Al igual que las carreteras necesitan semáforos, y los estados modernos no funcionarían sin el estado de derecho, cada cadena de bloques que pretenda alcanzar su máximo potencial (sin congestionarse, colapsarse o ser muy costosa en transacciones e interacciones de contratos inteligentes) debe escalar. El componente esencial del escalado de blockchain, y el tema principal de esta serie, es el uso eficiente de las capas de blockchain disponibles y adicionales por encima de la capa base.

Introducción a las capas de blockchain y escalabilidad por - Mickey Maler

¿Puede el uso inteligente de las opciones de escalabilidad de blockchain (disponibles en capas específicas) proporcionar una clave que desbloquearía el trilema de escalabilidad de blockchain, que causa la incapacidad de blockchain para lograr una coexistencia armoniosa de tres características esenciales: seguridad, escalabilidad y descentralización? O, en su defecto, ¿puede al menos ayudar a aliviar los dolores tecnológicos derivados de los problemas de escalabilidad?

Si es la primera vez que lee sobre el trilema de blockchain y los problemas de escalabilidad, esta es la serie de artículos adecuada para usted. El primer capítulo de esta serie, el que está leyendo en este momento, proporcionará la información básica sobre las capas: los componentes básicos de la cadena de bloques. El segundo capítulo explicará qué es el trilema de la cadena de bloques, qué dificultades crea para los proyectos de cadena de bloques actuales y cómo una arquitectura inteligente que utiliza las capas correctamente podría desempeñar un papel importante para resolverlo definitivamente. Después de obtener los antecedentes necesarios, los siguientes capítulos analizarán más en profundidad las capas específicas y las actualizaciones de escalabilidad de la cadena de bloques y las características que podrían proporcionar para una cadena de bloques.

Así que empecemos con lo básico.

Capas. Como entusiastas de blockchain y crypto, tratas mucho con ellos.

Estos “envoltorios” tecnológicos encapsulan protocolos que actúan como bloques de construcción básicos en la tecnología de TI actual. Y lo mismo ocurre con la cadena de bloques.

Este artículo se propone brindarle una comprensión básica de los conceptos básicos de escalabilidad de blockchain y luego brinda una descripción tecnológica más amplia de los componentes básicos de blockchain. Para ello, nos basaremos en la analogía de un modelo simplificado de una ciudad.

Piense en los protocolos de blockchain como la infraestructura y las leyes de una ciudad. Los protocolos de cadena de bloques mantienen la 'ciudad' en movimiento ordenada, regulada y optimizada. Las ciudades del mundo real usan sus elementos de varias maneras:

• Dedican calles, zonas y distritos a funciones o propósitos específicos.
• Optimizan la carga en sus partes individuales distribuyendo a su gente a través de varios tipos de transporte urbano, como automóviles, autobuses, trenes y otros.

De manera muy similar, la arquitectura de un proyecto de cadena de bloques asigna ciertas tecnologías a diferentes capas.

Esta similitud también funciona con la expansión. Las ciudades modernas se expanden tanto horizontal como verticalmente para albergar a tantos ciudadanos como sea posible y agregar variedad funcional: son cada vez más anchas y altas. Entonces, el vértice de la urbanización eficiente consiste en rascacielos y bloques de pisos, que utilizan el menor espacio para albergar a la mayor cantidad de personas e instalaciones.

Al ensancharse, la ciudad puede obtener una nueva funcionalidad y también aliviar la carga de población. Esto podría demostrarse, por ejemplo, agregando una nueva parte de la ciudad dedicada a universidades y alojamiento para estudiantes, cuyo propósito es crear un área para que las personas inteligentes operen y vivan sin sobrecargar el tráfico principal de la ciudad y las capacidades de alojamiento.

Del mismo modo, las cadenas de bloques también tienden a poner algo junto a su arquitectura básica en forma de una adición a la capa básica, o al agregarle una capa adicional, para satisfacer el crecimiento exponencial de las transacciones de los usuarios o agregar nuevas capacidades, como como compatibilidad de EVM con el mundo de Bitcoin que permite que las redes basadas en Bitcoin utilicen contratos inteligentes de Solidity.

Y ahí es cuando, de manera similar a nuestra ciudad, nuestras cadenas de bloques "se hacen más anchas", lo que significa la aplicación de una cadena lateral que fortalece la capacidad de una cadena principal y toma algunas de sus cargas de rendimiento de datos, mientras comparte la misma capa ontológica, Capa 1.

