El consenso a nivel de transacción, la fragmentación de estado dinámico y la escalabilidad lineal de Shardeum garantizarán que la red logre no solo una ejecución de transacciones paralela sino también atómica y entre fragmentos.

¿Qué es la componibilidad en Blockchain?

Nota: Tenemos un blog separado dedicado a discutir qué es la componibilidad, especialmente desde la perspectiva de blockchain. Sin embargo, resumámoslo aquí para que le resulte más fácil comprender y conectar los diversos puntos de discusión que cubriremos en este blog sobre la importancia de la componibilidad atómica y entre fragmentos en las redes públicas de blockchain.

La componibilidad es un concepto poderoso en blockchain que permite a los desarrolladores combinar e integrar contratos inteligentes, aplicaciones descentralizadas (dapps) y redes dispares para crear sistemas innovadores y complejos. Esto fomenta un rápido desarrollo, ya que los componentes básicos existentes se pueden reutilizar, lo que reduce el tiempo y el esfuerzo.

Fuente: ¿Cómo funciona la componibilidad?

Si bien esta propuesta parece ser una bendición para las plataformas de contratos inteligentes, su éxito depende en gran medida de la solidez de la capa de protocolo subyacente de la plataforma en términos de seguridad, escalabilidad, comunicaciones, almacenamiento y DX. Si bien la componibilidad analiza cómo funciona un sistema desde adentro y cómo se pueden reorganizar sus partes para crear nuevas funciones, su éxito también depende de varios factores externos para fortalecer su usabilidad, como auditorías de seguridad y pruebas exhaustivas. Básicamente, esto hace que la "componibilidad" sea una característica que determina el éxito o el fracaso de una plataforma blockchain.

¿Qué es la atomicidad en Blockchain?

La atomicidad y la componibilidad atómica están estrechamente relacionadas. La atomicidad se refiere a la naturaleza indivisible o de todo o nada de una transacción u operación. En otras palabras, esto significa que una transacción se ejecuta completamente o no se ejecuta en absoluto, sin ningún estado parcial o intermedio. Si alguna parte de una transacción falla o experimenta un error, se revertirá o revertirá toda la transacción para garantizar que el sistema permanezca en un estado consistente. Verá la atomicidad como parte del concepto ACID (Atomicidad, Consistencia, Aislamiento, Durabilidad) en informática y ciencia de datos.

Fuente: erainnovator.com/acid-properties-in-dbms/

¿Qué es la componibilidad atómica en Blockchain?

La componibilidad atómica se refiere a la capacidad de combinar y ejecutar múltiples operaciones o transacciones en sistemas de bases de datos distribuidas, como cadenas de bloques y DAG, de manera que todas tengan éxito o fracasen juntas, generalmente dentro de los límites de un único fragmento o cadena de bloques. Esto extiende el concepto de atomicidad a la componibilidad de operaciones en el contexto de blockchain.

De manera similar a cómo las redes blockchain utilizan mecanismos de consenso para establecer acuerdos con respecto a la validez y el orden de las transacciones, las blockchains utilizan mecanismos especializados como protocolos de mensajería, coordinadores y enrutamiento para mantener la componibilidad en estas redes. Este es un detalle a nivel técnico del que aprenderemos más en la siguiente sección. Sin embargo, a nivel funcional, se debe enfatizar que las cadenas de bloques pueden garantizar la componibilidad atómica solo si tienen un diseño/implementación perfecto de mecanismos de consenso, contratos inteligentes, escalabilidad, verificación de transacciones y mecanismos de reversión. En otras palabras, deben tener fundamentos sólidos en forma de protocolos y capas de aplicación.

Fuente | ¿Qué es la componibilidad atómica y cómo funciona?

Como se mencionó anteriormente, la componibilidad atómica generalmente se logra dentro de una única partición, clúster o cadena de bloques. Sin embargo, garantizar la componibilidad atómica se vuelve más complejo cuando se trata de múltiples particiones y estados, como en la fragmentación de redes.

La fragmentación es una forma de aumentar la escalabilidad de los sistemas distribuidos, como blockchain, dividiendo los datos en fragmentos más pequeños y más fáciles de administrar llamados fragmentos. La fragmentación no necesariamente perjudica la componibilidad, pero tiene el potencial de limitar la capacidad de diferentes partes del sistema para comunicarse e interactuar entre sí. La fragmentación introduce complejidad en la arquitectura y la implementación de la red y, a menudo, requiere mecanismos para la comunicación y la componibilidad entre fragmentos. La fragmentación también puede dar como resultado una distribución desigual de datos y transacciones entre fragmentos debido a la falta de un diseño y pruebas óptimos o, en otras palabras, una capa de protocolo sólida. Antes de comprender cómo se puede lograr la componibilidad entre fragmentos, echemos un vistazo rápido a lo que significa la fragmentación cruzada en sí.

