INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN - Escalabilitat a la Blockchain Febrer 2021
←
→
Transcripción del contenido de la página
Si su navegador no muestra la página correctamente, lea el contenido de la página a continuación
INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
INFORME DE TENDÈNCIES
SOBRE LA TECNOLOGIA
BLOCKCHAIN
Escalabilitat a la Blockchain
Febrer 2021
1
INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
L’ESTRATÈGIA BLOCKCHAIN DE CATALUNYA
L’impuls de les tecnologies blockchain i DLT constitueix una prioritat del Govern de la Generali-
tat de Catalunya, que vol donar suport al desplegament d’aquestes tecnologies en els diferents
àmbits de la societat i fer de Catalunya un pol d’innovació, lideratge i d’atracció de talent i em-
preses en tecnologies DLT.
En aquest sentit, el Govern impulsa l’Estratègia Blockchain de Catalunya, coordinada per la Se-
cretaria de Polítiques Digitals del Departament de Polítiques Digitals i Administració Pública,
amb la qual es desplegarà un programa d’actuacions per donar suport al desenvolupament de
l’ecosistema blockchain i DLT al territori.
Els objectius associats al desplegament de l’Estratègia són:
• Posicionar Catalunya com a regió capdavantera en ús i desenvolupament de la blockchain i
DLT.
• Impulsar l’ús, per part de l’Administració, de les tecnologies blockchain i DLT.
• Potenciar la formació i la creació de talent en l’àmbit d’aquestes tecnologies.
• Impulsar la recerca i la innovació en aquesta matèria i involucrar els agents de la quàdruple
hèlix (administracions, empreses, universitats i societat civil).
• Promoure el desenvolupament d’una nova indústria al voltant d’aquestes tecnologies.
• Promoure les possibilitats i potencialitats de les tecnologies blockchain i DLT entre la ciuta-
dania per facilitar-ne l’adopció i la participació.
L’Estratègia desplegarà un programa d’actuacions al voltant dels sis eixos següents:
• Administració: millorar els serveis públics mitjançant l’adopció de les tecnologies block-
chain i DLT i apostar per la Generalitat de Catalunya com a entitat pionera en la seva aplica-
ció.
• Promoció: posicionar Catalunya com a país de referència en blockchain i DLT dins del mapa
tecnològic internacional i difondre les oportunitats i l’impacte que genera el seu desplega-
ment.
• Innovació: impulsar la recerca i la innovació mitjançant els centres de recerca i tecnològics,
així com desenvolupar entorns d’innovació per a la seva adopció en els diferents sectors.
• Ecosistema: potenciar una nova indústria al voltant de la tecnologia blockchain i DLT i dina-
mitzar la demanda de serveis i solucions associades a sectors verticals prioritaris.
• Talent: generar, retenir i atraure talent, tant tecnològic com emprenedor, amb els coneixe-
ments i les capacitats necessàries per al desenvolupament d’una nova indústria.
• Regulació: analitzar les implicacions que té la regulació sobre el desplegament d’aquesta
tecnologia i també sobre les aplicacions que en fan ús.
2
INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
CONTINGUT
INTRODUCCIÓ.............................................................................................................................. 5
L’ESCALABILITAT A LA BLOCKCHAIN ...................................................................................... 7
QUÈ ÉS L’ESCALABILITAT A LA BLOCKCHAIN? ....................................................................... 8
El trilema a la blockchain ................................................................................................................... 10
LA IMPORTÀNCIA DE GARANTIR L’ESCALABILITAT A LA BLOCKCHAIN ................................ 11
PROBLEMÀTIQUES EXISTENTS ................................................................................................ 13
EXEMPLES DE PROBLEMES D’ESCALABILITAT ....................................................................... 15
Ethereum: l’aparició de les CryptoKitties ........................................................................................ 16
Ethereum: augment de les Finances Descentralitzades (DEFI) ................................................... 17
Increment de les tarifes de transaccions a Bitcoin ......................................................................... 18
PROPOSTES PER RESOLDRE L’ESCALABILITAT A LA BLOCKCHAI ....................................... 20
PROPOSTES DE SOLUCIÓ A DINS DE LA CADENA I FORA DE LA CADENA............................ 22
Escalament a dins de la cadena (on-chain) .................................................................................... 22
Escalament fora de la cadena (off-chain) ....................................................................................... 23
PROPOSTES INICIALS DE LA COMUNITAT .............................................................................. 23
Incrementar el nombre de transaccions a un bloc ........................................................................ 23
Freqüència de l’addició de blocs ....................................................................................................... 27
NOVES PROPOSTES A LA COMUNITAT ................................................................................... 28
Segwit (bitcoin) ..................................................................................................................................... 29
Sharding ................................................................................................................................................ 29
Canals de pagament - Lightning Network....................................................................................... 30
Canals de compromís - Commit Chains........................................................................................... 30
Canals d’estat - State Channels......................................................................................................... 31
Cadenes Laterals - Sidechain ........................................................................................................... 32
Rollups ................................................................................................................................................... 32
ESCALABILITAT I DISPONIBILITAT DE LES DADES ................................................................ 34
3
INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
LES XARXES BLOCKCHAIN I EL REPTE DE L’ESCALABILITAT................................................. 36
BITCOIN....................................................................................................................................... 37
Canals de pagament - Lightning Network ........................................................................................ 37
Xarxa Líquida - Liquid Network .......................................................................................................... 40
RSK ........................................................................................................................................................... 43
ETHEREUM ................................................................................................................................. 45
Plasma ..................................................................................................................................................... 46
Canals d’estat - State Channels .......................................................................................................... 48
ETHEREUM 2.0............................................................................................................................ 51
Implementació de la xarxa Etherem 2.0 ........................................................................................... 53
VALIDACIÓ DEL RENDIMENT ELS CLIENTS A ETHEREUM2.0 ................................................. 56
Camí de l’escalabilitat amb Ethereum 2.0......................................................................................... 56
Contribucions del Barcelona Supercomputing Center (BSC) a Ethereum 2.0 ........................... 57
Resultat de l’estudi dels clients Eth2 pel Barcelona Supercomputing Center (BSC-Eth2) ..... 59
POLKADOT ................................................................................................................................. 63
EOSIO .......................................................................................................................................... 67
ARDOR ........................................................................................................................................ 70
REFERÈNCIES ............................................................................................................................. 73
4
INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
INTRODUCCIÓ
Un dels principals reptes de la tecnolo- afectades. Trobar aquest equilibri entre es-
gia blockchain, especialment de les xarxes calabilitat, seguretat i descentralització ha
blockchain públiques, és la seva adopció. Per portat a la comunitat de les diferents xarxes
assolir cal garantir un element imprescindi- blockchain a proposar diferents solucions.