Una cadena principal y una cadena lateral conectadas por un puente de cadena cruzada mientras comparten la misma capa tecnológica es un enfoque de escalabilidad que debería mejorar la capacidad de la cadena de bloques. Este enfoque no es lo único que se podría hacer para ayudar a que una cadena de bloques funcione mejor. Agregar más nodos de blockchain para mejorar la efectividad de blockchain, como la escalabilidad o el rendimiento, es otra forma. Cuando agregamos más unidades del mismo significado a un sistema con la intención de mejorar sus capacidades, estamos hablando del concepto de escalamiento horizontal.

• Un significado importante de "hacerse más ancho" puede presagiar una modificación de las reglas de la ciudad. Más ciudadanos significan más usuarios de blockchain peer-to-peer; más usuarios crean una mayor demanda de tráfico de la ciudad que podría compararse con posibilidades de transacciones de blockchain. Una mayor demanda de datos transmitidos desde el punto A al punto B puede dar lugar a la necesidad de bloques de cadena de bloques más grandes. Si bien los bloques más grandes, que pueden compararse con autopistas más anchas con carriles de conducción adicionales, pueden ayudar a procesar una mayor carga de tráfico, en una cadena de bloques, esto sería una cuestión de la cantidad de bloques extraídos que va de la mano con la capacidad de rendimiento total de transacciones de la cadena de bloques. .
  

Ser más alto, o expandirse verticalmente, simplemente significa un mejor uso de los recursos espaciales que posee la ciudad. Algo así como el uso de una "mejora de la estructura" que convierte los edificios de las grandes ciudades en dimensiones Empire State, cuyas propiedades aumentan las capacidades de la función de alojamiento de la misma área de la ciudad mediante el uso de la dimensión vertical.

Luego, el hardware, los nodos y los contenedores de la cadena de bloques que permiten que se ejecute la cadena de bloques se pueden actualizar de manera similar. Aquí, no estamos agregando computadoras adicionales para hacer lo mismo que con la escala horizontal, sino que estamos actualizando la capa de hardware actual para aumentar las capacidades del sistema. Cuando estamos actualizando los requisitos de hardware para aumentar la capacidad, estamos hablando del concepto de escalamiento vertical.

Ambos conceptos, que provienen del área de desarrollo de bases de datos, tienen sus pros y sus contras, pero su aplicación en el contexto de redes descentralizadas trae ventajas y desventajas adicionales.

• Las compensaciones de escalabilidad y la explicación general seguirán en la continuación de este artículo.

Para ilustrar el concepto antes mencionado de la manera más simple posible, permítanme citar al Sr. Jonathan R. Brandt , de una entrevista para un Cointelegraph artículo Escalado vertical y horizontal de blockchain, explicado :

“En la lucha contra el crimen, Hulk escala verticalmente y la Liga de la Justicia escala horizontalmente. En Bitcoin, un servidor de minería se puede escalar verticalmente aumentando la memoria o actualizando su GPU, y se puede escalar horizontalmente uniendo servidores”.

Aunque la analogía de los elementos de la ciudad con las capas de la cadena de bloques no es perfecta, es sorprendentemente aplicable porque la cadena de bloques y la estructura de una ciudad en realidad tienen mucho en común:

• Ambos son sistemas que crecen y evolucionan orgánicamente.
• Las calles de la ciudad, los distritos y el tráfico pueden tener sus propios niveles, que forman parte de la misma capa; de la misma manera los automóviles, autobuses y trenes forman parte del tráfico de la ciudad.
• Ambos siguen un conjunto de reglas básicas simples que determinan la forma en que se proyectan, construyen y operan.
• Ambos requieren que se construya una infraestructura encima.

Tienen otras similitudes a partir de las cuales podemos construir nuestras analogías:

• El tráfico urbano como proyecto blockchain
  • Cadena principal (L1) como la red terrestre principal con una cadena lateral como un circuito urbano de autopista alrededor de la ciudad (L1)
  • Cantidad de tráfico de la ciudad con la cantidad de bloques extraídos y la cantidad de personas transportadas con la cantidad de transacciones de blockchain.