Composibilidad entre fragmentos en sistemas Blockchain

Fuente | ¿Qué es la componibilidad entre fragmentos? La importancia de la componibilidad entre fragmentos

En la tecnología blockchain, la fragmentación es una forma de dividir una red en partes más pequeñas y manejables llamadas fragmentos. Cada fragmento contiene una parte del total de datos y transacciones de la red, lo que permite un procesamiento más eficiente y un mayor rendimiento. Al dividir la red de esta manera, los nodos solo necesitan procesar datos en sus fragmentos asignados, lo que reduce la carga computacional y mejora el rendimiento general.

La componibilidad entre fragmentos se refiere a la capacidad de diferentes fragmentos en una red blockchain para interactuar sin problemas. Dado que cada fragmento funciona de forma independiente, la componibilidad entre fragmentos requiere la implementación de protocolos y mecanismos, como sistemas de cuentas universales, protocolos de mensajería o la implementación de cadenas laterales o puentes para conectar diferentes fragmentos. Esto permitirá mover datos y activos entre fragmentos, así como mantener un estado consistente en todos los fragmentos. Al permitir la componibilidad entre fragmentos, las redes blockchain pueden procesar más transacciones y lograr un mayor rendimiento sin sacrificar la seguridad o la descentralización.

Consideraciones clave para lograr la componibilidad entre fragmentos en redes Blockchain

Transacciones entre fragmentos

Una transacción entre fragmentos es una transacción única que involucra múltiples fragmentos en una red blockchain. Estas transacciones son fundamentales para lograr escalabilidad y permitir contratos inteligentes más complejos. Las transacciones entre fragmentos requieren mecanismos para garantizar la atomicidad, la coherencia, el aislamiento y la durabilidad (ACID) entre fragmentos.

La necesidad de componibilidad

La componibilidad es fundamental para permitir la componibilidad entre fragmentos y garantizar interacciones fluidas entre contratos inteligentes y transacciones entre diferentes fragmentos. Sin componibilidad, las redes blockchain se limitarán a operar dentro de sus fragmentos, lo que reducirá su utilidad y adopción.

Protocolo de confirmación de dos fases para transacciones entre fragmentos

El Protocolo de compromiso de dos fases es un mecanismo para garantizar la atomicidad en las transacciones entre fragmentos. Este protocolo implica que un coordinador inicie una transacción y se comunique con todos los fragmentos involucrados para garantizar que estén listos para comprometerse. Si todos los fragmentos están de acuerdo, se confirma la transacción; de lo contrario, la transacción será cancelada.

Enrutar transacciones entre fragmentos

El enrutamiento es un mecanismo que se utiliza para dirigir las transacciones entre fragmentos al fragmento apropiado. Esto implica identificar los fragmentos involucrados en la transacción y determinar la ruta óptima para ejecutar la transacción. Esto se logra a través de tablas de enrutamiento y protocolos de mensajería que permiten la comunicación de capacidad de composición entre fragmentos.

Coordinador en Composabilidad Cross Shard

El coordinador gestiona las transacciones entre fragmentos y garantiza su atomicidad, coherencia, aislamiento y durabilidad. Facilitan la comunicación entre los fragmentos involucrados en una transacción y son fundamentales para lograr la componibilidad entre fragmentos. El coordinador inicia una transacción entre fragmentos, se comunica con todos los fragmentos involucrados para asegurarse de que estén listos para comprometerse y realiza un protocolo de confirmación de dos fases para garantizar la atomicidad. Los coordinadores también mantienen información de estado sobre las transacciones y se comunican con otros coordinadores si las transacciones abarcan múltiples redes blockchain.

Tenga en cuenta que los coordinadores también pueden introducir la centralización en la red blockchain, lo que reduce la seguridad y la descentralización. También requieren recursos informáticos adicionales y pueden introducir latencia en el procesamiento de transacciones. Además, puede surgir un único punto de falla si el coordinador falla o se ve comprometido.