ble: l’escalabilitat.
L’objectiu d’aquest informe és conèixer quins
El concepte d’escalabilitat fa referència a són els reptes, propostes i solucions desen-
la capacitat que té una xarxa per gestionar volupades per la comunitat tecnològica per
una quantitat de treball creixent i a quina és resoldre la necessitat d’escalat de les xarxes
la seva capacitat d’ampliació per assumir blockchain. S’hi inclou el següent contingut:
aquest increment de serveis i peticions.
• Escalabilitat de les xarxes blockchain per
A mesura que l’adopció de la tecnologia aprofundir sobre el concepte de l’escala-
blockchain augmenta i es generalitza l’ús bilitat i quines són les problemàtiques que
de les criptomonedes, el nombre de tran- cal resoldre per millorar l’eficiència de les
saccions generades per la transferència de xarxes, així com la importància de garantir
valor es veu incrementada. Xarxes com Bit- un grau elevat d’escalabilitat per afavorir
coin, Ethereum i altres són un clar exemple l’adopció massiva de la tecnologia.
d’aquesta situació.
• Impacte de l’adopció massiva d’algunes
Garantir l’escalabilitat d’una xarxa block- aplicacions i tecnologies blockchain, com
chain consisteix a assegurar la seva capaci- l’aparició de les CryptoKitties, el boom de les
tat de funcionament i processament de tran- finances descentralitzades (DEFI, per les se-
saccions sense que el servei es vegi afectat. ves sigles en anglès) o l’increment de les co-
Per tant, cal garantir la qualitat del servei missions de les tarifes de transaccions i com
amb un temps de processament de les tran- aquestes han posat de manifest la necessi-
saccions adequat. tat de resoldre el problema de l’escalabilitat.
En aquest informe s’introdueixen conceptes • Solucions proposades per la comunitat
que permeten comprendre i analitzar l’im- tecnològica des de l’aparició de la tecnolo-
pacte de l’increment de peticions de pro- gia blockchain per millorar l’escalabilitat i
cessaments de transaccions, quines són les com han evolucionat aquestes propostes. Es
problemàtiques que cal resoldre per millorar tracten les propostes de solucions d’escala-
l’escalabilitat de les xarxes blockchain públi- ment dins la mateixa xarxa blockchain (so-
ques i quins són els factors que determinen lucions de primera capa), com l’increment
el rendiment i la velocitat de processament del nombre de transaccions a un bloc o de la
de les transaccions. freqüència de generació de nous blocs, i les
noves solucions d’implementació fora de la
Al repte de proporcionar escalabilitat s’afe- blockchain (solucions de segona capa) com
geix el de garantir que la seguretat i la des- la creació de cadenes laterals, canals d’estat
centralització de les xarxes no es vegin i canals de pagament o els rollups.
5
INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
• Exemples de com diferents xarxes block-
chain afronten el repte de l’escalabilitat amb
solucions i propostes com la implementació
de canals de pagament (Lightning Network),
la xarxa líquida (Liquid Network) o la plata-
forma RSK a la xarxa Bitcoin. Es presenten
també altres propostes com plasma i la xar-
xa Raiden (canals d’estat), específics d’Ethe-
reum; la xarxa Ethereum 2.0, i solucions com
Polkadot, EOSIO i Ardor.
• Resultat de l’informe d’anàlisi d’Ethereum
2.0 realitzat pel Barcelona Supercompu-
ting Center (BSC), un estudi sobre la xarxa
de proves Medalla que ha permès a l’equip
BSC-Eth2 recopilar informació sobre els rep-
tes del protocol Ethereum 2.0 i compartir-los
amb la Fundació Ethereum.
6
INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
L’ESCALABILITAT
A LA BLOCKCHAIN
7
INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
L’ESCALABILITAT A LA BLOCKCHAIN
Què és l’escalabilitat • Temps necessari per assolir el consens
a la blockchain? Posteriorment a la creació d’un bloc, és ne-
cessari que els nodes responsables de ga-
Tal com recull l’informe sobre governança i rantir la seguretat i descentralització a la
algorismes de consens publicat per l’Obser- xarxa blockchain certifiquin les transaccions
vatori Blockchain de Catalunya, un dels rep- que contenen els blocs i assoleixin un acord
tes principals de la tecnologia blockchain, per certificar-lo, aplicant un algorisme de
sobretot de les xarxes blockchain públiques, consens.
