Introducción

El Trilema de la Cadena de bloques

Debido a su descentralización, inmutabilidad y transparencia, la tecnología de cadena de bloques se ha convertido en la base para la innovación en diversas industrias. Sin embargo, el conocido Trilema de la Cadena de Bloques ha desafiado consistentemente su adopción: la dificultad de lograr simultáneamente descentralización, seguridad y escalabilidad. Estos tres factores son inherentemente interdependientes, lo que hace que sea difícil para los sistemas de cadena de bloques optimizar los tres al mismo tiempo.

• La descentralización asegura que la red de cadena de bloques opera de forma independiente de cualquier entidad de control única. Sin embargo, una red altamente descentralizada puede llevar a una eficiencia de transacción reducida.
• La seguridad es esencial para proteger la red contra ataques maliciosos, pero mejorar la seguridad a menudo requiere recursos computacionales adicionales, lo que puede ralentizar el procesamiento de transacciones.
• La escalabilidad se centra en mejorar la velocidad y la capacidad de las transacciones, sin embargo, lograr esto a menudo conlleva el costo de la descentralización o la seguridad.

A medida que las aplicaciones de la cadena de bloques se expanden, encontrar un equilibrio óptimo dentro del trilema se ha convertido en un desafío clave para los desarrolladores e investigadores.

Diagrama: El trilema de la cadena de bloques (Fuente:IT Home)

Hoja de Ruta de Ethereum

El cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, se ha fijado un objetivo ambicioso para la próxima fase de escalabilidad de la red de Ethereum: superar las 100,000 transacciones por segundo. En una publicación de blog de octubre de 2024, reflexionó sobre los primeros días de la tecnología de cadena de bloques, destacando dos estrategias principales de escalabilidad delineadas en la hoja de ruta de Ethereum: Fragmentación y protocolos de Capa 2 (L2).

• El sharding reduce la carga en los nodos individuales al permitirles verificar y almacenar solo un pequeño subconjunto de transacciones, similar a como operan las redes de pares a pares como BitTorrent. Este enfoque mejora la escalabilidad de la red al distribuir eficientemente la carga de trabajo.
• Los protocolos de capa 2 se construyen sobre la red principal de Ethereum, manteniendo los datos y la computación fuera de la cadena mientras heredan las garantías de seguridad de Ethereum.

Diagrama: La Oleada - Edición del Mapa de Ruta 2023 (Fuente:Blog de Vitalik)

Se ha logrado un progreso significativo en la estrategia de escalabilidad de Ethereum a lo largo de 2024. Sin embargo, persisten varios desafíos:

• Los rollups requieren un ancho de banda de datos considerable en la cadena, lo que significa que todavía dependen en gran medida de los recursos de la red principal de Ethereum.
• Los secuenciadores centralizados en los rollups plantean riesgos de censura de transacciones y explotación del valor extraíble del minero (MEV).
• El ecosistema fragmentado de la Capa 2 obliga a los desarrolladores a enfrentar desafíos de interoperabilidad y complejidades en la toma de decisiones en Gate.io.

El blog de Vitalik enfatiza que la prioridad actual es refinar la hoja de ruta centrada en rollup mientras se asegura la resistencia y descentralización de la Capa 1 (L1) de Ethereum. En este contexto, han surgido nuevas innovaciones de escalado como Based Rollups y Preconfirmation:

• Secuenciadores compartidos: Proporcionan un servicio unificado de ordenación de transacciones para múltiples cadenas de Capa 2. Sin embargo, al ser operadores de terceros, introducen preocupaciones de confianza e incentivos.
• Rollups basados: Confían en la L1 de Ethereum para la secuenciación de transacciones, simplificando la arquitectura y fortaleciendo la descentralización. Sin embargo, la velocidad de finalización de sus transacciones sigue estando limitada por el tiempo de bloque de Ethereum.
• Preconfirmación: Ofrece confirmación preliminar de transacciones monitoreando la actividad del mempool antes de su inclusión oficial en un bloque. Esto reduce significativamente los tiempos de espera del usuario, desbloqueando nuevas posibilidades para mejorar la eficiencia y la experiencia del usuario.

El artículo de hoy profundizará en los principios técnicos de la Preconfirmación, sus casos de uso y cómo ayuda a lograr un mejor equilibrio entre la eficiencia y la descentralización en las redes de cadenas de bloques.

¿Qué es la preconfirmación?

El Concepto de Preconfirmación

La preconfirmación se puede entender como un compromiso fiable con una transacción antes de que se confirme oficialmente en la cadena de bloques. Este mecanismo proporciona una señal de confirmación temprana, reduciendo los tiempos de espera del usuario y mejorando la eficiencia de la transacción. Es particularmente útil en escenarios de alto volumen o sensibles al tiempo donde la retroalimentación rápida es crucial.