Garantizar la componibilidad entre fragmentos

Para garantizar o permitir la componibilidad entre fragmentos en una red blockchain, es esencial crear protocolos y mecanismos para la comunicación y transferencia de activos entre diferentes fragmentos. Esto implica implementar mecanismos de enrutamiento para dirigir las transacciones a los fragmentos apropiados y crear un sistema de cuentas universal al que puedan acceder todos los fragmentos.

Además, requiere el uso de protocolos de mensajería, como la comunicación entre fragmentos (ISC), para permitir la comunicación entre fragmentos. Mantener un estado coherente también es importante para garantizar la coherencia entre todos los fragmentos involucrados.

Gestión de metadatos en transacciones entre fragmentos

En las transacciones entre fragmentos, los metadatos se refieren a información relacionada con la transacción pero no incluida en la carga útil. Los metadatos pueden incluir el estado de la transacción, información de enrutamiento y otros datos necesarios para garantizar la atomicidad, la coherencia, el aislamiento y la durabilidad en las transacciones entre fragmentos.

La gestión de metadatos implica el diseño de protocolos y mecanismos para almacenar, acceder y actualizar metadatos en todos los fragmentos. Esto incluye implementar un sistema de almacenamiento de metadatos que sea accesible para todos los fragmentos involucrados, establecer estándares y formatos de metadatos y garantizar que los metadatos estén protegidos y asegurados para evitar el acceso o la manipulación no autorizados.

Shardeum logra la ejecución de transacciones paralelas con capacidad de composición atómica y entre fragmentos

Acerca de Shardeum

Shardeum es una red blockchain de capa 1 con una plataforma de contrato inteligente basada en EVM que escala linealmente para mantener costos de transacción permanentemente bajos, junto con descentralización y alta seguridad. Las transacciones se clasifican por tiempo en Shardeum (por orden de llegada) para mantener la coherencia cronológica. La verificación y el consenso de las transacciones se realizan individualmente, es decir, se realiza a nivel de transacción, no a nivel de bloque como se ve en las redes blockchain típicas. Shardeum utiliza un mecanismo de consenso único/combinado — Prueba de quórum y Prueba de participación.

Si bien sabemos cómo funciona la Prueba de participación en general, la Prueba de quórum le permite a Shardeum generar un recibo que indica que la mayoría del grupo de consenso ha votado por una transacción en particular. Cada nodo del grupo de consenso firma el hash de la transacción y lo pasa a otros nodos del grupo de consenso. Los nodos recopilan estos votos y, cuando el número de votos es superior al 50%, estos votos forman un recibo que puede demostrar el consenso sobre la transacción. En particular, el algoritmo de consenso de Shardeum también desempeña un papel clave en la asignación aleatoria de "ID de nodo" a los nodos validadores antes de que se unan a la red. Con la ayuda de los ID de nodo, la red rotará automáticamente los validadores y los nodos en espera (nodos que están esperando su turno para rotar automáticamente en la red como validadores activos) para dificultar que los actores malintencionados tomen el control en un punto determinado. a tiempo.

De este modo, las transacciones procesadas se agrupan y se reenvían a nodos de archivo en la red que son responsables de almacenar datos históricos (los nodos validadores solo almacenarán el estado de las cuentas involucradas en los fragmentos, lo que permitirá a los usuarios comunes operar nodos en Shardeum). Y, a través de la fragmentación de estado dinámica, Shardeum implementa un enfoque de fragmentación tridimensional al dividir el estado, la red y la transacción además del escalado automático dinámico para aumentar o disminuir la capacidad de la red en relación con el tráfico en la red.

A cada nodo de la red se le asignará un espacio de cuenta dinámico en múltiples fragmentos con un grado suficiente de superposición entre los rangos de direcciones. Esto permite el procesamiento paralelo de transacciones mientras se mantiene la componibilidad atómica y entre fragmentos. El escalado automático permitirá a Shardeum utilizar los recursos de manera eficiente y responder dinámicamente a los cambios en la demanda, lo que dará como resultado una finalidad inmediata y una baja latencia, manteniendo al mismo tiempo bajos costos de transacción para siempre. Además, los desarrolladores pueden implementar e interactuar con contratos de Solidity o Vyper en Shardeum sin consideraciones especiales para la fragmentación, ya que los contratos se implementan automáticamente en fragmentos únicos mientras se mantiene la componibilidad atómica en todos los fragmentos.

¿Cómo logra Shardeum la componibilidad atómica y entre fragmentos?