Planificación, arquitectura y más allá

Los diseños de la ciudad base se planificaron y diseñaron originalmente solo para sus años iniciales de existencia, con algunas posibilidades de puerta trasera para una mayor expansión o desarrollo si la población crece exponencialmente durante un período corto. Después de eso, la forma en que evoluciona una ciudad se basa en gran medida en las condiciones emergentes, como las migraciones de población o las oportunidades laborales. Cualquier planificación estricta ocurre principalmente como reacción a estas condiciones.

Lo mismo ocurre con los proyectos de blockchain. Cada uno de ellos está diseñado para cumplir un propósito determinado, resolver un problema y satisfacer a la mayor cantidad de usuarios posible. Sin embargo, todo tiene sus límites, y los límites que está planeando pueden superarse repentinamente de manera significativa, por ejemplo, debido al éxito de la adopción masiva. Cuando se alcanzan o superan dichos límites, se debe aplicar una actualización o extensión de la estructura actual para evitar que el sistema se congestione con las transacciones o se bloquee.

Y para eso están las soluciones de escalabilidad de blockchain disponibles en las Capas 0 - 3.

Dos enfoques para las capas de blockchain

Hay dos perspectivas que debemos tener en cuenta al pensar en las capas de blockchain.

La primera perspectiva, más estructural, consiste en las capas de la arquitectura de la cadena de bloques, mientras que la segunda perspectiva describe las posibles soluciones de escalabilidad para una cadena de bloques creada desde el punto de vista de la jerarquía ontológica.

Perspectiva 1: La arquitectura blockchain

La primera de estas dos perspectivas ve todos los bloques de construcción de blockchain que crean la arquitectura en capas de blockchain, categorizados en cinco capas. Una breve descripción que resume estas capas, de arriba a abajo:

Capa de aplicación y presentación : capa en la que se ejecutan los contratos inteligentes y la aplicación. Permite la comunicación entre el front-end de los dispositivos de usuario y el back-end de blockchain.

Capa de consenso : esta capa ejecuta el protocolo que requiere una cierta cantidad de nodos para verificar una transacción. Por lo tanto, cada transacción es procesada por múltiples nodos que luego deben llegar al mismo resultado y acordar su validez ( Determinismo - parte 1 )Este marco:- Mantiene la naturaleza descentralizada de la cadena de bloques ya que ningún nodo tiene el control exclusivo sobre los datos transaccionales, y el rol está distribuido- Logra la unanimidad de aceptación de la verdad entre los nodos participantes- Establece un conjunto claro de acuerdos entre los nodos en la red P2P- Garantiza que ninguna parte tenga el control total sobre la red blockchain gracias a la descentralización, y donde solo se sigue la cadena más pesada o más larga.

Capa de red : también llamada capa de propagación, es la plataforma para la comunicación entre nodos en la que cada nodo debe poder descubrir otros nodos. Es un marco P2P diseñado para: permitir la prueba de la validez de los datos de transacción en el consenso del sistema. creación, adición y descubrimiento de bloques

Capa de datos : la información de las transacciones se agrupa y almacena en forma de bloques firmados y verificados. Cada bloque posterior está vinculado a los bloques anteriores, que están conectados con el primer bloque extraído, el bloque Génesis. Este proceso se repite cada vez que se agrega un nuevo bloque ( Determinismo - parte 1 )- Cada transacción se firma digitalmente con la clave privada de la billetera del remitente. Solo el remitente tiene acceso a esta clave, lo que garantiza que los datos no puedan ser accedidos ni manipulados por nadie más.

Capa de hardware : equipo y sistemas que lo mantienen en funcionamiento. Columna tecnológica que permite la conexión entre pares de miles de computadoras que solicitan los datos entre sí. La computadora en la cadena de bloques se denomina nodo, que es una pieza de hardware que ejecuta el software del cliente y verifica aleatoriamente los datos de la transacción

Visualización

La arquitectura Blockchain comienza desde su capa de hardware/infraestructura, sobre la cual construye capas adicionales. Estos, cuando se combinan, crean una columna vertebral de blockchain.

• Cada una de estas capas tiene su significado y una razón para estar separada de las demás.

Las tres capas inferiores de la arquitectura en capas crean una capa separada desde la perspectiva de la jerarquía ontológica. Esta capa combinada se llama Capa 0 (L0).

L0 es un marco de red que se ejecuta debajo de la cadena de bloques y está compuesto por protocolos, conexiones, hardware, mineros, nodos y más que forman la base del ecosistema de la cadena de bloques. Estos componentes ayudan a hacer realidad la cadena de bloques, y su tecnología permite que funcionen Bitcoin, Ethereum y otras redes de cadena de bloques.

