De acuerdo con el trilema blockchain, es necesario procesar múltiples nodos, difundir transacciones y, en última instancia, alcanzar un consenso, lo que resulta en una cadena de bloques lenta, pero garantiza su seguridad.
Bajo esta premisa, la escalabilidad se convierte en el principal desafío.
Existen dos soluciones principales de escalabilidad en la actualidad.
Escalabilidad de Layer-1
Un proyecto bien conocido es la solución EthStorage, que tiene como objetivo la escalabilidad de almacenamiento en la cadena nativa.
Escalabilidad de Layer-2
La escalabilidad de Layer-2 se centra en separar la capa de ejecución e implementar soluciones de Disponibilidad de Datos (DA). Las soluciones comunes incluyen Rollup (como Op, Arb y Scroll) y DA, como Celestia.
Al separar la capa de ejecución de Ethereum y procesar todas las transacciones en un entorno dedicado, los módulos independientes pueden aprovechar soluciones optimizadas para mejorar aún más el rendimiento.
Además, el diseño de Layer 2 de Ethereum debilita la solución al trilema de la cadena de bloques. En otras palabras, mientras escala su rendimiento, también ha logrado una seguridad equivalente a la de Ethereum en la mayor medida posible.
Los secuenciadores son vitales para la seguridad de Layer 2. Ahora, profundicemos más en los secuenciadores de Layer-2.
Acerca de los secuenciadores de Layer-2
En términos simples, un secuenciador es responsable de publicar el estado de Layer 2 a los participantes en Layer 1.
Su tarea también implica determinar el orden canónico de transacciones en Layer 2 y enviar registros.
Sus tarifas se pueden obtener cuando los usuarios pagan por transacciones de Layer-2. Cabe destacar que los secuenciadores no necesariamente existen en Layer 2, y los usuarios pueden optar por enviar datos de forma independiente.
Existen dos tipos de secuenciadores:
- Secuenciadores centralizados (el más común): únicos y centralizados.
- Secuenciadores descentralizados (el enfoque de la próxima fase): múltiples nodos y distribuidos.
Los secuenciadores tienen las siguientes tres fuentes de ingresos:
- Tarifas de gas de Layer-2: Similar a las tarifas de gas en Ethereum, todas las transacciones ejecutadas en Layer-2 requieren gas y se calculan de la misma manera.
- Tarifas de calldata/seguridad de Layer-1: Para cubrir el costo de publicar transacciones de vuelta a Ethereum, los secuenciadores o subidores por lotes en Layer-2 necesitan gas para pagar este proceso de envío. El costo compartido por cada usuario disminuye a medida que se unen más usuarios, lo que es una razón importante detrás de las tarifas de gas más bajas en Layer-2.
- Tarifas adicionales: Después de la actualización EIP-4844 de Ethereum, se introducirá por primera vez un nuevo tipo de gas. Esto enriquecerá los ajustes futuros al modelo de ingresos.
Como se mencionó anteriormente, los secuenciadores no son obligatorios en Layer-2. Una razón principal para adoptar un secuenciador en Layer-2 es mejorar la experiencia del usuario.
Específicamente, cuando se introduce un secuenciador confiable, escalable y rentable como la capa de transacción, los usuarios podrán aplicar diversas aplicaciones descentralizadas (dApps) de manera más segura, confiable y eficiente. Esto contribuye a la adopción generalizada de Web3 y puede minimizar los costos para el usuario.
Sin embargo, cabe destacar que los secuenciadores, especialmente los centralizados (a menudo operados por el propietario del proyecto), plantean riesgos de seguridad. En las siguientes secciones, nos centraremos en analizar algunos riesgos asociados con los dos tipos de secuenciadores.
Riesgos y desafíos a los que se enfrentan los secuenciadores
Problemas relacionados con secuenciadores centralizados
En la actualidad, la mayoría de las soluciones de Layer-2 dependen de secuenciadores centralizados cuyos riesgos pueden provenir de ataques externos y sus propias vulnerabilidades o comportamientos maliciosos impulsados por incentivos económicos. Los principales problemas son los siguientes.
Single Point of Failure (Punto único de fallo (SPOF))
Todas las máquinas físicas son susceptibles a fallos. Aunque la probabilidad es baja, afectará de manera extensa a la gran base de usuarios de Layer-2 una vez que ocurra.
Ataques
Cualquier host en Internet puede sufrir diversos ataques, y los secuenciadores de un solo nodo no son una excepción. Si un hacker lanza ataques de inundación u otros tipos de ataques de denegación de servicio, el secuenciador de un solo nodo se volvería inaccesible. En comparación con atacar múltiples máquinas en un secuenciador descentralizado, el costo de atacar a un secuenciador de un solo nodo es mucho mayor.
Rendimiento
Tanto los secuenciadores tipo zk como los tipo op se enfrentan inevitablemente a problemas de rendimiento.