La preconfirmación es similar a situaciones del mundo real donde se da un compromiso preliminar antes de la confirmación final:

• Reservas de restaurante: Cuando reservas una mesa, el restaurante confirma tu reserva, pero la confirmación final ocurre cuando llegas. Esto es similar a la preconfirmación, una vista previa confiable de una ejecución futura.
• Órdenes de compra en línea: Cuando realizas un pedido, el estado puede mostrar "Procesando", lo que significa que el comerciante ha recibido tu solicitud y ha reservado el stock. Sin embargo, la confirmación final requiere verificación de pago y envío. Esto refleja la preconfirmación de la cadena de bloques, donde una transacción es aprobada tentativamente pero aún requiere validación final.
• Reserva de vuelo: Después de comprar un boleto, su asiento se reserva temporalmente, lo que representa una preconfirmación. La confirmación final ocurre durante el check-in. De manera similar, la preconfirmación en la Cadena de bloques proporciona un compromiso inicial con una transacción sin ser su confirmación final.

Concepto 0conf de Bitcoin

En los primeros días de la cadena de bloques, la comunidad de Bitcoin exploró un concepto similar llamado "0conf" (transacciones sin confirmación). Este enfoque permitía que las transacciones se consideraran temporalmente válidas antes de ser completamente confirmadas en la cadena de bloques.

0conf fue particularmente útil para escenarios de pagos rápidos que requieren procesamiento de transacciones inmediato. Sin embargo, debido a los riesgos de doble gasto, donde actores malintencionados podrían transmitir transacciones conflictivas, 0conf nunca se convirtió en una solución principal.

Preconfirmación basada en la cadena de Ethereum

En 2023, el investigador de cadenas de bloques Uri Klarman extendió el concepto de preconfirmación a Ethereum, introduciendo la idea de "preconfirmación basada en cadenas". La innovación clave fue que los futuros preconfirmadores heredan los registros de preconfirmación anteriores, formando una cadena de preconfirmación continua que mejora la fiabilidad de las transacciones.

Ese mismo año, el equipo de Primev avanzó aún más en la tecnología de preconfirmación al diseñar mev-commit, una plataforma destinada a coordinar el Valor Extraíble por el Minero (MEV). Al integrar un mecanismo de subasta, mev-commit hizo que la preconfirmación de transacciones fuera más eficiente y confiable.

¿Qué problemas pretende resolver la Preconfirmación?

En la tecnología de la cadena de bloques, especialmente en sistemas basados en Rollup, las ineficiencias en la confirmación de transacciones han sido durante mucho tiempo un importante punto doloroso para la experiencia del usuario. Cuando los usuarios envían transacciones en la Capa 2 (L2), la confirmación final depende de publicar datos de vuelta a la Capa 1 (L1). Este proceso introduce varios desafíos, especialmente en escenarios de trading de alta frecuencia o finanzas descentralizadas (DeFi), como:

• Retrasos en transacciones e incertidumbre en confirmación
  En los mecanismos de Rollup, la confirmación final de la transacción de un usuario requiere esperar la generación del bloque L1. Este proceso puede retrasarse debido a la congestión de la red o problemas de secuenciación de transacciones. Por ejemplo, en los Rollups Optimistas, la ventana de desafío suele durar siete días para prevenir transacciones fraudulentas, lo que provoca retrasos en los retiros y reduce la liquidez. Mientras que los ZK Rollups proporcionan una confirmación más rápida, la generación de pruebas de conocimiento cero requiere recursos computacionales significativos.

• Pérdidas en el comercio de alta frecuencia
  Los usuarios de DeFi y arbitraje confían en la inmediatez de las transacciones para aprovechar las oportunidades del mercado. Sin embargo, cuando la finalización de la transacción tarda demasiado o cuando cambia el orden de las transacciones, los usuarios pueden sufrir pérdidas financieras.

• Problemas de confianza con secuenciadores centralizados
  La mayoría de los Rollups dependen de secuenciadores centralizados para ordenar transacciones, lo que introduce riesgos potenciales como la censura de transacciones y una ejecución injusta de transacciones debido al Valor Extraíble por Minero (MEV).

La solución de preconfirmación

La preconfirmación proporciona una confirmación inicial antes de que las transacciones se registren oficialmente en la cadena, abordando los problemas mencionados anteriormente:

• Reduce el tiempo de espera del usuario: ofrece comentarios sobre el estado de la transacción en tiempo real, minimizando la incertidumbre causada por retrasos.
• Mejora la confianza del usuario - Permite a los usuarios rastrear el progreso de la transacción de manera más transparente, aumentando la confianza en la red.
• Mejora la transparencia en la secuenciación de transacciones – Se compromete con el orden de las transacciones por adelantado, mitigando las pérdidas financieras causadas por cambios en el orden.

