Discutir Sidechain y Rollup: similitudes y diferencias en arquitectura, garantía de seguridad y escalabilidad

原文：《Sidechains vs. Rollups: Desglosando las diferencias para el desarrollo de dapp》por Emmanuel Awosika

Compilación: Deep Tide TechFlow

Sidechains y Rollups son dos soluciones a los problemas de escalabilidad de blockchain. En el corazón de ambas soluciones está la idea de descargar el cómputo de cadenas de bloques con recursos limitados como Ethereum a cadenas de bloques independientes optimizadas para escalar. Este enfoque brinda beneficios como un menor costo por transacción, menos latencia y un mayor rendimiento general. Pero las similitudes terminan ahí.

Sidechains y Rollups son fundamentalmente diferentes en su enfoque de escalado y difieren en decisiones de diseño y compensaciones. Para los desarrolladores que buscan aprovechar ambas soluciones para crear dapps escalables, es importante comprender las diferencias.

Este artículo proporciona una descripción general de los paquetes acumulativos y las cadenas laterales, y explora sus diferencias en arquitectura, garantías de seguridad, rendimiento de escalado y más.

**¿Qué es una cadena lateral? **

Una cadena lateral es una red de cadenas de bloques que se ejecutan en paralelo a otra cadena de bloques (llamada “cadena principal”). Por lo general, las cadenas laterales se conectan a la cadena principal a través de un puente de cadena cruzada bidireccional, lo que permite que los activos se transfieran entre las dos redes y posiblemente datos arbitrarios, como estados de contratos, pruebas de Merkle y resultados de transacciones específicas.

La mayoría de las cadenas laterales tienen su propio mecanismo de consenso y validadores, separados de la cadena principal. Esto permite que las cadenas laterales liquiden y completen transacciones sin depender de otras cadenas de bloques. Sin embargo, esto también significa que la seguridad de los fondos conectados a cadenas laterales depende de la existencia de fuertes incentivos criptoeconómicos para evitar comportamientos maliciosos entre los validadores.

Tipo de cadena lateral

Cadenas laterales compatibles con EVM y no EVM: Las cadenas laterales compatibles con EVM utilizan una implementación personalizada de Ethereum Virtual Machine, un entorno de ejecución para implementar contratos inteligentes en Ethereum. De hecho, la mayoría de estas cadenas de bloques se bifurcaron inicialmente de go-ethereum (también conocido como Geth, la implementación más popular del protocolo ethereum).

Si bien conserva la mayoría de las características del diseño de Ethereum (como la compatibilidad con contratos inteligentes), las cadenas laterales compatibles con EVM están optimizadas en otros aspectos, especialmente el mecanismo de consenso, para mejorar la eficiencia de ejecución y el rendimiento. Hoy en día, las cadenas laterales compatibles con EVM ejecutan la mayoría de los contratos inteligentes escritos en lenguajes EVM como Solidity, al tiempo que reducen los costos y la latencia para los usuarios de aplicaciones descentralizadas.

Las cadenas laterales que no son EVM implementan diferentes arquitecturas de máquinas virtuales y no pueden ejecutar dapps nativos de Ethereum sin una refactorización de código extensa. Los desarrolladores que se basan en cadenas que no son EVM no pueden usar herramientas y entornos de desarrollo EVM familiares (como Truffle, Remix, Hardhat), y es posible que deban aprender otros lenguajes (como Rust o Golang) para crear dapps.

Nota: Avalanche, Fantom, Celo y Palm son ejemplos de cadenas laterales compatibles con EVM. NEAR, Solana y Algorand son ejemplos de cadenas laterales que no son EVM.

Cadenas de compromiso y cadenas laterales optimistas: no todas las cadenas laterales dependen completamente de su propia seguridad; algunas cadenas laterales, en particular las cadenas de compromiso y las cadenas optimistas, dependen de la cadena principal para proporcionar ciertas garantías de seguridad. Una cadena de confirmación envía periódicamente compromisos criptográficos (como encabezados de bloque) a otra cadena de bloques para actualizar su estado más reciente. La cadena principal no puede verificar estas pruebas de estado porque no tiene acceso al estado de la cadena lateral, pero garantiza que los participantes honestos puedan cuestionar los encabezados de bloque no válidos antes de que se confirmen.

Por lo general, esto se hace mediante la implementación de un contrato inteligente en la cadena principal que maneja las recompensas, las apuestas, la rotación y las penalizaciones para los validadores de la cadena lateral. Si un validador comete una infracción comprobable (como firmar dos bloques a la misma altura), cualquiera puede enviar la prueba al contrato inteligente y reducir la apuesta de ese validador.

