Análisis de la investigación del IOG, parte 4. Cómo las soluciones de capa 1 y capa 2 crean un sistema más rápido
Las publicaciones anteriores del blog profundizaron en la investigación fundacional que permitió el soporte del libro mayor multifuncional de Cardano para contratos inteligentes expresivos y activos nativos.
Como parte de la fase de desarrollo de Basho, Cardano está siendo objeto de constantes actualizaciones y optimizaciones para aumentar la escalabilidad y la interoperabilidad. El post “Cómo estamos escalando Cardano en 2022” reflexionó sobre los objetivos de escalabilidad de Cardano, y también discutió la interoperabilidad y el papel de las cadenas laterales. Este nuevo post examina con más detalle la investigación que permitirá estas mejoras graduales.
Escalando Cardano
La escalabilidad es esencial para que una red de blockchain soporte una base de usuarios en expansión y garantice el crecimiento sin sacrificar el rendimiento.
El escalado de una blockchain suele requerir un enfoque combinado con una diversidad de soluciones que se adapten a cada situación y proyecto. Por ejemplo:
- Soluciones de capa 1: actualizaciones aplicadas directamente al protocolo de la cadena principal.
- Soluciones de capa 2: cadenas adicionales (cadenas laterales) o soluciones de capa 2 (ZK rollups) que aumentan el rendimiento de la cadena principal.
Soluciones de escalabilidad de capa 1
Pipelining y los endosantes de entrada son dos soluciones en la cadena que se planea implementar en Cardano en 2022-2023. El documento que detalla la investigación realizada sobre pipelining aún no se ha publicado, pero aquí están algunas de las propiedades y la justificación de la introducción de pipelining.
Pipelining en Ouroboros
Para entender qué es pipelining, definamos primero el término propagación de bloques. La propagación de bloques significa que los nodos que producen bloques distribuyen la información sobre los nuevos bloques a través de la red.
Pipelining mejora los tiempos de propagación de los bloques. El objetivo es que los bloques se propaguen a los compañeros en cinco segundos. Pipelining permite esto al dar a los nodos la capacidad de pre-notificar a sus pares descendentes de un bloque entrante, lo que permite a los pares pre-obtener el cuerpo del nuevo bloque.
La investigación presenta una idea para propagar los cuerpos de los bloques antes de haberlos validado completamente. Esto elimina el trabajo de validación del cuerpo del bloque de la ruta crítica de la propagación del bloque y permite que el tiempo dedicado a la validación se superponga con el envío del bloque al siguiente par de la red. Esto reduce el tiempo de propagación del bloque, lo que permite además aumentar el tamaño del bloque o mejorar Plutus, entre otros. En consecuencia, cuanto mayor sea el bloque, más transacciones y scripts de Plutus podrá transportar, lo que también influye en el rendimiento de la blockchain. Está previsto que estas mejoras se apliquen a Cardano durante el evento de bifurcación dura Vasil.
Endosantes de entrada
La implementación de endosantes de entrada también mejorará los tiempos de propagación de bloques y el rendimiento. Los endosantes de entrada hacen un seguimiento de todas las transacciones enviadas y las agrupan en bloques preconstruidos. Esto significa que hay dos conjuntos de bloques, los que contienen las transacciones y los que logran el consenso. Los bloques que logran el consenso harán referencia a los bloques preconstruidos, que se transmiten constantemente sin tener que esperar a que se logre el consenso. Esto mejorará la consistencia de los tiempos de propagación de los bloques y permitirá mayores tasas de transacción.
John Woods, antiguo director de arquitectura de Cardano en IOG, dijo
“La implementación del pipelining es una tecnología estupenda. Las pruebas comparativas sintéticas muestran un aumento de la eficiencia de hasta el 40%. Es una gran parte de la historia de cómo Cardano escala para satisfacer la demanda en 2022. En 2023 veremos el amanecer de Ouroboros Leios (endosantes de entrada), que cambiará el juego. Se espera que los endosantes de entrada vayan a escalar Cardano durante la próxima media década.”
Precios escalonados
Otra iniciativa de investigación de los científicos de IOG es la implementación de precios escalonados. En el sistema actual, todas las transacciones son tratadas de la misma manera, sin la posibilidad de alterar su prioridad pagando, por ejemplo, tasas de gas más altas. Este enfoque funciona bien mientras el rendimiento de la red es comparable a la demanda de procesamiento de transacciones. Sin embargo, a medida que aumenta el uso de la red, es posible que no todas las transacciones se incluyan finalmente en la blockchain. La posibilidad de que se produzca un ataque de denegación de servicio (DoS) -aprovechando el tratamiento justo de las transacciones para hacer pasar el spam malicioso por transacciones legítimas- requiere medidas adicionales para apoyar la salud de la red.