Diferencias entre los mecanismos de preconfirmación y confirmación tradicional

Concepto Básico y Operación

• Mecanismo de Confirmación Tradicional:

  • Una transacción se envía primero al mempool, luego los mineros esperan empaquetarla en el siguiente bloque. La transacción solo se considera oficialmente confirmada una vez que el bloque se valida a través de un mecanismo de consenso (como Prueba de Trabajo (PoW) o Prueba de Participación (PoS)). Este proceso requiere esperar al menos un tiempo de generación de un bloque.

• Preconfirmación:

  • Después de que una transacción entra en el mempool, su probabilidad de ser incluida en el próximo bloque se predice en función de factores como las comisiones de gas, la prioridad y las condiciones de la red. Los usuarios pueden recibir una señal de confirmación inicial en pocos segundos, sin tener que esperar el proceso completo de generación de bloques.
  • Para mejorar la fiabilidad, los secuenciadores centralizados de Capa 2 (L2) (por ejemplo, Rollups) pueden proporcionar compromisos, o se pueden utilizar mecanismos de preconfirmación en la cadena.

Velocidad de confirmación

• Mecanismo de confirmación tradicional:
• La confirmación de la transacción requiere esperar la generación de bloques y múltiples confirmaciones.
• Una vez que una transacción se incluye en un bloque, ese bloque se convierte en parte de la cadena de bloques.
• A medida que se vinculan más bloques subsecuentes, su cantidad de confirmación aumenta, lo que hace que la transacción sea más segura.
• La congestión de red o los retrasos en el consenso pueden ralentizar el proceso.

Fiabilidad de confirmación

• Mecanismo de Confirmación Tradicional:

  • Alta fiabilidad: una vez que una transacción es confirmada múltiples veces, es prácticamente irreversible e inmutable, lo que la hace ideal para aplicaciones de alta seguridad.
  • La garantía de finalidad: la confirmación está respaldada por el mecanismo de consenso de la cadena de bloques, y una vez que una transacción alcanza un cierto número de confirmaciones, es casi imposible de revertir.

• Preconfirmación:

  • Compromiso inicial solamente: proporciona una predicción de que la transacción es 'probable' que se incluya en el próximo bloque, pero no garantiza la finalidad.
  • Riesgo de reordenación o cancelación - Si las condiciones de la red cambian o el secuenciador se comporta de manera diferente, la transacción aún podría ser eliminada o reordenada. Adecuado para escenarios de alta velocidad donde la finalidad es menos crítica.

Costos de tecnología e implementación

• Mecanismo de Confirmación Tradicional:
  • Se basa completamente en el mecanismo de consenso de la cadena de bloques.
• Preconfirmación:
  • Requiere un amplio análisis de datos de la mempool, algoritmos de ordenación de transacciones y secuenciadores de confianza.
  • Necesita mecanismos de respaldo en caso de que la preconfirmación falle.

Tabla: Comparación del mecanismo tradicional y la preconfirmación (Fuente: Elaboración propia)

Estudio de caso: Preconfirmación en Taiko

Mejorando la eficiencia y descentralización con el mecanismo de preconfirmación de Taiko

Taiko es un proyecto de Rollup ZK-EVM descentralizado construido en Ethereum. Su diseño central se enfoca en lograr una compatibilidad total con Ethereum mientras aprovecha un mecanismo de preconfirmación y un sistema de proponentes descentralizado para abordar problemas de eficiencia y equidad en las transacciones.

(Source:Sitio web oficial de Taiko)

Visión general de Taiko

• Experiencia de usuario perfecta: el EVM de Taiko es totalmente compatible con Ethereum, no requiere recompilación ni cambios en las herramientas de desarrollo. Los desarrolladores pueden utilizar contratos inteligentes y herramientas existentes de Ethereum sin modificaciones.
• Impulsado por la comunidad - Taiko es completamente de código abierto, lo que permite a la comunidad usar y modificar libremente su código, promoviendo la descentralización y la participación comunitaria.
• Enfoque de seguridad primero: como un Rollup basado en Ethereum, Taiko presenta una red permisionless y descentralizada de proponedores y probadores, heredando la seguridad y descentralización de Ethereum.
• Secuenciación basada en Ethereum - Taiko utiliza un mecanismo de secuenciación de transacciones basado en Ethereum, donde los validadores de Ethereum manejan el orden de las transacciones. Esto garantiza simplicidad mientras se mantiene la vitalidad y neutralidad minimizada de confianza de Ethereum.

Mecanismo de preconfirmación de Taiko

El mecanismo de secuenciación basada de Taiko permite a los validadores de Ethereum participar directamente en el orden de transacciones de capa 2 (L2). Los validadores pueden conectar ETH a la red Taiko utilizando el servicio de puente de Taiko para proporcionar una preconfirmación instantánea, mejorando la inmediatez de las transacciones y la experiencia del usuario, al tiempo que mantienen la descentralización y la seguridad.