L1 abarca los conceptos de la red base y su infraestructura subyacente. Aquí podemos encontrar un consenso, protocolos L1 y la cadena principal y la cadena lateral (si se usa) en sí.

Perspectiva 2: La jerarquía ontológica de la cadena de bloques

Este enfoque se centra en las posibles soluciones de escalabilidad para una cadena de bloques ya creada.

• La jerarquía ontológica de blockchain se tratará en la última entrega de esta serie.

Hasta ahora, hemos descrito cinco capas arquitectónicas de la cadena de bloques que constituyen los fundamentos para ejecutar una cadena de bloques. Esto nos permite dar un paso más para observar su funcionalidad. Las siguientes dos imágenes resumen un enfoque de funcionalidad general y proporcionan elementos adicionales de cada uno de los bloques a continuación:

El paso final que debemos dar en nuestra exploración de blockchain es darnos cuenta de que blockchain, con todas sus capas que acabamos de describir, se encuentra sobre los hombros de Internet. De acuerdo con el tema de este artículo, la cadena de bloques es básicamente una capa adicional de Internet.

Como vemos arriba, la Web funcional no existiría sin Internet. Las aplicaciones de cadena de bloques también necesitan Internet, pero pueden pasar por alto la Web y brindarnos, además de muchas otras cosas, otra versión de la Web más descentralizada y única. Esta versión de la Web se llama Web3 y es uno de los mayores avances de la tecnología blockchain. Puede leer sobre Web3 en el capitulo anterior de la academia .

Para decirlo en términos simples, una cadena de bloques se encuentra sobre los pilares de Internet, y es debido a las capas de Internet que una cadena de bloques tiene todo lo que necesita para conectarse a los nodos y comunicarse con los mineros, nodos y pares de la cadena de bloques.

final

Pero, ¿qué son estas capas de todos modos? Estrictamente hablando, una "capa" en un lenguaje informático es algo que se construye y ejecuta en función de los servicios proporcionados por otro protocolo más básico. Después de todo, así es como se diseñó originalmente el protocolo IP, una de las piedras angulares de Internet.

Por ejemplo, la interfaz de red que es la base de la comunicación física de Internet es la capa que admite los servicios de la capa IP. La capa IP es la base de la capa TCP y la capa TCP es la base de la capa HTTP. Entonces, dos máquinas pueden comunicarse mediante el protocolo HTTP gracias a todas las demás capas debajo de ellas.

• Referencia: Redes de Comunicación, García/Widjaja, Capítulo 2

Como nota final, uno de los elementos esenciales de la cadena de bloques es el conjunto de protocolos de Internet, comúnmente conocido como TCP/IP. Gracias a TCP/IP, la cadena de bloques puede operar en Internet, y todo lo que hace la cadena de bloques se basa en TCP/IP. Esta funcionalidad se identifica como una de las partes de la capa 0 de blockchain.

La interacción de la cadena de bloques con TCP/IP es como respirar: el servicio que proporciona TCP/IP a una cadena de bloques es como el oxígeno que ofrece nuestro planeta. Gracias a este regalo de la naturaleza, provisto para usar con la abundancia actual, se nos permite alcanzar nuestras capacidades.

Muchas cadenas de bloques podrían funcionar fuera de TCP/IP. Aún así, de manera similar a una pequeña población de humanos que viviría en Marte en un futuro cercano, sería extremadamente costoso en recursos y actualmente ineficaz. De la misma manera, los humanos que intentarán vivir en Marte con escaso oxígeno tendrán un estilo de vida más duro que en la Tierra con abundancia de oxígeno, una cadena de bloques que funcione sin TCP/IP será mucho menos eficiente.

Pensamiento final

Si imaginamos la interconexión global como la rueda que impulsa hacia adelante la civilización moderna, TCP/IP es como la rueda neumática añadida a la rueda, llevándonos de la era del telégrafo eléctrico a la era de Internet.

Ahora, la cadena de bloques promete agregar otra capa sobre el neumático, lo que mejoraría aún más la funcionalidad de la rueda. Tal vez, si las cosas van bien, podría ser como un arnés antigravedad, dando al pesado vehículo de la humanidad la oportunidad de volar hacia los cielos.

El fin

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