és la seva adopció. Per assolir aquest repte
és necessari garantir l’escalabilitat de les La impossibilitat de paral·lelitzar el proces-
xarxes blockchain. sament de les transaccions fa que el procés
es realitzi de manera seqüencial, fet que im-
El concepte d’escalabilitat fa referència a la possibilita disminuir el temps requerit per
capacitat que té una xarxa per gestionar una processar-les.
quantitat de treball creixent i assumir aquest
increment de serveis i peticions. Actualment, la majoria de xarxes públiques
blockchain implementen un protocol de con-
Quan es parla de quins són els problemes sens que requereix que la totalitat de nodes
d’escalabilitat a la blockchain són dues les que participen en la xarxa hagin de proces-
categories que defineixen o que agrupen sar cadascuna de les transaccions. D’aques-
aquesta problemàtica: ta manera es garanteix la descentralització
de la xarxa, una de les propietats que tota
• Temps necessari per incloure una tran- xarxa blockchain vol maximitzar.
sacció a un bloc
A mesura que l’adopció de la tecnologia
El temps per incloure una transacció a un blockchain augmenta i es generalitza l’ús de
bloc s’incrementa a mesura que el nombre les criptomonedes, el nombre de transac-
de transaccions a processar augmenta signi- cions generades per la transferència de va-
ficativament. Com més usuaris interactuant lor es veu incrementada. Xarxes com Bitcoin,
amb la blockchain, més transaccions a in- Ethereum o d’altres són un clar exemple
cloure als blocs. Per tant, a mesura que el ni- d’aquesta situació. A conseqüència d’aquest
vell d’adopció de la tecnologia s’incrementa, increment de transaccions, aquestes xarxes
la problemàtica també ho fa. tenen greus dificultats per escalar i proces-
sar ràpidament la gran quantitat de transac-
Existeixen altres limitacions respecte a la cions que es generen.
producció de blocs. La primera és la capa-
citat que es requereix per realitzar els càl- En les següents gràfiques es poden veure
culs de validació dels blocs i, en segon lloc, la l’increment de transaccions processades
latència o temps d’espera que es requereix confirmades a la xarxa Bitcoin i les transac-
per generar un nou bloc, un valor que varia cions diàries a la xarxa Ethereum des de la
segons la xarxa blockchain utilitzada. seva aparició.
8
INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
Figura 1 : nombre de transaccions confirmades diàriament a la xarxa Bitcoin
Figura 2 : nombre de transaccions diàries a la xarxa Ethereum
9
INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
Els nodes encarregats de processar les s’incrementa el nombre d’usuaris i transac-
transaccions, coneguts com a miners, estan cions, també s’incrementa el temps d’espera
limitats pel nombre màxim de transaccions per processar-les.
a processar, de manera que, a mesura que
Figura 3 :Temps mitjà de confirmació d’una transacció a Bitcoin
• Temps mitjà de confirmació la xarxa i empitjora l’escalabilitat.
És el temps mitjà perquè una transacció mi- Per tant, cal tenir present el trilema de la
nera amb comissió s’inclogui en un bloc mi- blockchain.
nat i s’afegeixi a la cadena de blocs.
El trilema de la blockchain
Arribat aquest punt, la primera proposta de
solució que sorgeix per a millorar l’escalabi- Les xarxes blockchain es caracteritzen pel
litat d’una xarxa blockchain consisteix a in- grau de compliment i la capacitat que tenen
corporar més nodes a la xarxa amb l’objec- per satisfer les propietats de seguretat, es-
tiu d’incrementar el volum de transaccions calabilitat i descentralització. El trilema afir-
a processar. Però, sovint, aquesta estratègia ma que és impossible aconseguir aquestes
només garanteix un increment respecte a les tres propietats a la vegada sense comprome-
propietats de seguretat i descentralització de tre’n almenys una d’elles.
10INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
Escalabilitat
Seguretat Descentralització
Figura 4 : Representació del trilema de blockchain
• Descentralització: indica el grau en què
les transaccions són possibles sense el
La importància de
control, autorització o influència d’agents
externs.
garantir l’escalabilitat a
la blockchain
• Escalabilitat: representa la capacitat
d’una xarxa per gestionar una quanti- Garantir l’escalabilitat d’una xarxa block-
tat de treball creixent o el seu potencial chain consisteix a assegurar la capacitat de
d’ampliació per assolir aquest creixe- funcionament de la xarxa i el processament
ment, és a dir, el nombre de transaccions de transaccions sense que el servei es vegi
que pot processar una xarxa, a quina ve- afectat. Per tant, cal garantir la qualitat del
locitat pot processar-les i quant costa als servei amb un temps de processament de les
usuaris verificar-les. transaccions adequat.
• Seguretat: s’entén com la capacitat per Abans d’entrar en més detalls respecte a
suportar atacs i garantir la immutabilitat l’escalabilitat a la blockchain, cal conèixer el
dels registres. significat del concepte de transacció. Aques-
11INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
ta es defineix com l’enviament o transferèn- Entre els paràmetres que condicionen les es-
cia d’un valor entre dues parts a través de la pecificacions d’una xarxa blockchain podem
xarxa. D’aquesta manera, les transaccions destacar els següents:
estan disponibles per a tots nodes, per a ser
candidates a incorporar-se a un bloc i ser o Mida del bloc: fa referència al màxim de
processades. bytes d’informació i determinarà el nombre
màxim de transaccions a contenir.