Problemas relacionados con zk:
Complejidad computacional: Utilizar pruebas de conocimiento cero (ZK) para verificar la corrección y validez de las transacciones requiere recursos computacionales sustanciales y tiempo. Esto puede resultar en retrasos en el procesamiento de transacciones y costos computacionales elevados.
Solo podemos confiar en el desarrollo de hardware para abordar tales problemas.
Dependencia verificable: zk Rollup depende de entidades externas para la verificación de contratos. Se requiere verificación externa de contratos para validar la corrección de las pruebas de conocimiento cero. Esto implica el riesgo de ataques a contratos.
Problemas relacionados con op:
Demora e incertidumbre en transacciones: Mientras ejecutan transacciones, los rollups optimistas mantienen la suposición optimista de que todas las transacciones son válidas y no generarán disputas.
Sin embargo, si hay disputas o transacciones inválidas, el sistema completo puede requerir un retroceso y una reejecución, lo que conlleva un cierto nivel de incertidumbre y demora en el procesamiento. Durante el retraso, también existe la probabilidad de actividades maliciosas.
Débil resistencia a la censura
A diferencia de los miles de nodos distribuidos en Ethereum, los secuenciadores centralizados pueden no garantizar que las transacciones de los usuarios se incluyan eventualmente en la cadena principal. Los secuenciadores controlados por diferentes entidades pueden excluir selectivamente transacciones debido a políticas y leyes relevantes.
También existen muchos otros mecanismos utilizados para mejorar la resistencia a la censura, como la retirada forzada, canales de escape, listas de inclusión y cifrado de umbral. Sin embargo, la débil resistencia a la censura sigue siendo un problema inevitable y también un riesgo incierto en el desarrollo futuro.
Potencial de soborno
Si bien un secuenciador de un solo nodo no puede aumentar o modificar maliciosamente las transacciones normales de los usuarios, su falta de transparencia significa que el soborno puede pasar desapercibido para los usuarios.
Los resultados registrados en Layer 2 pueden no ser los mismos que los registrados simultáneamente en Layer 1. Durante el período de ventana simultánea, pueden ocurrir varios eventos inesperados.
MEV
MEV significa el valor máximo extraíble por los mineros.
Los mineros (validadores o secuenciadores) pueden beneficiarse de su capacidad para incluir, excluir o reorganizar arbitrariamente transacciones de los bloques que producen. MEV es una medida del beneficio. Los mineros deben poder priorizar transacciones para proteger las cadenas de bloques no autorizadas contra ataques de spam y DoS.
En términos simples, los empaquetadores ganan dinero al interrumpir la ejecución de transacciones pendientes.
Métodos comunes (empleados por propietarios de secuenciadores o en cooperación con terceros) incluyen:
1. Arbitraje en DEX: El precio puede variar de un exchange descentralizado (DEX) a otro. Con las transacciones atómicas de la cadena de bloques, uno puede comprar en un DEX con un precio más bajo y vender en otro con un precio más alto, logrando un arbitraje sin riesgos.
2. Liquidación de préstamos: Según el protocolo de préstamos, cuando la relación de garantía cae por debajo de un umbral predefinido, el protocolo generalmente permite a cualquier persona liquidar la garantía y reembolsar inmediatamente al prestamista. Durante la liquidación, los prestatarios a menudo deben pagar tarifas de liquidación sustanciales, parte de las cuales va al liquidador. También presenta una oportunidad para MEV. Los propietarios de secuenciadores o sus colaboradores pueden realizar liquidaciones a un costo menor y vender los activos liquidados a un precio más alto, asegurando así beneficios.
3. Front running: Cuando los frontrunners detectan una transacción rentable, envían la misma transacción con una tarifa de transacción más alta, lo que permite que su transacción enviada se incluya en el bloque antes que la transacción original. De esta manera, el frontrunner obtendrá beneficios. Front running no significa simplemente volver a enviar la misma transacción. En un sentido amplio, implica insertar una transacción antes que otra para obtener beneficios.
4. Back running: Para los exchanges descentralizados (DEX) que adoptan el mecanismo de creador de mercado automatizado (AMM), las transacciones a gran escala pueden resultar en un deslizamiento significativo. Después de que ocurren transacciones a gran escala, el mercado perderá el equilibrio. En este punto, los propietarios de secuenciadores o sus colaboradores pueden agregar transacciones para comprar activos a un precio por debajo del precio de equilibrio del mercado.
5. Operaciones de sandwich: El trading de sandwich es una combinación de Front Running y Back Running. Específicamente, los propietarios de secuenciadores o sus colaboradores pueden comprar a un precio bajo antes de una transacción a gran escala. Cuando la transacción a gran escala aumenta el precio, venden a un precio alto para asegurar beneficios sustanciales.
