Primer paso de la modularidad de Ethereum: Introducción básica a Proto-danksharding y su funcionamiento

Ethereum está dando un paso importante hacia la escalabilidad. Con la finalización de la fusión y la actualización de Shanghái, Ethereum ha logrado pasar de un protocolo de prueba de trabajo a un protocolo de consenso de prueba de participación. El próximo gran proyecto en la hoja de ruta es el EIP-4844, es decir, "proto-danksharding".

Este cambio de código tiene como objetivo mejorar la escalabilidad de los rollups basados en Ethereum. Introduce un nuevo tipo de transacción llamado blob, que aumenta los requisitos de datos y almacenamiento de los bloques de Ethereum, y crea un nuevo mercado de tarifas que separa la tarificación de los blobs de las transacciones regulares.

Rollup es un protocolo que depende de la cadena de bloques de Layer 2 ( como Ethereum ) para la disponibilidad de datos ( DA ). Los rollup basados en contratos inteligentes no solo dependen de la DA de Ethereum, sino que también dependen de este para la liquidación de transacciones ( y la verificación ). Estos rollup leen datos específicamente de capas de DA como Ethereum y ejecutan transacciones efectivas y código de contratos inteligentes.

Normalmente, el costo de publicar grandes cantidades de datos en Ethereum es alto, en parte porque la red almacena los datos como parte del historial de transacciones en el campo "CALLDATA". EIP-4844 creará un espacio de datos adicional de 512 kB o 768 kB por bloque para el uso de rollup. Es importante señalar que los datos publicados en este espacio solo se almacenarán durante aproximadamente tres semanas.

Debido a que los datos verificados a través de transacciones blob son efímeros, y dado que el mercado de tarifas independientes para la fijación de precios de blob está separado de otros tipos de transacciones, teóricamente, el costo de publicar datos en Ethereum mediante rollup se reducirá considerablemente. Con el tiempo, los desarrolladores planean introducir técnicas de muestreo de datos, de modo que los datos blob no necesiten descargarse completamente para ser verificados por los nodos completos de Ethereum, reduciendo aún más el costo de rollup.

El proto-danksharding es el preludio y "prototipo" del danksharding completo, que permitirá a los nodos de Ethereum descargar fragmentos de datos blob para determinar la disponibilidad del blob completo. Este artículo explora en profundidad los detalles de cómo funciona el EIP-4844, las limitaciones del proto-danksharding, el plan de evolución hacia el danksharding completo y los beneficios directos para los usuarios finales y desarrolladores de dapp.

Teniendo en cuenta que el enfoque principal de danksharding completo es apoyar el ecosistema de rollups de Capa 2 y escalar Ethereum a través de la modularidad, los cambios de código implementados en la próxima actualización de Ethereum se convertirán en un importante campo de prueba para la aplicación a gran escala de la teoría de blockchain modular en una de las mayores blockchains públicas del mundo.

Fondo

EIP-4844 se considera una actualización de escalabilidad para Ethereum. Sin embargo, es importante tener en cuenta que este cambio de código no ha aumentado ni mejorado sustancialmente la capacidad de transacción de Ethereum en sí. El proto-danksharding reduce el costo de publicar grandes cantidades de datos en Ethereum, lo que a su vez disminuye los costos operativos de los rollups. EIP-4844 se considera que mejora la escalabilidad de Ethereum porque hace que las redes de Layer 2 basadas en Ethereum sean más rentables, pero este cambio de código no ha mejorado la escalabilidad de Ethereum como una blockchain general para ejecutar transacciones y contratos inteligentes.

En los últimos cuatro años, la actividad de transacciones de rollups de Ethereum como Arbitrum, Optimism, StarkNet, zkSync y Polygon zkEVM ha estado en aumento. L2Beat.com estima que el volumen total de transacciones por segundo de todas las redes de Layer 2 es (TPS), que es 3.8 veces el TPS diario promedio de Ethereum.

Según los datos proporcionados por Blockworks Research a través de Dune Analytics, los rollups han ahorrado más del 99% de los costos de gas para los usuarios finales y desarrolladores de dapp en comparación con el costo de desplegar código y realizar transacciones directamente en Ethereum.

Hasta el 13 de junio de 2023, el costo de enviar transacciones en los dos rollups de Ethereum más populares, Optimism y Arbitrum, es de alrededor de 0.03 a 0.05 dólares. Sin embargo, durante períodos de alta actividad en la cadena y congestión de la red, estos costos a veces pueden dispararse a más de 1 dólar.