La fijación de precios por niveles permite mantener el rendimiento del sistema de forma ágil, y es especialmente relevante para prevenir los ataques de denegación de servicio. La investigación propone mantener la previsibilidad, la equidad y la rentabilidad de las transacciones de Cardano al tiempo que se mitigan los problemas que podrían surgir de una mayor demanda de la red. El enfoque propone un novedoso mecanismo de tarifas de transacción, en el que cada bloque se divide en tres “niveles” (basados en el caso de uso). Cada nivel representa un porcentaje determinado del tamaño máximo del bloque y está diseñado para diferentes tipos de transacciones: justas, equilibradas e inmediatas. Cuando la red no está ocupada, los niveles se ajustan por defecto a la forma estándar de priorizar las transacciones.
Soluciones de escalabilidad de capa 2
Para ayudar a escalar el número de transacciones que se pueden procesar a la vez, una red de blockchain puede hacer girar un número de cadenas laterales, introducir canales de estado o aplicar un esquema de umbral de multifirma basado en la participación, por ejemplo.
Cadenas laterales
El documento “Cadenas laterales de prueba de participación” se publicó en 2019. Este documento proporciona la primera definición formal de lo que es un sistema de cadenas laterales y cómo los activos pueden moverse de forma segura entre cadenas laterales.
Los científicos de IOG presentan una definición de seguridad que aumenta las propiedades conocidas del libro mayor de transacciones de persistencia y vivacidad para que se mantengan a través de múltiples libros mayores, y las mejora con una nueva propiedad de seguridad de “cortafuegos”. Esto protege cada blockchain de sus cadenas laterales, limitando el impacto de un fallo potencialmente catastrófico de la cadena lateral. El documento también proporciona una construcción de cadena lateral que es adecuada para los sistemas de cadena lateral de prueba de participación y es coherente con el protocolo de consenso Ouroboros. Se presentan técnicas como el staking fusionado, la certificación entre cadenas y el uso de múltiples firmas para garantizar la resistencia de las cadenas laterales a los ataques maliciosos.
Como resultado de esta investigación, IOG ha desarrollado la cadena lateral Cardano EVM, que actualmente está en versión alfa en testnet. Será compatible con las herramientas y bibliotecas de Ethereum, lo que permitirá a los desarrolladores crear contratos inteligentes Solidity, DApps y tokens ERC20 en Cardano para beneficiarse de ventajas como la rentabilidad, la escalabilidad y la seguridad.
Hydra
Además de las cadenas laterales, existen otras soluciones para mejorar la escalabilidad de la red. Los canales de estado de Hydra, por ejemplo.
El documento de investigación “Hydra: Canales de Estado Rápidos Isomórficos” se publicó en 2021. En él se presenta Hydra, un canal de estado isomórfico multipartito. Los canales de estado son una atractiva solución de capa 2 para mejorar el rendimiento y la latencia de las blockchains. Hydra simplifica el desarrollo de protocolos y contratos inteligentes fuera de la cadena adoptando directamente el sistema de contratos inteligentes de la capa 1, lo que permite utilizar el mismo código tanto dentro como fuera de la cadena. Aprovechando el modelo EUTXO, la investigación sugiere cómo desarrollar un protocolo rápido fuera de la cadena para la evolución de Hydra Heads, cuyo protocolo se está implementando actualmente en Cardano.
Mithril
Por último, para lograr una mayor escalabilidad, también es importante agilizar la velocidad y la eficiencia de la sincronización de datos entre aplicaciones. Para ello, el equipo de investigación de IOG publicó el documento "Mithril: Stake-based Threshold Multisignatures’ en 2021.
La validación eficiente de la cadena es esencial para lograr una mayor escalabilidad en un entorno de blockchain. Esto también depende de varios mensajes firmados por validadores de la red. Mithril aborda la complejidad de las operaciones críticas que dependen logarítmicamente del número de estos participantes. Teniendo en cuenta el tiempo que se tarda en validar un mensaje concreto y el uso de recursos durante la fase de validación de la sincronización de la cadena, Mithril proporciona una solución que hace que la agregación de varias firmas sea rápida y eficiente sin comprometer las características de seguridad.
El documento reflexiona sobre cómo mantener una configuración de seguridad sólida en la agregación de múltiples firmas. Como resultado, Mithril puede aplicarse para un protocolo de sincronización de cadenas rápido, eficiente y seguro. Es ventajoso para la votación segura, el intercambio de datos entre cadenas laterales, y la sincronización de datos dentro de carteras ligeras. Forma parte de la fase Basho y se implementará en 2022.
La última palabra
Actualmente hay 144 trabajos alojados en la biblioteca de investigación de IOG y este número crece constantemente. Todo el trabajo tiene siempre y seguirá sentando las bases antes de que se despliegue cualquier característica o actualización en Cardano.
En los próximos meses, reflejaremos más sobre los últimos desarrollos e investigaciones que se están llevando a cabo en relación con las optimizaciones del libro mayor, las mejoras de escalabilidad y las iniciativas de gobernanza.
Traducción al español de “An analysis of the research underpinning Cardano’s scalability”, publicado por Olga Hryniuk en el blog IOG el 18 de Julio de 2022