Entender la dirección del desarrollo de Ethereum: ¿Cómo funciona el mecanismo PoS de la beacon chain?

1. La fundación Ethereum anunció recientemente que prohibirá los términos "Ethereum 1.0" (ETH1) y Ethereum 2.0 (ETH2) y utilizará "capa ejecutiva" y "capa de consenso" respectivamente.

2. Slot, Epoch y Validador son términos clave en el mecanismo PoS de la beacon chain.

3. Si se compara la beacon chain con el corazón de la nueva generación de Ethereum, el slot y el epoch son los ciclos de latido del corazón.

4. Debido al diseño de seguridad del algoritmo de Ethereum, este mecanismo de consenso PoS se considera seguro.

El 25 de enero de 2021, Vitalik Buterin, el fundador de Ethereum, publicó un artículo, titulado Paths toward single-slot finality en ethereum.org, que presentaba sus últimos planes para el desarrollo de Ethereum.

Comprender su trayectoria de desarrollo es muy importante para entender Ethereum, pero todavía hay que resolver algunos problemas conceptuales antes de leer el artículo publicado por Vitalik Buterin. Después de que Ethereum se actualice al mecanismo PoS, cómo generará y confirmará los bloques de la beacon chain y cómo garantizará su seguridad son las preguntas que hemos investigado y a las que hemos dado respuesta.

Introducción al esquema de actualización de Ethereum

Desde el rápido crecimiento de la aplicación de Ethereum, la escalabilidad ha sido un problema desconcertante para Ethereum y sus usuarios. Como el proyecto de blockchain de contrato inteligente más popular en la actualidad, Ethereum tiene un enorme volumen de transacciones, que a menudo conduce a la congestión, y la tasa de manejo sigue siendo alta, lo que afecta en gran medida la experiencia de uso de los comerciantes y la promoción de varios proyectos. Para resolver el problema de rendimiento de la red Ethereum, nacieron los conceptos de capa 2 y Ethereum 2.0 para escalar Ethereum.

Ethereum 2.0 es una versión mejorada de Ethereum 1.0, con el código de fase "Serenity". Ethereum 1.0 utiliza el mecanismo de consenso PoW, que es el mismo que Bitcoin, mientras que Ethereum 2.0 utiliza el mecanismo de consenso PoS, que es más eficiente y ahorrativo que el mecanismo PoW. Tras la actualización, Ethereum formará una estructura de "beacon chain + shard chain + layer 2". El bloque de la beacon chain contendrá directamente información sobre las transacciones. Antes de la actualización, el contenido de la cadena PoW se transferirá sin problemas a la beacon chain. Este proceso se denomina "la fusión". Tras la fusión, Ethereum pasará completamente al mecanismo de consenso PoS.

Sin embargo, Ethereum 1.0 y Ethereum 2.0 no son la simple relación entre el segundo y el primero, que a menudo es malinterpretada e incluso engañada por los proscritos.

A medida que se acerca la fusión, la fundación Ethereum también ha anunciado recientemente que prohibirá el uso de los términos "Ethereum 1.0" (ETH1) y Ethereum 2.0 (ETH2) y utilizará "capa de ejecución" y "capa de consenso" respectivamente.

Entre ellas, la capa de ejecución almacena todos los contratos inteligentes y las reglas de la red en Ethereum, y la capa de consenso se encarga de gestionar el consenso PoS. Tras la fusión, las dos cadenas se combinarán en una sola y se convertirán en un Ethereum completo en el futuro.

El proceso de actualización de Ethereum se completará paso a paso. En diciembre de 2020, se lanzó la beacon chain (anteriormente conocida como Ethereum 2.0) basada en el mecanismo PoS, y los usuarios apostaron ETH en ella para obtener ingresos. La mejora de Berlín y Londres en 2021 ajustó la beacon chain e introdujo un mecanismo de destrucción de tasas para controlar temporalmente las tasas de gas. En 2022, la actual red principal de Ethereum se fusionará con la beacon chain, es decir, la "capa ejecutiva" y la "capa de consenso" mencionadas anteriormente y la historia, el estado y el contrato inteligente de la red principal original se heredarán por completo. La fragmentación puede ocurrir más tarde que la fusión, y se espera que ocurra en 2022 o 2023.

Esto se debe principalmente al vigoroso desarrollo de la capa 2, que alivia la presión del rendimiento de Ethereum. El objetivo principal de la fragmentación es mejorar aún más el rendimiento de Ethereum y reducir la congestión de la red. En ese momento se lanzarán un total de 64 cadenas de shards.