EIP-4844 tiene como objetivo reducir los costos de rollup mediante la introducción de un nuevo tipo de transacción, que es un objeto binario grande (blob). A continuación se presenta una descripción paso a paso del ciclo de vida de las transacciones blob definidas por EIP-4844:

1. El usuario genera una transacción blob y la envía a la mempool de Ethereum.
2. Los validadores seleccionan las transacciones blob del mempool y las empaquetan en un bloque.
3. Los validadores propagan el bloque a otros nodos en la red.
4. Otros nodos validan el bloque, incluyendo las transacciones blob en él.
5. Una vez que el bloque se confirma, los datos blob se almacenan en la cadena de referencia durante aproximadamente 3 semanas.
6. Después de 3 semanas, los datos blob se eliminan de los nodos, pero su compromiso sigue conservándose en la cadena.

EIP-4844 no afectará cómo se incluyen las transacciones regulares en el mempool de Ethereum y en los bloques, ni afectará el mercado de tarifas que determina el precio del espacio en bloque de Ethereum. Sin embargo, EIP-4844 sí aumenta los requisitos de almacenamiento de los bloques de Ether. El espacio de datos adicional se utiliza específicamente para adjuntar transacciones blob a los bloques.

Blob es como un sidecar, que se puede adjuntar a un bloque de Ethereum sin afectar o ocupar el espacio de bloque existente para procesar transacciones regulares. El espacio de bloque de Blob se subastará según su propio mercado de tarifas, imitando el diseño del mercado de tarifas de EIP-1559. Inicialmente, el costo de las transacciones de blob es casi cero. Después, por cada bloque confirmado, si más de la mitad del espacio de bloque de blob ( al menos 256kB ) se utiliza, el costo de las transacciones de blob aumentará un 12.5%. Para cada bloque donde el espacio de bloque de blob no se utilice adecuadamente, es decir, si el espacio de bloque de blob está lleno en menos del 50%, el costo del blob disminuirá un 12.5%.

Las transacciones de blob no se almacenarán indefinidamente en Ethereum, sino que se almacenarán en la capa de consenso de Ethereum (CL), es decir, en la cadena de balizas, y se eliminarán de los nodos CL después de tres semanas. El proto-danksharding permitirá que cada bloque tenga hasta 4 blobs, cada uno de los cuales puede contener hasta 128 kB de datos adicionales. El límite máximo de espacio de blob de 512 kB por bloque puede cambiar según las pruebas en curso de EIP-4844. Los desarrolladores están discutiendo activamente la posibilidad de aumentar este límite de 4 blobs a 6.

Cada blob es una oportunidad para que un único ordenante de rollup publique un lote de transacciones en Ethereum. Ethereum genera aproximadamente 7094 bloques al día, y tras la EIP-4844, suponiendo un límite de 4 blobs por bloque, se pueden procesar un máximo de 28376 blobs al día. ( Este es el valor máximo teórico, que en la práctica puede que nunca se alcance debido a la variabilidad dinámica de las tarifas de blob. Procesar continuamente la cantidad máxima de blobs de cada bloque es muy costoso para el ordenante. )

En los últimos 6 meses, el validador ( que opera en Optimism es el segundo rollup de Ethereum más popular en términos de actividad de transacciones, enviando aproximadamente 3126 lotes de transacciones a Ethereum cada día.

El volumen de transacciones confirmadas de Arbitrum es aproximadamente el doble que el de Optimism, y al igual que Optimism, depende de los ordenadores para publicar datos en Ethereum a través de CALLDATA para completar las transacciones. Otros ejemplos de rollups populares en Ethereum incluyen, entre otros, Polygon zkEVM, zkSync y StarkNet. En Optimism, más del 90% de las tarifas provienen de las tarifas de CALLDATA de Layer 1.

Introducir un espacio de almacenamiento de datos especializado, sin importar cuán pequeño sea al principio, es para reducir el costo de usar Ethereum como la capa de DA para todos los rollups basados en Ethereum. Se estima que, a partir de la activación del EIP-4844, los desarrolladores de rollups esperan que las tarifas de rollup se reduzcan entre un 100% y un 900%. Sin embargo, estas estimaciones pueden cambiar según el aumento en la adopción y actividad de los rollups en los meses previos y posteriores a la activación del proto-danksharding.

El costo de las transacciones de blobs, aunque al principio puede ser más barato que las transacciones normales con la activación de EIP-4844, podría aumentar rápidamente si aumenta el número de rollups basados en Ethereum. Además, aunque cada blob está diseñado para ofrecer a un único ordenante la oportunidad de publicar hasta 128 kB de datos, los ordenantes de rollup tienen la posibilidad de coordinarse para que un solo blob contenga datos de múltiples rollups. Los desarrolladores de Ethereum se han dado cuenta de que, dado que hay un número limitado de blobs por bloque y que un solo lote de transacciones puede no aprovechar completamente el espacio de datos de 128 kB de cada transacción de blob, podría surgir un mercado secundario para la fijación de precios de blobs. Aunque prevenir la aparición de un mercado secundario fuera de la cadena es una prioridad, no es introducir una complejidad de protocolo de nivel superior para prevenir esta posibilidad. Actualmente, los desarrolladores están adoptando un enfoque de "esperar y observar" al introducir blobs a través de EIP-4844 y planean optimizar EIP-4844 en el futuro.