Els usuaris d’una xarxa blockchain desitgen
que la confirmació de la seva transacció es o Mida de les transaccions: nombre de bytes
realitzi en el menor temps possible. Quan d’informació que conté.
es parla de velocitat de processament de la
transacció, es fa referència al temps neces- o Temps creació d’un nou bloc: temps mínim
sari perquè la informació de la transacció si- d’espera necessari per crear un nou bloc.
gui confirmada i incorporada a la cadena de
blocs. Aquesta informació conté els valors de o Temps de transmissió de la informació per
transferència de fons entre dos comptes i el la xarxa: condicionat pel grau de saturació a
resultat del seu processament definirà l’estat les comunicacions entre els nodes.
o balanç final d’aquests fons.
o Algorismes de consens: mecanisme per
Existeixen diversos factors que determinen arribar a un acord sobre la confirmació de
el rendiment i la velocitat de les transaccions les transaccions.
a una xarxa blockchain:
L’escalabilitat d’una xarxa blockchain és im-
• Factors derivats de l’augment de l’ús i portant perquè determina la seva capacitat,
l’adopció de la tecnologia el nombre d’usuaris que pot gestionar, el
Un augment del nombre de peticions de pro- volum de transaccions que pot processar, la
cessament de transaccions fa que el temps rapidesa amb les que les processarà i, so-
d’espera d’una transacció per ser processa- bretot, el cost que els usuaris han d’assumir
da augmenti i, de la mateixa manera, el temps per aconseguir que les seves transaccions es
per consolidar una transacció a la blockchain verifiquin.
també es vegi incrementant.
El rendiment de processament d’una xarxa
• Factors derivats del disseny tècnic de la blockchain es mesura pel nombre de tran-
xarxa blockchain saccions que pot processar per segon (TPS).
Cadascuna de les xarxes blockchain exis-
tents han dissenyat i implementat solucions En el següent esquema (figura 5) es pot veure
tècniques per gestionar el processament de el rendiment de determinades xarxes block-
les transaccions. Aquesta diversitat de vi- chain en una comparativa amb el sistema de
sions i enfocaments genera que cadascuna pagament de Visa i PayPal respecte al nom-
d’aquestes xarxes proporcioni paràmetres bre de transaccions que poden processar per
de rendiment ben diferenciats, oferint dife- segon.
rents alternatives a l’hora de resoldre el rep-
te de l’escalabilitat de la tecnologia.
12INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
Figura 5 : Comparativa de nombre de transaccions per segon (TPS) entre diverses criptomonedes, PayPal i Visa.
*Visa: capacitat de processar missatges de transacció.
Font d’informació:
• https://changelly.com/blog/fastest-cryptocurrencies/
• https://alephzero.org/blog/what-is-the-fastest-blockchain-and-why-analysis-of-43-blockchains/
• https://usa.visa.com/dam/VCOM/download/corporate/media/visanet-technology/aboutvisafactsheet.pdf
Donar resposta al repte de l’escalabilitat de aplicacions que han generat noves necessi-
les xarxes blockchain té com a objectiu: tats i nous reptes.
• Garantir el processament d’un increment A mesura que augmenta l’adopció de la tec-
del volum de transaccions a conseqüència de nologia i sorgeixen nous sectors, com la
la seva adopció. irrupció a principis de l’any 2020 de les fi-
nances descentralitzades (DEFI), posen de
• Proporcionar una velocitat de processa- manifest la necessitat de resoldre el repte de
ment de transaccions perquè aquestes pu- l’escalabilitat a la blockchain.
guin ser processades en un temps raonable.
Resoldre i proporcionar una solució a aques-
• Garantir que el cost de processament de ta problemàtica permetrà superar el primer
transaccions no sigui discriminatori, així com gran obstacle per assolir i facilitar l’adopció
democratitzar i garantir l’accés universal a massiva de la tecnologia.
tots usuaris.
Des del llançament de la xarxa Bitcoin, el 3
de gener de l’any 2009, són moltes les crip-
Problemàtiques tomonedes que han aparegut al mercat, se-
existents gons el portal coinmarketcap.com existeixen
a data 14 de desembre de 2020 un total de
7.970 criptomonedes, conegudes com Alt-
En els darrers anys la ràpida evolució de la coin, acrònim de l’anglès “Alternative Coin”
tecnologia blockchain i la de tots els ecosis- que fa referencia a tota cryptomoneda que
temes blockchain ha evidenciat la necessitat no sigui Bitcoin.
de trobar solucions a problemàtiques ja co-
negudes, com l’escalabilitat, i a d’altres que La xarxa Bitcoin, va registra la primera tran-
han aparegut a conseqüència dels avenços sacció econòmica el 22 de Maig del 2010,
tecnològics i el desenvolupament de noves aquest dia es conegut com el Bitcoin Pizza
Day.
13INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
Figura 6 : Nombre de transaccions confirmades a la xarxa Bitcoin des de la seva creació
L’efemèride és recordada per l’intercanvi de A mesura que s’incrementen el nombre de
dues pizzes a canvi de 10.000 Bitcoins. Des- transaccions, la xarxa blockchain ha de ga-
prés d’aquesta data, l’increment del nombre rantir la capacitat suficient per gestionar-les.
de transaccions a la xarxa Bitcoin ha anat in-
crementant-se amb el pas del temps. Si la xarxa no és capaç d’assumir aquest
increment, es produeixen les següents pro-
Com es pot observar en la figura 6, l’incre- blemàtiques:
ment del nombre de transaccions a la xarxa
Bitcoin incrementa amb el pas del temps. • Increment del temps mitjà de confirmació
de les transaccions.
En la següent taula es poden veure els valors • Increment del cost de processament de
màxims del nombre de transaccions diàries cada transacció.
processades per la xarxa Bitcoin en els da-
rrers anys. A conseqüència de l’alentiment i pèrdua de
rendiment de la xarxa, l’adopció de la tecno-
DATA TRANSACCIONS logia és qüestionada i es converteix en una
solució extremadament cara, ja que els cos-
25 de novembre de 2016 333.466 tos associats al manteniment i processament
de les transaccions es van incrementant de
11 de desembre de 2017 395.445 manera significativa.
5 de gener de 2018 425.008 Sovint, per a donar resposta al repte de l’es-
calabilitat, les solucions que es proposen te-
2 de maig de 2019 452.646 nen un impacte directe sobre les altres pro-
pietats, com ara afectacions sobre el grau de
1 de juliol de 2020 382.570 descentralització i la seguretat de les xarxes
blockchain.
