El camino de Ethereum hacia la finalización en un solo slot

El mundo de la tecnología blockchain ha crecido rapidísimo, y Ethereum se ha convertido en una de las plataformas más populares. Ethereum permite a la gente hacer transacciones y construir aplicaciones sin necesidad de un intermediario. Esto es posible gracias a un sistema que permite que múltiples partes lleguen a un acuerdo o consenso sobre cuál debería ser el estado de la blockchain. Sin embargo, uno de los principales desafíos en este proceso es cuán rápido se puede confirmar o finalizar una transacción. Aquí es donde entra en juego la finalización de un solo slot.

#¿Qué es la Finalidad?

En el contexto de las blockchains, la "finalidad" se refiere al punto en el que una transacción se considera permanente y no se puede cambiar ni deshacer. En Ethereum, el método actual para asegurar la finalidad toma un tiempo considerable, a menudo alrededor de 15 minutos. Este retraso puede frustrar a los usuarios y crear oportunidades para comportamientos maliciosos, como invalidar transacciones antes de que sean confirmadas.

#La Necesidad de una Finalidad Rápida

Tener una finalidad más rápida es esencial para mejorar la experiencia del usuario, prevenir manipulaciones de transacciones y aumentar la seguridad. El sistema actual requiere que los validadores -los que ayudan a confirmar transacciones- esperen múltiples confirmaciones antes de que un bloque se considere finalizado. Este período de espera permite la posibilidad de cambios a corto plazo en la cadena, lo que puede abrir la puerta a fraudes o censura de transacciones.

#Resumen del Sistema Actual

Ethereum actualmente se basa en un protocolo de consenso específico conocido como Gasper. Gasper integra dos componentes importantes:

1. LMD-GHOST (Latest Message Driven Greediest Heaviest Observed SubTree): Es responsable de decidir qué bloques deberían formar parte de la cadena canónica según los votos de los validadores.
2. Casper FFG (Friendly Finality Gadget): Esto trabaja sobre LMD-GHOST y proporciona la finalidad justificando y finalizando bloques.

Este protocolo dual ayuda a asegurar la red, pero tiene limitaciones que afectan la velocidad y seguridad de las transacciones.

#Desafíos con los Enfoques Actuales

A pesar de la eficacia de Gasper, hay desventajas claras:

• Tiempos de Confirmación Largos: Se requieren de 64 a 95 bloques, aproximadamente 15 minutos, para que una transacción sea finalizada. Esto es demasiado tiempo para muchas aplicaciones, especialmente aquellas que necesitan respuestas rápidas.
• Riesgo de Censura: Los validadores pueden aprovechar su poder durante el período de espera para manipular transacciones, ya sea no incluyéndolas o cambiando su orden.
• Existen Mejores Alternativas: Otros sistemas de blockchain ofrecen finalidades rápidas, a veces instantáneas, haciendo que Ethereum sea menos atractivo para los usuarios que valoran la velocidad.

#Finalidad de Un Solo Slot (SSF)

La finalidad de un solo slot es una mejora propuesta que busca permitir que las transacciones sean confirmadas en el mismo slot en que fueron propuestas. Esto significaría confirmaciones más rápidas, menos riesgo de manipulación de transacciones y mayor seguridad. Lograr SSF requeriría cambios significativos en el mecanismo de consenso existente.

#La Estructura del Estudio

Esta exploración comienza delineando los principios básicos necesarios para entender el consenso distribuido y los mecanismos que conducen a la finalidad de un solo slot. Luego se examinarán los métodos y herramientas existentes que podrían ayudar a Ethereum a alcanzar este objetivo.

#Conocimientos Previos

#Máquinas de Estado y su Rol

En la base de la tecnología blockchain se encuentra el concepto de máquinas de estado. Una máquina de estado es un modelo que describe cómo un sistema cambia de estados en función de las entradas, produciendo salidas de manera predecible. Este concepto es crucial para entender cómo deberían procesarse las transacciones en una blockchain de manera coherente.

#Tolerancia a fallos bizantinos (BFT)

La Tolerancia a Fallos Bizantinos es esencial en cualquier sistema donde los nodos necesitan acordar un estado a pesar de que algunos nodos se comporten de manera incorrecta o fallen. BFT aborda estos problemas y asegura que incluso cuando algunos nodos actúan de manera maliciosa, el sistema en su conjunto aún puede alcanzar un consenso.

#La Importancia de la Sincronía

Una red puede ser sincrónica, parcialmente sincrónica o asincrónica. En una red sincrónica, los mensajes se entregan dentro de un marco de tiempo conocido, mientras que en una red asincrónica no hay tales garantías. La mayoría de los protocolos de consenso trabajan bajo la suposición de que pueden manejar diferentes escenarios de entrega de mensajes, lo cual es importante para mantener tanto la seguridad como la vida de la red.

#Consenso de Nakamoto: El Modelo Original

Bitcoin fue la primera aplicación de blockchain e introdujo un modelo de consenso conocido como Consenso de Nakamoto. Este modelo permite a los nodos unirse y salir de la red de manera dinámica, haciéndola más resiliente a las condiciones del mundo real, como nodos fuera de línea.

