generan aleatoriamente a partir de la ceremonia KZG.

La Fundación Ethereum describe la ceremonia KZG como:

1. El participante 1 elige un número aleatorio (por ejemplo, 5) y luego realiza un cálculo con él.

2. El resultado de ese cálculo se pasa al participante 2, donde repite el paso 1 con su entrada secreta (por ejemplo, 3) y la mezcla con el resultado del primer participante (por ejemplo, 5x3=15).

3. Esto se repite hasta que haya suficientes participantes, momento en el que la última salida de la secuencia se convierte en la salida final.

Cualquiera que desee verificar los datos puede volver a calcular el compromiso reejecutando las transacciones y comparando los resultados. Si el resultado coincide con el cálculo, los datos son válidos. Los números de la ceremonia KZG deben ser aleatorios. De lo contrario, alguien podría generar un nuevo polinomio en un momento dado y cambiar los datos, y el resultado seguiría siendo válido.

Fuente: YouTube

El principal caso de uso de los blobs es ahorrar costes de almacenamiento de datos por parte de los L2 y reducir las tarifas con un mercado de tarifas separadas. Sin embargo, la mayoría de los rollups solo necesitan almacenar datos temporalmente en Ethereum. Los rollups optimistas necesitan hasta siete días para garantizar que no se haya producido ningún fraude. El almacenamiento temporal garantiza inflamación del estado no se convierte en un problema, y los blobs estarán disponibles a través de terceros que almacenan todos los datos históricos. Aunque no se podrá acceder a los blobs después de 4096 épocas, aproximadamente 18 días, el compromiso KZG seguirá siendo visible, dejando un remanente que aún se puede utilizar para verificar los blobs.

Fundación Ethereum explica proto-danksharding como

En este momento, los rollups tienen limitaciones en cuanto al ahorro que pueden suponer para las transacciones de los usuarios, debido al hecho de que publican sus transacciones en CALLDATA. El uso de CALLDATA es caro porque todos los nodos de Ethereum lo procesan y permanecen en la cadena para siempre, aunque los rollups solo necesitan los datos durante un breve periodo de tiempo. Proto-Danksharding introduce bloques de datos que se pueden enviar y adjuntar a los bloques. Los datos de estos bloques no son accesibles para la EVM y se eliminan automáticamente tras un periodo determinado (1-3 meses).

Al no utilizar CALLDATA, los rollups pueden evitar pagar cuatro gas por bytes a cero o 16 gas por cada byte distinto de cero. Los blobs costarán un gas por byte, lo que reducirá significativamente los costes de gas. Estos ahorros son la principal reducción y ventaja de los rollups.

Cuando se active el proto-danksharding, cada nodo tendrá que descargar cada blob. Para lograr una verdadera escalabilidad del rollup, el danksharding completo permitirá a los nodos descargar partes de los datos del blob, pero seguirá siendo posible verificar el blob completo. El muestreo de la disponibilidad de datos se introducirá más adelante en el danksharding completo, pero es un mecanismo fundamental para que los validadores verifiquen grandes cantidades de blobs de forma eficiente y fiable. El hecho de que un validador muestree aleatoriamente puntos de datos aleatorios y cree una prueba significa que el validador no tiene que comprobar todo el blob. Si falta algún dato, el blob tendrá un compromiso diferente.

Codificación de borrado Se introduce para cubrir todos los vectores de ataque al muestrear datos. La codificación de borrado codifica los blobs de manera que, si se transmite la mitad del blob, cualquier persona de la red puede reconstruirlo. Mediante el uso de compromisos polinómicos, cualquiera puede demostrar fácilmente que los datos son válidos. Esto protegería la red si un secuenciador malintencionado retuviera entre el 1 y el 49 % de los datos del blob.

Separación del creador de propuestas

Actualmente, las soluciones de capa 2 ocupan 10.5% del espacio del bloque. Desacoplar los blobs del mempool alivia aún más la presión sobre la red. Los blobs utilizarán un mempool diferente, lo que creará un obstáculo adicional para los creadores de bloques. Actualmente, los creadores de bloques compiten entre sí aprovechando estrategias de selección y secuenciación de transacciones para optimizar la composición de los bloques y obtener el mayor valor económico posible. Una vez que el proto-dank sharding entre en funcionamiento, los creadores de bloques deberán ordenar dos pools y gestionar los límites de gas en cada uno de ellos.

El dankharding también incluirá la separación entre proponentes y constructores (PBS). Los validadores de Ethereum actualmente están construyendo y transmitiendo bloques a la red. Los validadores pueden consultar el mempool público y tomar las transacciones con las tarifas más altas, o pueden optar por MEV-boost y tomar bloques preconstruidos con una propina adicional. Al aceptar el valor extraíble máximo (MEV), los bloques dan a los validadores 2,83 veces más recompensa por bloque que si utilizaran mempools públicos.

PBS va más allá, permitiendo menos censura y mayores rendimientos para los validadores con un mayor reparto de MEV. Una vez que PBS entre en funcionamiento, los validadores no podrán crear bloques. Solo podrán recibir bloques de un creador de bloques. Además, los validadores no podrán examinar el bloque, y solo podrán ver cuál tiene la tarifa más alta. Debido a esto, se incentivará a MEV para que ofrezca a los validadores una mayor parte del MEV para que se elija su bloque.

Mirando hacia el futuro

Aunque aún faltan años para que se implemente el danksharding, Ethereum ya puede escalar con el proto-danksharding. Los costes de almacenamiento de datos de rollup se reducirán drásticamente, ya que CALLDATA dejará de utilizarse. Al utilizar almacenamiento temporal en forma de blobs, Ethereum mejorará las comisiones por transacción al menos diez veces. Aunque los usuarios finales se beneficiarán significativamente de la reducción de las comisiones en L2, esto puede tener poco o ningún impacto en las transacciones de Ethereum.

Los blobs que contienen datos de transacciones ejecutadas de rollups se pueden adjuntar a cada bloque. La EVM no puede acceder a estos blobs y se eliminan cada 4096 épocas. Según la documentación de Ethereum, los blobs comenzarán con un blob por bloque y se ampliarán hasta 64 con danksharding completo. Sin embargo, recientemente... pruebas han mostrado a los desarrolladores principales debatiendo entre un máximo de cuatro a seis blobs por bloque. Los «compromisos» criptográficos adjuntos a los blobs permiten una verificación de datos perfecta sin necesidad de analizarlos. Estos compromisos también permanecen después de que el blob se elimine de la red. Los creadores de bloques se especializarán más, ya que los validadores ya no podrán crear los suyos propios. Los validadores elegirán el bloque de mayor valor, ya que ya no podrán ver cada bloque, lo que aumentará indirectamente la cuota de MEV.

La tan esperada actualización Proto-DankSharding está programada para su lanzamiento en la red principal de Ethereum en el primer trimestre de 2024. Se implementó con éxito en la red de pruebas Goerli el 17 de enero de 2024; otras redes de pruebas le seguirán en breve. Aunque el sharding se ha eliminado de la hoja de ruta, el proto-danksharding es una actualización muy necesaria para que las L2 de Ethereum sigan siendo competitivas frente a las L1 de menor coste.

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