Font : blockchain.com a 18/11/2020
14INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
Si s’incrementa el grau de descentralització Afrontar el repte de l’escalabilitat únicament
d’una xarxa blockchain augmentant el nom- des de la visió de la selecció de l’algorisme
bre de nodes, cal assegurar que les transac- de consens que proporcioni el menor temps
cions arriben a tots els nodes sense que el de confirmació amb algorismes de prova de
rendiment i l’eficiència de la xarxa es vegi participació (PoS) permet resoldre parcial-
afectada. ment el problema de l’escalabilitat i obliga a
assumir una disminució del grau de descen-
El compromís de prioritzar les propietats tralització de la xarxa.
d’escalabilitat i descentralització a una xarxa
blockchain va en detriment de la seguretat Existeixen altres factors que condicionen el
de la xarxa. Per tant, el sistema ha d’estar rendiment de processament de les transac-
disposat a assumir certs riscos respecte al cions, com són:
seu grau de seguretat.
• La mida del bloc a processar, que afectarà
El rendiment de processament d’una xarxa la velocitat de transferència de les dades
blockchain es mesura pel nombre de tran- entre els nodes de la xarxa i a la capacitat
saccions que pot processar per segon (TPS). d’aquesta.
Com més alta sigui la capacitat d’escalabi-
litat d’una xarxa blockchain, més alt serà el • La mida de les transaccions, determinada
volum de transaccions que podrà processar per la informació que contenen i, com aques-
sense que el rendiment i l’eficiència es vegin ta està organitzada internament, determi-
compromeses. narà el nombre màxim de transaccions que
es poden afegir a un bloc.
Respectivament, cada xarxa blockchain im-
plementa el seu algorisme de consens, me- • També cal tenir en compte el temps mínim
canisme que li permet arribar a un acord per d’espera necessari per crear un nou bloc i
certificar la validesa de les transaccions que incorporar-lo a la cadena.
s’incorporaran a la cadena de blocs.
Aquesta diversitat de mecanismes de con-
sens que les xarxes blockchain utilitzen és Exemples de
el motiu pel qual cada blockchain proporcio-
na un temps de confirmació de bloc diferent. problemes
Aquest valor determina parcialment quin
serà el nombre màxim de transaccions a pro-
d’escalabilitat
cessar per unitat de temps.
Actualment, la tecnologia blockchain queda
lluny d’una adopció massiva, però existeixen
Les xarxes blockchain utilitzen mecanismes
casos que han posat de manifest la neces-
de consens per confirmar les transaccions.
sitat de resoldre l’escalabilitat a les xarxes
Com a xarxa distribuïda, la presa de deci-
blockchain. Són coneguts els casos de les
sions està descentralitzada i arribar a un
Cryptokitties i de les aplicacions de finances
consens requereix un cert temps per propa-
descentralitzades (DEFI, per les seves sigles
gar les transaccions a tots els nodes de la
en anglès), que es llisten a continuació i que
xarxa, verificar-les i, posteriorment, comuni-
van esdevenir a la xarxa Ethereum.
car el resultat de la verificació i propagar a la
xarxa el bloc confirmat.
15INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
Ethereum: l’aparició de les
CryptoKitties
L’aparició de les CryptoKitties a finals del
2017 va fer visible la limitació de la xarxa
Ethereum respecte a la seva escalabilitat en
posar de manifest la impossibilitat d’assumir
la demanda de processament d’un gran vo-
lum de transaccions.
Aquest augment de processament de tran- Figura 7: CrypotoKities
saccions originades des de l’aplicació des-
centralitzada CryptoKittes va congestionar sament de les transaccions i un augment de
la xarxa i va suposar un perjudici per al des- les transaccions pendents de processar, tal
envolupament de la resta de solucions que com mostra la imatge següent, van alertar
s’estaven consolidant. El retard en el proces- sobre la necessitat d’una solució.
Figura 8: Transaccions pendents de processar a la xarxa Ethereum.
16INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
Ethereum: augment de les leixi xifres rècord.
finances descentralitzades (DEFI)
El màxim pic de transaccions a la xarxa es
va assolir el 4 de gener de 2018, amb un to-
L’aparició de les finances descentralitzades
tal d’1.349.890 transaccions. Recentment, el
(DEFI) ha fet que el nombre de transaccions
17 de setembre de 2020, es va superar amb
diàries a la xarxa pública d’Ethereum asso-
1.406.016 transaccions.
Figura 9: Transaccions diàries processades a la xarxa Ethereum
l’augment de les comissions de transaccions
Aquest augment de les transaccions es pro- i de la tarifa de processament de les transac-
dueix arran d’un increment en les transac- cions.
cions dels productes generats per les finan-
ces descentralitzades, ocasionant novament En la següent gràfica es pot apreciar la va-
un problema de congestió a la xarxa Ethe- riabilitat del preu i augment del cost neces-
reum i generant problemes a la resta d’usua- sari per processar una transacció, anomenat
ris de la xarxa, els quals tenen un impacte en “gas”. El gas, a Ethereum, és la unitat de me-
sura del treball requerit per processar una
Figura 10: gràfica del preu mitjà diari del gas a Ethereum.
17INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
El procés de mineria a la xarxa d’Ethereum Malgrat que el preu del gas és variable i són
consisteix, de manera resumida, en l’obten- els mateixos miners els que fixen el valor,
ció d’una recompensa per part dels miners aquest pot ser modificat per l’usuari, que pot
a canvi de la feina realitzada per processar incrementar-ne el valor amb l’objectiu d’in-
i confirmar les transaccions recollides en un centivar els miners perquè la seva transac-
bloc. El valor que rep el miner com a com- ció sigui processada més ràpidament. Aquest
pensació està format per una component fixa comportament dels usuaris incrementa de
i una altra variable. manera voluntària el preu del gas.
