Cómo el MIT se unió a Ethereum en la carrera por la blockchain de prueba de participación (PoS)

Según lo informado por Cointelegraph el 24 de enero, el servicio de prensa del Instituto Técnico de Massachusetts (MIT) anunció el desarrollo de una nueva criptomoneda basada en el protocolo de prueba de participación (PoS).

Ethereum —el competidor más cercano de Algorand, según las estimaciones existentes— lanzará su sistema PoS en algún momento entre el 2019 y el 2021. Las actualizaciones programadas requeridas para una transición gradual del algoritmo prueba de trabajo (PoW) a un algoritmo PoS han sido pospuestas regularmente por la Ethereum Foundation debido a las vulnerabilidades y fallas de la red en el proceso de actualización de la red.

Trilema: solo se trata de escalabilidad

El término "trilema" fue utilizado por primera vez por Vitalik Buterin cuando se refería al fenómeno cuando solo dos de los siguientes parámetros pueden lograrse al mismo tiempo dentro del marco de la cadena de bloques: seguridad, descentralización y escalabilidad. Si las dos primeras cualidades coexisten con éxito en el estado actual de la cadena de bloques, la última aún no se ha logrado.

El hecho es que el sistema de blockchain actual está diseñado de tal manera que cada nodo almacena información sobre toda la red y procesa todas las transacciones. Este mecanismo proporciona un grado máximo de seguridad pero, al mismo tiempo, reduce la escalabilidad. La cadena de bloques no puede procesar más transacciones de las que procesa un solo nodo. Es por eso que Bitcoin actualmente procesa alrededor de tres a siete transacciones por segundo (TPS), y Ethereum alrededor de siete a 15 TPS.

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Transaction Speed of Various Blockchains

La perspectiva de Ethereum sobre la escalabilidad.

Vitalik Buterin’s stance on Trilemma

Para encontrar una solución, el equipo de Ethereum ha desarrollado una hoja de ruta completa, que proporciona un marco para la transición gradual a un consenso de PoS dentro del proyecto Casper, así como las soluciones de capa uno y capa dos de Ethereum.

La capa uno está representada por fragmentación (sharding), que divide los nodos de la red global en grupos (segmentos), por lo que cada grupo de nodos tiene el mismo ancho de banda que la red Ethereum actual. Luego se conectan entre sí a través de referencias cruzadas, por lo que la red permanece unificada y recibe oportunidades de escala casi ilimitadas, dependiendo solo del número total de nodos de red con todas las funciones. El desarrollo de la capa uno incluye canales similares a la Lightning Network, como la Raiden Networky el modelo de "childchain" o cadena lateral, en la que se basa la solución de Plasma.

La complejidad de estos mecanismos, así como el hecho de que algunos de estos cambios, especialmente los ajustes de protocolos dentro de la red, requieren la coordinación entre la base de usuarios relativamente grande y los desarrolladores de Ethereum, han provocado que las fechas de lanzamiento de las diversas fases de la hoja de ruta se aplacen varias veces, y los desarrolladores reconsideren la configuración de seguridad.

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La perspectiva de Algorand sobre la escalabilidad

Silvio Micali’s stance on Trilemma

Algorand tiene la intención de adelantarse a Ethereum y lanzar un PoS puro a finales de este año. La nueva criptomoneda —llamada Vault— funcionará sobre la base de la cadena de bloques de Algorand, que se presentó inicialmente en la Conferencia de Criptografía Financiera y Seguridad de Datos el 4 de abril del 2017.

El autor de la solución es Silvio Micali, profesor del MIT y ganador del Premio Turing, quien, en 1982, junto con Shafi Goldwasser, creó el primer sistema de cifrado probabilístico de clave pública. Según Micali, el trilema es falso:

“El trilema es falso. El hecho de que más de 2000 proyectos de blockchain anteriores no puedan ser simultáneamente seguros, escalables y descentralizados no es una prueba de que sea imposible alcanzar estas tres propiedades. Algorand existe para resolver este desafío exacto y estamos avanzando los límites de blockchain por medio de avances tecnológicos como nuestro algoritmo puro de prueba de participación".

Almacenamiento de datos y ancho de banda

Los creadores de Vault y Algorand prometen a los usuarios que no tendrán que descargar la cadena de bloques completa en su computadora. Esto requiere solo una pequeña parte de la información sobre las operaciones en la red.

“Con Vault, una tecnología de compresión de blockchain, queremos asegurarnos de que Algorand evitará los costos de almacenamiento y ancho de banda asociados con otros protocolos de blockchain, que a su vez la convierten en una solución de blockchain más viable para que las empresas la adopten. Las partes más interesantes de Vault son que libera el almacenamiento local en los nodos, distribuye los costos de almacenamiento de la cadena de bloques de Algorand en diferentes partes de la red mediante la fragmentación (sin sacrificar la seguridad), y reduce el ancho de banda requerido para unirse a la red permitiendo nuevas nodos para evitar revisar cada bloque desde el primer día".

La presentación técnica del proyecto preparado por el MIT establece que el tamaño del bloque de Vault es de 10 megabytes, lo que equivale a 10.000 transacciones, y cada bloque contiene un hash del bloque anterior. A modo de comparación, para verificar las transacciones en la red de Bitcoin hoy, el usuario debe descargar 500.000 bloques con un volumen de datos total de aproximadamente 150 gigabytes. Al mismo tiempo, MIT asume que se requiere "mantener todos los saldos de las cuentas para verificar los nuevos usuarios y garantizar que tengan fondos suficientes para completar las transacciones".