La cadena optimista funciona de manera similar, ya que requiere que los validadores envíen periódicamente encabezados de bloque a un contrato inteligente en la cadena principal. Sin embargo, la cadena Optimistic no tiene un mecanismo de consenso separado: simplemente se supone que los encabezados de los bloques son válidos hasta que los desafíe la prevención del fraude. Por lo tanto, una cadena optimista puede operar con un solo validador (honesto), mientras que una cadena lateral de compromiso requiere múltiples validadores para funcionar correctamente.

En ambos casos, los actores honestos pueden demostrarle a la cadena principal que se produjo un comportamiento malicioso en la cadena lateral. De esta forma, incluso si la mayoría de los verificadores de la cadena lateral son malos, los usuarios aún pueden obtener una cierta garantía de seguridad.

Pero es importante tener en cuenta que los actores honestos no pueden probar un comportamiento malicioso sin acceso a los datos de estado almacenados en el bloque. Sin embargo, dado que la cadena principal solo recibe encabezados de bloque (no cuerpos de bloque) de cadenas laterales, no puede garantizar la disponibilidad de bloque. Esto permite a los proponentes de bloques deshonestos ocultar datos de bloques para acciones deshonestas, como robar fondos de puentes entre cadenas.

Este problema se conoce como el problema de disponibilidad de datos y está en el centro de las diferencias en las propiedades de seguridad de todas las cadenas laterales (no solo cadenas de confirmación, cadenas laterales optimistas y acumulaciones).

**¿Qué es el resumen? **

Rollup mejora la escalabilidad de la cadena de bloques subyacente mediante el procesamiento de transacciones en un entorno de ejecución separado. Al igual que las cadenas laterales, los Rollups tienen un puente entre cadenas para transferir activos entre la cadena de bloques principal y el Rollup. También implementan optimizaciones para aumentar la velocidad informática y la rentabilidad para los usuarios.

Sin embargo, Rollup enviará periódicamente bloques a la cadena principal, heredando así las características de seguridad y descentralización de la cadena principal. Esto significa que la cadena de bloques principal proporciona a Rollup garantías de las siguientes propiedades de seguridad:

1. Disponibilidad: la disponibilidad de los bloques Rollup está garantizada porque los datos se almacenan en la red principal más descentralizada y segura. Por ejemplo, los usuarios siempre pueden dar fe de los detalles del estado de resumen de los contratos de puente de cadena cruzada (como poseer ciertos tokens) y retirar fondos mientras los validadores de resumen ocultan los datos de la transacción.
2. Validez: solo se pueden finalizar los bloques de resumen que cumplan con las condiciones de validez impuestas por la cadena principal.
3. capacidad de supervivencia: dado que los datos del resumen se almacenan en la capa base, cualquiera puede reconstruir el último estado válido del resumen y generar nuevos bloques. Además, los usuarios pueden imponer la inclusión de una transacción en un Rollup enviándola al contrato inteligente en cadena del Rollup.

Tipo de resumen

El resumen tiene dos formas: optimista y de conocimiento cero. Los resúmenes de conocimiento cero (también conocidos como resúmenes de validez) envían bloques a la cadena principal junto con pruebas para confirmar la ejecución correcta de las transacciones fuera de la cadena. Si la prueba se verifica en cadena, el bloque se finalizará en la capa base.

Los bloques enviados por Optimistic Rollup no tienen ninguna prueba para demostrar la validez de los cálculos fuera de la cadena. Simplemente se supone que los bloques son válidos a menos que otra parte cuestione el resultado de una transacción a través de una “prueba de fraude”. La prueba del fraude toma la forma de un juego de verificación, con la intervención de la cadena matriz, dos partes disputan un cálculo hasta que se encuentra a la parte deshonesta.

Los resúmenes optimistas reciben su nombre de las suposiciones optimistas de que la mayoría de las transiciones de estado son válidas. Sin embargo, esta suposición optimista combinada con incentivos criptoeconómicos garantiza que, a menos que un bloque inválido no sea cuestionado durante mucho tiempo, la cadena principal nunca lo finalizará.

Nota: Arbitrum y Optimism son ejemplos de acumulaciones optimistas.

La compatibilidad con EVM es otra diferencia notable entre Optimistic y Zero-Knowledge Rollups. Si bien los paquetes acumulativos optimistas son compatibles con EVM, los paquetes acumulativos de conocimiento cero difieren en la compatibilidad con EVM. Dado que probar instrucciones EVM nativas en un circuito de prueba es complejo y requiere muchos recursos, algunos paquetes acumulativos de efectividad usan conjuntos de instrucciones de máquina virtual personalizados optimizados para pruebas más eficientes.