En el contexto de la centralización de secuenciadores, los propietarios de secuenciadores pueden manipular fácilmente la lógica para maximizar sus beneficios. Los dos primeros MEV pueden proporcionar liquidez al mercado y ayudarlo a volver rápidamente al equilibrio. Sin embargo, los dos últimos MEV maliciosos se hacen a expensas de los intereses de los usuarios.
Front running y sandwich trading pueden llevar a una mala experiencia del usuario y a pérdidas más graves. Buscadores de MEV competitivos que participan en subastas de gas causarán impactos negativos, como congestión de la red y tarifas de gas más altas.
En resumen, todas las medidas de seguridad se basan en la confianza en secuenciadores centralizados (normalmente operados por propietarios de proyectos), lo cual va en contra del espíritu de Web3.
Por lo tanto, la industria está explorando y avanzando activamente en secuenciadores compartidos para reducir la dependencia de la confianza (ver la figura a continuación).
Desafíos que enfrentan los secuenciadores compartidos
En primer lugar, veamos cómo funcionan los secuenciadores compartidos. Como componente modular de las blockchains, los secuenciadores compartidos son responsables de ordenar transacciones sin ejecutarlas.
Esto separa las tareas originales de ordenar, ejecutar y probar transacciones, formando capas de secuenciación independientes y reduciendo así el grado de acoplamiento.
Además, los nodos ya no necesitan almacenar el estado completo de todos los diferentes rollups, y se han superado algunos cuellos de botella relacionados con secuenciadores de un solo nodo.
Este proceso se describe brevemente de la siguiente manera:
1. Los usuarios envían transacciones a la capa de secuenciación.
2. La capa de secuenciación ordena las transacciones y construye bloques.
3. El bloque se envía al agregador.
4. El rollup ejecuta transacciones en el orden proporcionado por la capa de secuenciación.
5. Finalmente, el rollup envía transacciones a la capa de liquidación o la capa de Disponibilidad de Datos (DA) para confirmación final.
En esencia, la transición de un secuenciador centralizado a un secuenciador compartido descentralizado puede lograrse mediante la elección de varios rollups de usar un secuenciador común. También se deben abordar la interoperabilidad y la compatibilidad entre diferentes rollups.
Existen varios desafíos en la promoción de secuenciadores compartidos:
1. Compromiso por parte del propietario del proyecto
Si un secuenciador compartido se utiliza en múltiples cadenas Layer-2, significa que el propietario del proyecto tiene que renunciar a una gran parte de los ingresos.
Por esta razón, muchos propietarios de proyectos han sido renuentes a promover la descentralización de secuenciadores a pesar de su compromiso de hacerlo.
Frente a la feroz competencia en el ecosistema Layer-2, los propietarios de proyectos también necesitan los beneficios obtenidos de los secuenciadores para mantener sus ecosistemas de proyectos.
2. Compromiso en la experiencia del usuario
Según el triángulo imposible de la cadena de bloques, la seguridad y la descentralización mejorarán a expensas de la escalabilidad, lo que conlleva problemas como retrasos en las transacciones y menor TPS (transacciones por segundo). Esto también resulta en algunas diferencias en la experiencia del usuario en comparación con la centralización.
3. Mayor dependencia de recursos
Ya no es una industria no regulada. El desarrollo de todos los proyectos depende de la integración y coordinación de diversos recursos. Con la implementación de secuenciadores descentralizados, diferentes rollups deben integrarse.
Sin un respaldo poderoso y la capacidad de integrar recursos, puede ser desafiante para otros rollups integrarse.
El propietario del proyecto debe tener la capacidad de resolver varios problemas, como la distribución de beneficios, protocolos de interfaz unificados, consistencia de contenido y coordinación entre cadenas.
4. Desafíos en la compatibilidad de rollups
Cuando diferentes rollups están conectados con un secuenciador compartido, todos deben adaptarse a protocolos correspondientes. Sin embargo, diferentes rollups tienen diferentes protocolos, lo que presentará numerosos desafíos técnicos.
En resumen, el desarrollo de secuenciadores compartidos ha sido lento porque todas las partes interesadas aún no han alcanzado un consenso sobre problemas como intereses y objetivos de desarrollo.
Conclusión
La clave para promover secuenciadores descentralizados radica en evitar la censura de las transacciones de los usuarios, minimizar los MEV maliciosos y mejorar la actividad del ecosistema al cambiar el modelo de ingresos manteniendo la rentabilidad del proyecto.
A medida que evoluciona el ecosistema, se espera que la promoción de secuenciadores compartidos se acelere.
Esperamos un ecosistema más próspero. En este artículo, hemos discutido detalladamente algunos riesgos asociados con secuenciadores centralizados y descentralizados.
También esperamos inspirar más discusiones sobre secuenciadores y facilitar conjuntamente el desarrollo de la industria.
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