Si bien podemos investigar y beneficiarnos de una mayor innovación y desarrollo de la red una vez que se publique el documento técnico y los protocolos de código abierto se implementen antes de la red principal en el tercer o cuarto trimestre de 2023, veamos cómo Shardeum puede mantener altos niveles de componibilidad atómica y entre fragmentos basados ​​en lo que hemos comentado anteriormente.

  • Shardeum ordena y procesa transacciones basadas en el tiempo de forma individual

  • El mecanismo de consenso de Shardeum implica nodos rotados y sin líder

  • El consenso se realiza a nivel de transacción (y no a nivel de bloque)

  • Los validadores de la red reciben espacio de cuenta dinámico en varios fragmentos. Aunque la fragmentación de estado dinámico requiere que cada nodo almacene un rango de direcciones diferente, habrá una superposición significativa entre las direcciones cubiertas por nodos con suficiente redundancia de al menos 128 validadores.

  • Debido a que las transacciones se procesan individualmente, las transacciones que afectan a varios fragmentos no tienen riesgo de ser confirmadas en un fragmento, pero canceladas en otro.

  • El consenso a nivel de transacción permite además que las transacciones que afectan a múltiples fragmentos sean procesadas simultáneamente por estos fragmentos, lo que no solo reduce el tiempo para procesar transacciones incluso si afectan a múltiples fragmentos, sino que también garantiza un procesamiento atómico con muy baja latencia y liquidación inmediata.

  • Cuando se inicia una transacción de varios pasos en el caso de un contrato inteligente complejo, implica ejecutar todos esos pasos en varios fragmentos simultáneamente. Con el consenso a nivel de transacción de Shardeum, estos pasos se pueden agrupar en una única transacción atómica para garantizar la componibilidad atómica.

  • Con la ayuda de fragmentación de estado dinámico, escalado automático, mecanismo de consenso óptimo y ordenación de transacciones basada en el tiempo, Shardeum escalará linealmente, permitiendo a un usuario promedio ejecutar un nodo en la red con requisitos informáticos insignificantes.

  • El escalado lineal y el escalado automático mantendrán los costos operativos de la red sostenibles, lo que esencialmente significa que los costos de transacción en la red permanecerán muy bajos y constantes de forma permanente.

  • Las bajas tarifas de gas permiten a los usuarios y desarrolladores interactuar con múltiples fragmentos y realizar transacciones entre fragmentos de manera rentable, al tiempo que promueven una mayor participación de los usuarios, lo que a su vez facilita la componibilidad perfecta entre fragmentos.

  • Cada nodo/fragmento que se una a la red aumentará el rendimiento de la red proporcionalmente, lo que permitirá a Shardeum escalar infinitamente para evitar cuellos de botella y retrasos en las transacciones. Esto aumenta directamente la componibilidad de la red.

  • Además, el escalado lineal facilita la distribución uniforme de las cargas de trabajo entre fragmentos. Al garantizar una distribución equilibrada de transacciones y operaciones, esto evita que un solo fragmento se convierta en un cuello de botella o experimente una congestión excesiva para permitir una componibilidad perfecta entre fragmentos.

  • El escalado lineal permite protocolos de comunicación entre fragmentos desarrollados para facilitar el movimiento seguro y confiable de datos e información de estado entre fragmentos, lo que permite una coordinación perfecta para la componibilidad entre fragmentos.

  • Debido a que Shardeum introduce eficiencias operativas a través del escalamiento lineal y automático, aumenta la capacidad de la red para manejar operaciones e interacciones complejas entre múltiples fragmentos, lo que permite un ecosistema blockchain más interconectado e interoperable.

Conclusión

En conclusión, la importancia de la componibilidad entre fragmentos es enorme en los sistemas blockchain, ya que permite la escalabilidad y el desarrollo de contratos inteligentes más complejos. Esto implica ejecutar transacciones en múltiples fragmentos y mantener la atomicidad, la coherencia, el aislamiento y la durabilidad (ACID) en todos los fragmentos involucrados.

Aunque lograr la componibilidad entre fragmentos requiere la implementación de varios mecanismos, como protocolos de enrutamiento, comunicación entre fragmentos, sistemas de cuentas universales y sistemas de gestión de metadatos, estos mecanismos solo complementan la eficiencia y escalabilidad de los protocolos subyacentes. Shardeum está en una posición única para integrar dapps/contratos inteligentes complejos al tiempo que facilita las interacciones entre cadenas y la interoperabilidad como resultado de su tecnología innovadora. Esperamos con interés el desarrollo de este proyecto en sus etapas finales de preparación para la producción.

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