• La part fixa té un valor actual de 2 ethers, Davant un escenari amb un volum elevat de
que correspon a la feina realitzada en com- transaccions per processar, els miners esco-
pensació per minar un bloc. lliran aquelles transaccions que els permetin
maximitzar el rendiment de la seva feina i
• La part variable és la suma total de les proporcionar un valor de comissió més ele-
comissions associades al processament de vat.
cadascuna de les transaccions incloses en el
bloc minat. La limitació actual respecte al nombre màxim
de transaccions que poden ser processades
A continuació es detalla breument la manera condiciona significativament el cost del gas
de com calcular la part variable: que fixen els miners.
El sector de les finances descentralitzades
El cost de processament d’una transac- (DEFI) continua incrementant la seva activi-
ció està determinat per la complexitat de tat, de manera que contribueix a congestio-
les operacions que cal realitzar. Aques- nar la capacitat de la xarxa Ethereum. Això
tes tenen un cost de transacció associat incrementa el nombre de transaccions pen-
que es pot consultar en el següent enllaç: dents de processar i el temps d’espera per
ser validades.
https://ethervm.io/
Aquesta situació incentiva el comportament
La comissió de transacció es calcula dels usuaris per assumir un increment del
amb la següent fórmula: valor a pagar com a comissió per transacció,
generant una competència entre els usuaris
Comissions de transacció per aconseguir que la seva transacció sigui
= la primera a processar-se.
Gas Utilitzat * Preu del Gas
Increment de les tarifes de
Per la qual:
transaccions a Bitcoin
Gas utilitzat = indica el gas utilitzat per
Bitcoin també ha sofert un augment del preu
executar la transacció.
de les transaccions que fa pràcticament inas-
Preu del Gas = indica el cost per unitat
solible realitzar transferències de criptomo-
de gas.
nedes en quantitats petites. En canvi, l’aug-
ment de preu és molt menys significatiu per
Pots consultar el preu actual del gas a:
transferències de grans quantitats de diners
https://ethgasstation.info/
a unes comissions insignificants.
18INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
És el cas de la transferència que es va rea- h t t p s : / / w w w. b l o c kc h a i n . co m / b t c / t x /
litzar el passat 6 d’agost de 2020, la qual era d56ae8052711ac81cb68a0ccf340f3a1f-
de 92.857 BTC, que tenia un valor estimat en 818cb315426253cfa67066323ec1804
aquell moment d’1.092.603.640 $ i que va
tenir un cost de transacció de només 4 $. En la següent gràfica es pot apreciar l’incre-
ment que han sofert les tarifes de transacció
Es pot consultar el detall de la transacció i a la xarxa Bitcoin.
el valor actual en dòlars de la mateixa en el
següent enllaç:
Figura 11: gràfic de les comissions per transacció en dòlars a la xarxa Bitcoin.
L’11 de maig de 2020 es va produir el ter- pic de 6,63 $ el 20 de maig.
cer halving de Bitcoin. El halving és el pro-
cés pel qual la recompensa obtinguda per un Durant el mes d’agost, concretament el dia
miner de Bitcoin es redueix a la meitat cada sis, es va arribar als 6,47 $, valor que es va
210.000 blocs. En aquell moment, el cost per superar el 30 d’octubre amb 13,12 $.
transacció se situava en 2,54 $, i va assolir un
19INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
PROPOSTES PER
RESOLDRE
L’ESCALABILITAT
20INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
PROPOSTES PRE RESOLDRE L’ESCALABILITAT
Un major coneixement de la tecnologia block- Al repte de proporcionar escalabilitat s’afe-
chain ha provocat un increment en l’ús de geix el de garantir la no afectació de la se-
criptomonedes per part de milions d’usuaris. guretat i la descentralització a les xarxes.
Aquest increment continuat i sostingut en el Trobar aquest equilibri entre escalabilitat,
temps ha provocat també que incrementi el seguretat i descentralització ha portat a la
nombre total de transaccions per processar comunitat de les diferents xarxes a proposar
a cadascuna de les blockchain, posant de diverses solucions per aconseguir-ho.
manifest les limitacions de processament
i confirmació de transaccions de les xarxes L’increment del nombre de peticions de pro-
blockchain. cessament de transaccions és resolt mi-
llorant la capacitat de processament d’una
Davant la impossibilitat que les xarxes block- xarxa. Aquesta millora es pot produir opti-
chain públiques puguin satisfer aquesta de- mitzant l’escalat vertical, que incrementa la
manda per part dels usuaris, l’escalabilitat capacitat del còmput de processament dels
ha esdevingut el principal repte a resoldre, nodes, o amb l’escalat horitzontal, que incre-
cercant solucions per a incrementar i garan- menta el nombre de nodes de la xarxa.
tir un augment del nombre de transaccions
a processar, millorar la rapidesa amb què es Dit d’una altra manera, l’escalat vertical
fa i disminuir el temps de confirmació, així s’aconsegueix millorant l’eficiència de la
com garantir un cost assumible als usuaris xarxa en millorar el hardware o software es-
perquè les seves transaccions siguin verifi- pecífics requerits per processar les transac-
cades. cions. En canvi, l’escalat horitzontal permet
millorar el rendiment general de la xarxa.
Figura 12: esquema models d’escalabilitat.
21INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
Qualsevol de les dues maneres d’abordar la La implementació de diferents algorismes
problemàtica de l’escalabilitat provoca una de consens com a mecanisme per millorar
tensió en el compliment de les propietats que l’escalabilitat de les blockchain i les seves
cerquen les blockchain: proporcionar un alt característiques està recollida a l’Informe
grau de descentralització, màxima seguretat sobre governança i algoritmes de consens
i escalabilitat. publicat per l’Observatori Blockchain de Ca-
talunya.