Para ZK-Rollup compatible con EVM, describimos su entorno de ejecución como “EVM de conocimiento cero” (ZK-EVM). ZK-EVM puede ejecutar contratos inteligentes de Ethereum fuera de la cadena y demostrar que todas las partes del cálculo se ejecutaron correctamente. Por lo tanto, se considera que ZK-Rollup es más seguro que Optimistic Rollup, que se basa en incentivos criptoeconómicos y suposiciones de honestidad para evitar una ejecución no válida.

Linea es un ejemplo de un paquete acumulativo de eficacia de segunda capa con compatibilidad total con EVM, que permite a los desarrolladores reutilizar la infraestructura y las herramientas de Ethereum para crear dapps. Por el contrario, la implementación en un ZK-Rollup que no es EVM, como StarkNet, requiere (a) crear contratos inteligentes con una pila diferente o (b) modificar la base del código para que se ejecute en la máquina virtual de StarkNet.

**¿En qué se diferencia la cadena lateral de Rollup? **

Rendimiento: las cadenas laterales suelen tener un rendimiento promedio de transacciones más alto que los acumulativos porque no dependen del consenso de la cadena principal ni de la disponibilidad de datos. Por ejemplo, las cadenas laterales pueden lograr tamaños de bloque grandes y tiempos de bloque extremadamente rápidos para un mayor rendimiento, lo que Rollup no puede hacer.

El resumen debe evitar procesar tantas transacciones que los lotes de transacciones no puedan caber en un solo bloque de la cadena principal. De lo contrario, esto reintroduciría la congestión en la capa base y dificultaría mantenerse al día con los bloques producidos por el Rollup. Por lo tanto, el ancho de banda de datos de la cadena principal de Rollup impone un límite efectivo en su rendimiento.

Incluso las cadenas laterales que dependen parcialmente de la seguridad de la cadena principal (como las cadenas de confirmación y las cadenas optimistas) aún superan a Rollup en rendimiento.

Costo: en comparación con Rollup, los usuarios pueden pagar menos tarifas por transacciones en la cadena lateral. Al igual que con otras diferencias entre las cadenas laterales y los paquetes acumulativos, esta tiene que ver con la dependencia de los paquetes acumulativos en la cadena principal para la liquidación y la finalidad. Estos son algunos de los costos operativos incurridos por Rollup (estos costos corren a cargo del usuario):

• Almacenamiento de datos: enviar un bloque de resumen a la capa base genera un costo fijo (el costo de incluir la transacción en el bloque) y un costo variable (según el tamaño del bloque de resumen). Como resultado, Rollup cobra a los usuarios por el cálculo y los datos, y las transacciones con mayores volúmenes de datos pagan más, y viceversa.
• Generación y verificación de pruebas: El Rollup de conocimiento cero necesita generar pruebas de validez para la verificación de la capa base, lo que generará costos adicionales. Verificar la prueba de validez requiere muchos recursos, por ejemplo, el costo actual en Ethereum es de aproximadamente 500,000 Gas.

Las cadenas laterales puras no incurren en los costos anteriores, por lo que usarlas es menos costoso. Las cadenas de compromiso o las cadenas laterales optimistas pueden incurrir en algunos costos adicionales, como enviar encabezados de bloque, pero estos costos son insignificantes. Además, los costos se pueden reducir acumulando múltiples encabezados de bloque en una sola transacción.

Finalidad: una cadena lateral que es completamente responsable de su seguridad tiene una finalidad instantánea, donde un bloque no puede revocarse una vez que ha sido aprobado por la mayoría de los validadores. Sin embargo, las cadenas de compromiso o las cadenas laterales optimistas no se aplican a esta regla, ya que deben tener en cuenta los desafíos que pueden retrasar la finalización del encabezado del bloque.

Por lo general, los Rollups tienen tiempos de finalización más largos que las cadenas laterales puras, por varias razones. Por ejemplo, Optimistic Rollup retrasa la confirmación de las transacciones para garantizar que los participantes honestos tengan tiempo suficiente para cuestionar las actualizaciones de estado no válidas.

Los paquetes acumulativos de validez tienen una finalidad instantánea (una vez verificados), pero tienen un tiempo de finalización más largo que las cadenas laterales puras. Debido al alto costo de generar y verificar pruebas de validez, los serializadores prefieren acumular una gran cantidad de transacciones antes de generar y enviar pruebas de validez para un lote.

Seguridad: La seguridad de Rollup (Optimista o de conocimiento cero) está garantizada por la cadena de bloques subyacente, lo que reduce las suposiciones de confianza del usuario. Como se explicó anteriormente, Rollup se basa en la cadena principal (económicamente segura) para el consenso y la disponibilidad de datos (a diferencia de las cadenas laterales). Esto reduce el riesgo de censura, retiros congelados, ejecución inválida, etc.

Las cadenas laterales puras son responsables de su seguridad. Sin embargo, iniciar validadores diversos y confiables puede ser difícil, por lo que las cadenas laterales se consideran menos seguras que los acumulativos.