Modelo de Rollup Contestable (BCR) basado en Taiko

Taiko adopta el modelo de Rollup Contestable Basado (BCR), diseñado para garantizar la equidad y transparencia a través de un sistema abierto y sin permisos:

• ✅ Totalmente sin permisos y descentralizado: Cualquier persona puede participar en el sistema Taiko sin permisos especiales, asegurando un alto grado de descentralización.
• ✅ Modelo de Proponente Competitivo: los Proponentes compiten por el Valor Extraíble Máximo (MEV) y otros incentivos económicos, al mismo tiempo que asumen la responsabilidad operativa, mejorando la eficiencia y estabilidad del sistema.
• ✅ Secuenciación integrada de Ethereum - Taiko elimina la necesidad de un secuenciador centralizado al compartir el mismo papel que los proponentes de bloques de Ethereum, confiando completamente en la infraestructura de Ethereum.
• ✅ Mecanismo de Elección de Líder - En cualquier momento dado, solo se elige a un proponente como líder, otorgándole derechos exclusivos para finalizar un bloque. Esto evita el desperdicio de recursos y conflictos.

Nota: Actualmente, Taiko utiliza SGX como prueba de Entorno de Ejecución Confiable (TEE), RiscZero y SP1 para Pruebas de Conocimiento Cero (ZKP), y Guardian (verificación de firma múltiple) por Taiko Labs. Se pueden encontrar más detalles en Documentación de Taiko.

Ejemplo: Proceso de rollup contestable basado en Taiko

Visión general del proceso:

Propuesta de bloque: Un proponente envía un nuevo bloque.

Presentación de Prueba Primaria - Un probador de primer nivel (por ejemplo, utilizando SGX TEE) presenta una prueba de validez para el bloque y proporciona un depósito TAIKO como garantía.

Período de enfriamiento y desafío (~4 horas) - Durante este tiempo, cualquier persona puede desafiar la prueba de validez enviando su propio depósito (por ejemplo, "Cindy" en el diagrama).

Verificación avanzada de la prueba: Un probador de nivel superior (por ejemplo, utilizando ZKPs de RiscZero o Succinct) verifica la corrección de la prueba principal.

Resultados & Incentivos:

• Si la prueba primaria es correcta → El probador primario recupera su depósito y gana una recompensa, mientras que el desafiante pierde su depósito.
• Si la prueba primaria es incorrecta → El retador recupera su depósito y gana una recompensa, mientras que el probador primario pierde su depósito.

Este mecanismo de prueba de múltiples capas garantiza que cualquiera pueda desafiar pruebas en diferentes niveles, mejorando la seguridad y la descentralización del sistema.

Diagrama: Ejemplo del Proceso de Rollup Contestable de Taiko (Fuente:Documentación de Taiko's Contestable Rollup)

Conclusión

La tecnología de preconfirmación está surgiendo como una solución clave para mejorar la eficiencia de las transacciones de cadena de bloques y la experiencia del usuario. Si bien los mecanismos tradicionales de confirmación de transacciones proporcionan alta seguridad y confiabilidad, sufren de largos retrasos y baja eficiencia, lo que los hace inadecuados para el trading de alta frecuencia y aplicaciones en tiempo real como los pagos. La preconfirmación, con su enfoque de retroalimentación rápida y compromiso preliminar, ayuda a mitigar estas limitaciones, ofreciendo a los usuarios una experiencia de transacción más inmediata y transparente.

Por ejemplo, el proyecto Taiko integra un modelo competitivo de Rollup para equilibrar la descentralización y la eficiencia. Además, la estructura de prueba multicapa de Taiko y el mecanismo de elección de líderes garantizan la equidad y la seguridad a través de incentivos económicos y una competencia transparente, sirviendo como una valiosa referencia para futuros diseños de escalabilidad de blockchain.

Sin embargo, la preconfirmación no es una solución perfecta. La fiabilidad de las confirmaciones iniciales y el riesgo de revocación de transacciones aún requieren más optimizaciones técnicas y mecanismos de contingencia. Es necesaria una innovación continua para mejorar las experiencias de transacción al tiempo que se aborda el trilema de la cadena de bloques de descentralización, seguridad y escalabilidad.

Más allá de la mera innovación técnica, la preconfirmación es una herramienta de construcción de confianza que puede acelerar la adopción de la cadena de bloques. A medida que la tecnología de preconfirmación se expande más allá del trading de alta frecuencia hacia los pagos cotidianos, la cadena de bloques se integrará más en la vida diaria, ayudando a realizar la visión de la inclusión financiera global.