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Para reducir la cantidad de datos almacenados, Vault aplica un principio especial de separación de datos. La cadena de bloques de Vault, como Bitcoin, almacena las transacciones en un árbol Merkle, pero se divide en fragmentos asignados a diferentes grupos de usuarios. Cada uno de ellos necesita almacenar transacciones solo de su hash de fragmentos y de raíz. Para la verificación de transacciones fuera del fragmento asignado, se ha desarrollado un método especial para buscar un grupo de nodos que se intersecan con todo el árbol. Por lo tanto, no es necesario verificar todos los bloques desde el principio.

Los desarrolladores de Ethereum planean escalar la red de PoS con la interacción de dos capas: sharding y Plasma, en la cual, según Buterin, será posible realizar decenas de miles de transacciones por segundo.

"Si agregas 100x de Sharding y 100x de Plasma, estos dos juntos básicamente le brindan una ganancia de escalabilidad de 10.000x".

La fundación Ethereum sugiere un modelo de cadena de bloques de PoS en el que los nodos pueden trabajar en paralelo: "cadena de fragmentos (shardchain, en inglés)".

El modelo es bastante similar al utilizado por Algorand, e implica que cada nodo tiene que llevar una pequeña parte de los datos para completar una transacción, y cada shardchain es una cadena de bloques separada que tiene cuentas, estados y transacciones separadas.

“Imagina que Ethereum se ha dividido en miles de islas. Cada isla puede hacer lo suyo. Cada una de las islas tiene sus propias características únicas y todos los que pertenecen a esa isla, es decir, las cuentas, pueden interactuar entre sí y pueden disfrutar libremente de todas sus características. Si quieren ponerse en contacto con otras islas, tendrán que usar algún tipo de protocolo".

Para lograr un amplio ancho de banda, Ethereum planea procesar parte de la transacción fuera de la cadena de bloques mediante su segunda capa, Plasma.

Plasma puede considerarse como una cadena secundaria que podría ejecutar aplicaciones completas con miles de usuarios con una interacción mínima entre esta y la cadena principal de Ethereum. Sin embargo, esta childchain también podría producir sus propias childchains, esencialmente creando numerosas cadenas de bloques ramificadas, todas las cuales están conectadas a la cadena principal. Dado que las operaciones en esas subcadenas no tendrán que replicarse en toda la red principal, podrían moverse mucho más rápido y reducir las tarifas de transacción.

A diferencia de soluciones similares de otros proyectos, por ejemplo, EOS, Algorand trabajará en un sistema de PoS puro, Micali dijo:

“El modelo de consenso de Algorand es un modelo puro de prueba de participación (PPOS) basado en un protocolo de acuerdo de Byzantine. Esto significa que la cadena de bloques se distribuye y es tolerante a las fallas sin ningún tipo de centralización y continuará funcionando mientras más de dos tercios de la moneda esté en manos honestas".

El secreto está en el uso de una función aleatoria verificable (VRF) —creada por Micali en la década de 1990— que realiza una clasificación criptográfica secreta para seleccionar los comités que ejecutan el protocolo de consenso. Esto permite que la cadena de bloques de Algorand alcance la escala y el rendimiento necesarios para procesar transacciones de millones de usuarios.

"Esencialmente, cuando se propone un nuevo bloque a la cadena de bloques, se selecciona un comité de "votantes" para "votar" en el bloque propuesto. Si más de dos tercios de los "votos" son emitidos por usuarios honestos, entonces el bloque se considera válido y se certificará. Los miembros del comité son elegidos en base al número de algoritmos que tienen. Los comités están formados por cuentas seleccionadas al azar con poder de voto que dependen de su participación en línea".

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¿Se resolverá el trilema?

A pesar de la repetida demora del lanzamiento de Constantinople —una actualización intermedia fundamental en el camino hacia PoS— Afri Johnson, un desarrollador de Ethereum, asume que Ethereum 2.0 y PoS no se retrasarán, ya que están siendo trabajados por varios equipos independientes y se pondrán en funcionamiento pronto:

“Además, es importante comprender que la Prueba de participación, la llamada 'fase 0' / la 'beacon chain', no será una tarea difícil, a diferencia de otros hitos. Veremos redes de pruebas de beacon chains muy pronto, dentro de semanas o meses. Y espero que podamos alcanzar el hito de Serenity dentro de un año, de manera optimista".

Durante una de las últimas presentaciones de Ethereum 2.0 el 31 de octubre, Buterin sugirió que su lanzamiento no está tan lejos. Anteriormente, dijo que la cadena de bloques en su estado actual está condenada hasta que PoS comience a funcionar.

“Creo que he sido bastante coherente con mi opinión de que (i) cada blockchain existente en la actualidad, incluyendo ETH y BTC, apesta, y (ii) PoS es necesario. No estoy seguro de por qué alguien se sorprendió”.

Micali se siente más confiado al establecer las fechas de lanzamiento de Algorand para el 2019.

“2019 también incluirá el lanzamiento de @Algorand y una plataforma de blockchain creíble que resuelve el Trilema. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, creo que el 2019 tendrá un campo de juego más equitativo donde las empresas y las personas participen y se beneficien de estos proyectos”.

La última versión de Vault se presentará en el Simposio de seguridad de redes y sistemas distribuidos (NDSS) a fines de febrero.