Si s’aplica una solució basada en l’escalabi-
litat horitzontal, la xarxa potencia la segure- En l’informe que ens ocupa, ens centrarem
tat, la descentralització i la confiança en de- a conèixer quines són les solucions que es
triment de l’escalabilitat, ja que el rendiment proposen a dins i fora de la cadena per resol-
de la mateixa disminueix com a conseqüèn- dre la problemàtica de l’escalabilitat.
cia que hi ha més nodes que s’han de posar
d’acord per a processar i verificar transac-
cions; en conseqüència, el trànsit a la xarxa Escalament a dins de la cadena
augmenta. Per contra, si la solució es basa en (on-chain)
l’escalabilitat vertical, es requereix de ma-
quinària molt específica que resulta costosa, Les solucions a dins de la cadena, que també
obligant a què els nodes siguin veritables reben el nom de solucions de primera capa,
especialistes i requereixin una capacitat de donen resposta a l’escalabilitat i al rendi-
còmput molt elevada. ment de la base tecnològica de la mateixa
xarxa blockchain.
Propostes de resolució Les propostes de solució que tenen com a ob-
jectiu millorar la capacitat de processament
a dins de la cadena de la xarxa blockchain són les següents:
(on-chain) i fora de la • Increment de les dades als blocs: augment
del límit de dades que poden ser incorpora-
cadena (off-chain) des a un bloc. D’aquesta manera, es poden
incorporar moltes més transaccions al bloc
Les propostes per resoldre l’escalabilitat generat.
s’agrupen en tres grans grups de solucions:
• Disminució del temps de generació de
• Solucions a dins de la cadena (on-chain): bloc: augment de la freqüència de processa-
es resolen en la primera capa i requereixen ment de les transaccions o taxa de generació
modificar la codificació de la xarxa block- de blocs, fet que permet disminuir el temps
chain. de generació de nous blocs.
• Solucions que s’implementen fora de la
blockchain (off-chain): es resolen en la se- • Disminució de la quantitat de dades a in-
gona capa corporar al bloc: simplificació de les signa-
• Implementació de protocols de mecanis- tures digitals, utilitzant nous algorismes de
mes de consens, que aporten solucions des signatura que permeten reduir la mida ne-
d’una visió de com els nodes arriben al con- cessària per garantir la veracitat de la infor-
sens. mació, així com reduint la quantitat d’infor-
mació necessària per validar una transacció.
22INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
• Implementació de nous mecanismes de l’escalabilitat, les primeres propostes que la
consens: reducció del temps necessari per comunitat tecnològica va enumerar se cen-
arribar a un acord i certificar el bloc generat traven a incrementar el nombre de transac-
i la seva incorporació a la cadena de blocs. cions d’un bloc o a incrementar la freqüència
de generació de nous blocs.
Escalament fora de la cadena (off-
chain) Incrementar el nombre de
transaccions a un bloc
Les solucions a fora de la cadena, que també
reben el nom de solucions de segona capa, Es proposa incrementar el nombre de tran-
proposen incorporar noves capes que donen saccions que es poden afegir a un bloc per
resposta a la gestió i processament de tran- atendre el nombre creixent de peticions. Els
saccions fora de la cadena de blocs, deixant treballs s’orienten a:
així la cadena de blocs principal com a ele-
ment que proporcioni i garanteixi seguretat - Incrementar la mida del bloc.
i confiança.
- Reduir el nombre de bytes per representar
Les propostes de solució que tenen com a informació en un bloc.
objectiu millorar la capacitat de processa-
ment de la xarxa blockchain en altres capes 1- Incrementar la mida del bloc
són les següents:
Acció: augmentar la mida del bloc.
• Creació de canals de pagament: coneguts
com a lightning networks, permeten realitzar Objectiu: incrementar el nombre de transac-
micropagaments de manera ràpida i amb un cions a processar i confirmar.
cost mínim.
Possible conseqüència: disminució de la co-
• Creació de cadenes laterals: conegudes missió mitjana de transacció que ha de pagar
com a sidechains, són una nova cadena de l’usuari perquè la seva transacció sigui pro-
blocs que incorpora més característiques i cessada.
funcionalitats, de manera que pot interactuar
i estar lligada a la cadena principal.
• Creació de cadenes laterals fixades: cone-
gudes com a pegged sidechains, són cade-
nes laterals fixades amb un mecanisme en
ambdós sentits que permet una transferèn-
cia d’actius entre les dues cadenes de blocs
seguint un canvi fixat per la criptomoneda de
la cadena principal.
Propostes inicials de la Figura 13: increment de la mida del bloc.
comunitat La proposta s’enfoca des d’una visió d’esca-
lament dins de la cadena de blocs. Amb l’in-
Davant el repte d’abordar el problema de crement de la mida de blocs es vol millorar
23INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
el rendiment del processament de les tran- d’informació que es propaga per la xar-
saccions. xa i que els nodes l’han de descarregar i
processar, fet que, de manera immediata,
A Bitcoin, la mida del bloc era de d’1MB, men- provocaria un increment en el temps de
tre que a Ethereum existeix el concepte del lí- latència de la xarxa i en el processament
mit de gas per bloc, que és la quantitat màxi- de les transaccions.