Proto-danksharding ha sentado las bases para la introducción de tecnologías más avanzadas, con el fin de reducir aún más los costos de blob sin aumentar la carga computacional de los nodos. Lo que se denomina danksharding completo, la idea completa de los blobs es aumentar el número máximo de blobs por bloque de 4 a 64.

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Danksharding completo

4 blobs aumentan el tamaño del bloque de Ethereum en 512 kB. 6 blobs aumentarán el tamaño del bloque de Ethereum en 768 kB adicionales. Como se mencionó anteriormente, el espacio de bloque adicional se utiliza estrictamente para transacciones de blobs y no almacena datos de manera permanente como el espacio de bloque normal. La visión completa de EIP-4844 es introducir hasta 64 blobs en Ethereum y hacerlo sin aumentar significativamente la carga computacional de verificación de bloques en los nodos. Para lograr el danksharding completo, Ethereum necesita implementar dos tecnologías: muestreo de disponibilidad de datos )DAS( y codificación de borrado.

) muestreo de disponibilidad de datos ### DAS (

En el contexto de la verificación de transacciones de Layer 2 rollup, el objetivo de DAS es garantizar que todos los fragmentos de datos agrupados por el ordenante se hayan publicado en la cadena. Los nodos completos son seleccionados al azar, descargan un bloque de datos de un blob y generan una prueba de disponibilidad de datos. Cuantas más veces un nodo completo muestree los datos, mayor será la determinación de que todos los datos han sido proporcionados por el ordenante sin retener datos importantes. Para los nodos, el proceso de muestreo de datos es menos intensivo computacionalmente que descargar todo el blob de datos, pero teóricamente proporciona la misma garantía de disponibilidad de datos. Al igual que con el proto-danksharding, el muestreo de datos de blob bajo el danksharding completo garantizará que las transacciones del ordenante hayan sido verificadas y publicadas en la cadena, para que cualquier usuario o interesado en la red pueda evaluarlas. Luego, los usuarios y los interesados tienen un período de tiempo para revisar estas transacciones, confirmar que se han completado de manera definitiva en una capa de DA como Ethereum, y construir nuevos lotes de transacciones basados en el lote anterior.

A través de DAS, los desarrolladores de Ethereum tienen confianza en aumentar la cantidad y el volumen de blobs publicados en Ethereum sin aumentar la carga computacional de los nodos. Además, los desarrolladores planean en futuras actualizaciones implementar sugerencias como el vencimiento histórico para reducir aún más la carga computacional de los nodos. En palabras del investigador de Ethereum, Dankrad Feist, con el tiempo, Ethereum se convertirá en un "tablón de anuncios público en lugar de un sistema de archivo", trasladando la responsabilidad de mantener copias completas del historial de transacciones a los interesados de la red que usan estos datos con frecuencia, como Layer 2 rollup y empresas de infraestructura blockchain como Infura, Alchemy y Blockdaemon. Aunque EIP-4844 introdujo blobs, este es un ejemplo temprano de cómo todas las transacciones podrían algún día convertirse en almacenamiento temporal en Ethereum.

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) Borrar codificación

La codificación de borrado ha mejorado la capacidad de muestreo de datos. Si un ordenante malicioso retiene unos pocos bloques de datos, en cualquier lugar entre el 1% y el 49% de los datos de blob, el muestreo de transacciones puede llevar a que ciertos muestreos demuestren probabilísticamente que fueron devueltos como correctos desde el principio, en lugar de incorrectos. La codificación de borrado asegura que si al menos la mitad del blob es verificada, el resto del blob puede ser reconstruido. Esta técnica solo es efectiva cuando los datos se representan como un polinomio, es decir, una expresión de dos o más términos algebraicos. La forma más común de codificación de borrado se basa en el código de Reed-Solomon###RS(, que es una fórmula matemática avanzada que puede resolver los datos faltantes a partir de suficientes fragmentos de datos conocidos. Intuitivamente, confiar únicamente en el muestreo puede no garantizar de manera efectiva la disponibilidad de grandes volúmenes de datos, especialmente bajo la suposición de que un ordenante malicioso ha retenido un único dato de un blob. La codificación de borrado introduce redundancia de datos para los blobs, de modo que un ordenante malicioso necesariamente necesitaría retener una porción significativa de los datos del blob para poder retener cualquier cantidad de datos.

La combinación de DAS y la codificación de borrado es la base de la tecnología de danksharding completa. Estas tecnologías también son las que están detrás de ciertas capas de DA, como Polygon Avail y Celestia. En muchos aspectos, la visión que apoya la computación modular en blockchain se está logrando a través de otros