Para obtener una explicación detallada de la actualización de Ethereum, consulte nuestra publicación anterior en el blog:

Endgame: Descubriendo la Solución Óptima de Escalado de Blockchain con Vitalik Buterin

¿Serán la Capa 2 y la futura actualización de sharding que se activará en 2022 la solución definitiva de Ethereum para impulsar la escalabilidad?

Introducción al mecanismo PoS de Beacon chain: Slot, Epoch y Validador

El Slot, el Epoch y el Validador mencionados en el artículo de Vitalik son términos clave en el mecanismo PoS de beacon chain.

Beacon chain será el núcleo de Ethereum en el futuro. Además de proporcionar una prueba de participación (PoS) para todo Ethereum y formar una capa de consenso, también desempeñará el papel de sincronización con otros cruces de cadenas de fragmentos. Los usuarios podrán apostar ETH en la beacon chain, depositar 32eth en la cuenta del contrato de depósito de Ethereum 1.0 y convertirse en validators de Ethereum. Estos validadores son "mineros virtuales" en Ethereum, lo que es especialmente importante para la salida de bloques de Ethereum.

Si comparamos la beacon chain con el corazón de la nueva generación de Ethereum, el slot y el epoch son los ciclos de latido del corazón. Cada slot dura 12 segundos, y cada epoch se compone de 32 slots (otra versión de la especificación técnica anterior decía que un solo slot duraba 6 segundos y 64 slots constituían una epoch). Todas las cadenas de fragmentos deben estar sincronizadas con los slots y los epochs de la beacon chain. Por lo tanto, cada epoch dura aproximadamente 6,4 minutos.

En Ethereum (Ethereum 1.0), que actualmente utiliza el mecanismo PoW, el sistema genera un bloque cada 15 segundos. En el futuro Ethereum actualizado, el intervalo de tiempo entre cada bloque es incierto; sin embargo, bajo el mecanismo PoS, para cada slot, la beacon chain seleccionará aleatoriamente un nodo del validador para convertirse en un proponente de bloque. Para la cadena de fragmentos, cada slot también generará un proponente de bloques.

Además, en cada epoch, la beacon chain distribuirá uniformemente los validadores en cada slot, y luego seleccionará aleatoriamente los nodos de la matriz (al menos 128 en cada grupo) de los validadores de cada slot para convertirse en los Comités. Los nodos del Comité se encargarán de atestiguar los bloques generados por la beacon chain y la shard chain, ponderados por su balance, la validez de los bloques de la beacon chain y de la shard se juzga por votación. Si el Comité llega a un consenso sobre la validez del bloque, éste se confirmará en la cadena, un nodo saldrá con éxito en este slot, los datos de la votación del certificador se registrarán en la cadena y el validador será recompensado.

Por el contrario, si no se alcanza el consenso, el slot estará vacío. Además, si el proponente del bloque en el slot está desconectado, también habrá un slot vacío. Debido a la existencia de slots vacíos, el slot generado por el bloque no es fijo. Después de toda una epoch (es decir, 32 slots o aproximadamente 6,4 minutos), el sistema volverá a seleccionar los nodos de los validadores, los organizará y formará de nuevo un comité de validación. Tras el lanzamiento oficial de los fragmentos, cada fragmento tendrá su propio proponente de bloques y comité de validación en cada slot y epoch. Después de completar la validación, los miembros de la cadena de fragmentos también tienen que conectar la cabeza de la cadena de fragmentos con la beacon chain. Este proceso se denomina crosslinking o creación de enlaces cruzados.

En el actual mecanismo de consenso PoW, cada nodo tiene que validar y ejecutar cada transacción en la red, lo que supone una enorme sobrecarga. En términos relativos, el mecanismo de consenso PoS se ejecuta más rápido y consume menos energía. Además, debido al diseño de seguridad del algoritmo PoS de Ethereum, este mecanismo de consenso PoS es muy seguro. Teóricamente, mientras cualquier validatdor tenga menos de 1/3 de las apuestas de todos los validadores, se puede asegurar que el número de hackers potenciales en cada comité es inferior a 1/3, y el sistema no puede ser hackeado.

En cuanto al número de nodos, dado que cada comité necesita 128 nodos para garantizar la seguridad, el número de nodos totales debe alcanzar 128 * 32 = 4096 para garantizar la mejor seguridad. Cuando el número de nodos totales es superior a 4096 * 2 = 8192, cada slot puede asignarse a dos o más comités para su validación.

Conclusión

La actualización de Ethereum va a ser un acontecimiento histórico en el campo de las criptomonedas. En el próximo artículo, seguiremos discutiendo la dirección de desarrollo de Ethereum lanzada por Vitalik.

¡Estén atentos!

Autor: Gate.io Observador: Edward.H. Traductor: Jose E.

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