#Examinando Alternativas para SSF

Varios propuestas buscan mejorar el sistema actual de Ethereum, permitiendo una finalización más rápida mientras se mantiene la seguridad:

1. Modificar la Regla de Elección de Fork: Métodos actuales como LMD-GHOST pueden ser reemplazados con nuevos mecanismos que permiten confirmaciones más rápidas.
2. Integrar Nuevas Técnicas Criptográficas: Tecnologías como firmas cuánticas podrían permitir garantías más sólidas para SSF, pero enfrentan desafíos significativos de implementación.
3. Utilizar EigenLayer: Este marco permite a los validadores ganar recompensas mientras reinstacan ETH sin cambiar el protocolo central. Ofrece una posible vía para lograr SSF al permitir a los validadores atestiguar bloques más rápido.

#Diferentes Familias de Consenso

#Familia Proponer-Votar-Fusionar

Esta familia incluye protocolos que siguen una estructura sencilla: una entidad propone un bloque, otros votan sobre él y los resultados se fusionan. Protocolos en esta categoría, como Goldfish y RLMD-GHOST, buscan proporcionar SSF asegurando que los votos estén alineados y se procesen de manera eficiente.

#Protocolos Inspirados en PBFT

Estos protocolos se basan en la idea de tolerancia a fallos bizantinos práctica. Se enfocan en lograr una finalización inmediata mientras requieren un conjunto fijo de validadores. Tendermint y HotStuff son ejemplos que han mostrado éxito en otros lugares, pero sus estructuras rígidas plantean desafíos para la naturaleza dinámica de Ethereum.

#Familia de Difusión de Orden Total/Acuerdo Gradual

Este grupo se centra en alcanzar un consenso sobre el orden de las transacciones, incluso cuando los nodos actúan de manera maliciosa. Protocolos como Momose-Ren y D’Amato-Zanolini han presentado enfoques novedosos para asegurar que las decisiones se puedan tomar de manera eficiente, permitiendo una mayor flexibilidad en la participación de nodos.

#Evaluando Soluciones Potenciales

#RLMD-GHOST como Candidato

RLMD-GHOST muestra promesas como reemplazo de LMD-GHOST con su uso innovador de la expiración de votos y la disponibilidad dinámica. Este protocolo puede ayudar a Ethereum a lograr una finalización más rápida mientras sigue siendo consciente de la asincronía.

#Mecanismo de D'Amato-Zanolini

El protocolo D'Amato-Zanolini introduce un sistema de difusión de orden total que permite un solo voto por ronda. Esta eficiencia en la votación puede llevar a confirmaciones más rápidas y un mejor rendimiento general en el marco actual de Ethereum.

#Avanzando hacia SSF

#Confirmaciones Rápidas

Reducir el tiempo que tardan los bloques en alcanzar la confirmación es clave para lograr SSF. Al implementar reglas de confirmación rápidas, los bloques pueden ser confirmados tan pronto como reciban suficiente apoyo, ayudando a acelerar todo el proceso.

#Enfoque de Finalidad Cumulativa

La finalidad acumulativa reconoce que la finalidad puede construirse con el tiempo en lugar de ser un estado binario. Un bloque puede ser confirmado por diferentes validadores en múltiples rondas, lo que fortalece su permanencia dentro de la blockchain.

#Conclusión

Esta exploración ha delineado el paisaje de los mecanismos de consenso actuales de Ethereum, el desafío de lograr una finalización más rápida y los caminos potenciales hacia la finalidad de un solo slot. Al examinar alternativas existentes, queda claro que Ethereum tiene oportunidades significativas para mejorar su rendimiento y seguridad mientras mantiene los principios básicos de descentralización que la hacen una plataforma atractiva.

La investigación y el desarrollo continuos en este área son cruciales, ya que el espacio de blockchain evoluciona rápidamente y la competencia aumenta. A medida que Ethereum trabaja para refinar sus mecanismos de consenso, la visión de la finalidad de un solo slot sigue siendo una posibilidad emocionante que podría mejorar considerablemente la experiencia de usuario y la fiabilidad de la red.

#Direcciones de Trabajo Futuro

Para avanzar hacia el objetivo de la finalidad de un solo slot, se pueden tomar varias iniciativas:

1. Probar Protocolos: La implementación y prueba en el mundo real de los mecanismos propuestos puede ayudar a identificar fortalezas y debilidades antes de realizar cambios importantes.
2. Modelado Económico: Entender los incentivos financieros para los validadores y cómo se alinean con los objetivos de la red puede ayudar a optimizar el funcionamiento de nuevos mecanismos de consenso.
3. Formalizar Acuerdos: Establecer protocolos y reglas claras sobre cómo se comportarán los validadores bajo el nuevo sistema ayudará a crear un ambiente más estable para todos los usuarios.

Al abordar estas vías, Ethereum puede acercarse a lograr un modelo de consenso efectivo que prometa transacciones más rápidas, más seguras y una mejor experiencia general para sus usuarios.