Las cadenas de compromiso y las cadenas laterales optimistas son un poco más seguras que las cadenas laterales puras, pero los usuarios deben confiar en la disponibilidad de datos de los validadores y proponentes. En el caso de un ataque de ocultación de datos sin penalización, la cadena de confirmación y la cadena lateral optimista no tendrán garantías de seguridad.

Puente entre cadenas: los rollups y las cadenas laterales (en su mayor parte) usan el mismo esquema de puente de activos: bloquea tokens X en un contrato inteligente en la cadena principal y acuña tokens X para los usuarios en la cadena secundaria. Difieren en cómo se aseguran los fondos depositados en el contrato puente.

Dado que los Rollups son específicos de una cadena de bloques de capa base en particular, generalmente hay un “puente canónico” que conecta los dos. Los fondos depositados en el puente Rollup están asegurados por la cadena principal:

• Los fondos depositados en un Rollup de validez solo se pueden retirar después de verificar que las pruebas asociadas con el lote que contiene la transacción de salida se verifiquen en la cadena.
• Para Optimistic Rollup, los usuarios solo pueden retirar fondos si el bloque que contiene la transacción de retiro del usuario no ha sido cuestionado después del final de la ventana de disputa (aproximadamente 1-2 semanas).

En cambio, la seguridad de los fondos depositados en un puente de cadena lateral depende de su diseño. Por ejemplo, si la cadena lateral tiene un puente canónico de cadena cruzada con otra cadena de bloques, la seguridad de los fondos del puente está relacionada con la honestidad de los validadores. Otra pregunta es si el puente es validado por un validador completo (p. ej., el puente Polygon PoS) o un pequeño grupo de validadores externos (p. ej., el puente Avalanche-Ethereum).

La diferencia en el tiempo de finalización entre Rollup y sidechain bridging también explica la diferencia entre ellos. Por ejemplo, los usuarios de Optimistic Rollup experimentarán más demoras al devolver los fondos a la cadena principal debido a la necesidad de esperar la ventana de disputa. Con una cadena lateral, los usuarios pueden retirar fondos del contrato de puente entre cadenas una vez que se haya recibido el encabezado del bloque finalizado (y, si es necesario, una prueba válida de Merkle).

Elige entre Rollup y Sidechain

Al implementar contratos inteligentes, la elección entre usar acumulaciones o cadenas laterales depende de sus objetivos, los comentarios de los usuarios y las necesidades del proyecto. Aquí están las ventajas de usar Rollups, sidechains o ambos en diferentes situaciones.

Cuándo usar el resumen:

1. Sus usuarios esperan el más alto nivel de seguridad.
2. Sus usuarios pueden tolerar un costo ligeramente más alto y una mayor latencia/finalidad. Los acumulativos son mucho más baratos y rápidos (órdenes de magnitud) que Ethereum, pero no pueden igualar las cadenas laterales en estas métricas.
3. Usted (o sus usuarios) desea una relación más cercana con el ecosistema de la cadena principal (por ejemplo, Ethereum).
4. Planea mejorar la experiencia del usuario para los usuarios de DApp en Rollup. Esto podría significar el uso de proveedores de liquidez para reducir la latencia en el retiro de fondos de un Resumen optimista, o la implementación de optimizaciones de código para reducir la cantidad de datos de transacciones generados cuando los usuarios interactúan con su contrato inteligente.
5. Desea utilizar las herramientas y la infraestructura de EVM al crear su DApp. La mayoría de los paquetes acumulativos son compatibles con EVM y usan las mismas herramientas, software de cliente y API de nodo que Ethereum.

Cuándo usar cadenas laterales:

1. Sus usuarios quieren realizar transacciones con las tarifas más bajas.
2. Sus usuarios esperan que las transacciones se procesen rápidamente, especialmente cuando se trata de fondos puente.
3. Sus usuarios pueden tolerar mayores suposiciones de confianza y menores garantías de seguridad.
4. Usted (o sus usuarios) no consideran que una relación sólida con el ecosistema de la cadena principal sea una prioridad.
5. Puede aprender a usar un nuevo conjunto de lenguajes de programación, herramientas e infraestructura para crear DApps (si usa cadenas laterales que no son EVM).

Cuándo usar Sidechain y Rollup al mismo tiempo:

1. Su proyecto ha establecido un fuerte efecto de red en una cadena de bloques y está listo para escalar a múltiples ecosistemas simultáneamente (por ejemplo, para aprovechar la liquidez).
2. Desea atender a diferentes tipos de usuarios y evitar alejarse de un lado del mercado.
3. Su proyecto tiene suficientes recursos para manejar el escalado entre cadenas. Esto puede significar tener diferentes equipos responsables de implementar su DApp en diferentes plataformas de blockchain.