ma de gas que es pot gastar per processar el
total de transaccions existents al bloc. • Increment de blocs orfes (Bitcoin) o
blocs oncles (Ethereum): quan s’incre-
El juny de 2020, els miners d’Ethereum van menta el nombre de transaccions a pro-
acordar ampliar el límit de gas per bloc des cessar, també es requereix més temps
de 10 milions fins a 12,5 milions d’unitats de per processar-les i creix la possibilitat
gas. Aquest increment preveu que el temps que dos miners generin dos blocs vàlids
de processament de transaccions per segon al mateix temps. Aquests nodes seran
(TPS), que actualment té una capacitat de 32, distribuïts entre la xarxa per a la seva
passi a 44 transaccions per segon. validació, provocant que diferents nodes
de la xarxa generin un nou bloc a partir
A simple vista, aquest increment de la ca- d’un d’aquests nodes. Només la cadena
pacitat de processament de transaccions de blocs més gran, la que posseeix més
hauria de permetre processar moltes més càrrega de treball, serà la principal, de
transaccions i assolir l’objectiu desitjat, però manera que les transaccions processa-
aquest escenari té un seguit d’afectacions: des a l’altra cadena són retornades per
a ser processades en futurs blocs. Cada
• Increment de la mida del bloc: implica blockchain ofereix un mecanisme espe-
una millora de la capacitat de còmput mit- cífic per resoldre aquesta mena de blocs
jançant màquines molt més especialitza- vàlids i que no estan inclosos a la cadena
des i cares, fet que faria inaccessible la principal.
participació de la majoria d’usuaris com
a nodes validadors i, com a conseqüèn- Com a efemèride de les diferents casuísti-
cia, es comprometria la descentralització ques que es poden produir amb el blocs or-
i la seguretat de la xarxa. fes, es pot consultar la següent notícia del 12
de novembre de 2020: “Dos blocs “orfes” a la
• Augment de la congestió en la comuni- blockchain de Bitcoin es van crear de manera
cació de la xarxa: en incrementar-se la consecutiva”.
mida del bloc, augmenten la quantitat
Figura 14: creació de dos
blocs orfes consecutius a la
xarxa Bitcoin.
24INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
Figura 15: publicació de BitMEX al seu twitter.
Font: https://forkmonitor.info/stale/btc/656477
• Increment de la vulnerabilitat de la El 15 de maig de 2018, Bitcoin Cash va deci-
xarxa a patir atacs de denegació de ser- dir novament incrementar fins a 32 MB el
vei (DDoS) als nodes, fet que genera un límit de la mida de bloc.
gran volum de transaccions malicioses
amb la voluntat de saturar la xarxa i evi- 2- Reduir el nombre de bytes per a repre-
tar la comunicació entre els nodes. sentar informació a un bloc
• Generació d’una nova criptomoneda. Acció: reduir el nombre total de bytes per
Es tracta de la desavinença en la comu- representar la informació al bloc.
nitat de la xarxa blockchain per accep-
tar i adoptar el canvi, provocant, davant Objectiu: simplificar i disminuir el màxim
de postures contraposades, l’aparició possible la informació requerida d’una
d’una nova moneda a conseqüència de transacció.
l’execució d’una hard fork a la cadena
principal.
Un exemple va tenir lloc a la xarxa Bitcoin
l’1 d’agost de 2017, quan es va originar una
nova moneda anomenada Bitcoin Cash des-
prés que la nova xarxa adoptés la nova me-
sura de 8 MB com a límit de la mida d’un bloc.
Figura 17: reducció del nombre de bytes per repre-
sentar informació d’una transacció.
Hi ha diverses tècniques criptogràfiques
que permeten garantir la veracitat i la se-
guretat de les dades. A la blockchain, re-
Figura 16: hard fork de Bitcoin que va generar Bitcoin sulta fonamental garantir la immutabilitat
Cash. Font: https://criptomo.com/que-es-bitcoin-cash/
25INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
del bloc i la verificabilitat de la informació • Reducció del temps de verificació de les
existent a cadascuna de les transaccions que signatures, ja que no cal verificar ca-
confirmen el bloc. Aquesta informació ocupa dascuna de les signatures realitzades.
una mida en bytes, de manera que, si és pos- • Millora de l’anonimat, ja que la informació
sible reduir al màxim la informació necessà- de la signatura d’un usuari s’oculta en la
ria associada a les transaccions sense que es signatura múltiple.
vegi afectada la seguretat i la verificabilitat,
es podran incorporar més transaccions a un Arbres de sintaxi abstracta Merkelizado -
bloc i se’n podran processar més per segon. MAST (Merklized Abstract Syntax Trees)
Per incrementar el nombre de transaccions L’arbre de sintaxi abstracte Merkelitzat és
a un bloc, la proposta s’enfoca a reduir la una combinació dels conceptes Merkle Trees
quantitat de dades utilitzades i necessàries i Abstract Syntax Trees (AST, per les seves
en cada transacció. En aquesta línia d’escala- sigles en anglès) que permet fragmentar
ment a dins de la cadena, les propostes són millor la informació i garantir la verificabili-
les següents: tat de les transaccions sense que la segure-
tat es vegi afectada. La seva funció és garan-
• Utilitzar algorismes de signatura que re- tir la verificabilitat de les transaccions i els
dueixen la quantitat d’informació genera- blocs d’una blockchain i permet verificar si
da per donar validesa a la informació. Es un bloc està inclòs en una cadena de blocs
proposa utilitzar l’algorisme de xifrat de sense baixar i processar tota la informació
Schnorr. continguda.
• Utilitzar altres tipologies d’estructura de Amb l’aplicació d’aquesta tècnica és possib-
dades en lloc dels arbres de Merkle per le incloure molta més informació i en menys
a organitzar la informació als blocs. Es espai, millorant la privacitat de la informació
proposa utilitzar arbres de sintaxi abst- continguda.
racta Merkelitzats (MAST, per les seves
sigles en anglès). • Gràcies a l’estructura de dades de l’arbre
de Merkle, la mida de les transaccions es
Algorisme de xifrat de Schnorr redueix. Com que no és necessari inclou-
re tota la informació, s’allibera espai al
La signatura Schnorr és un algorisme d’ag- bloc per a incloure més transaccions.
regació de múltiples signatures que presen-
ta diversos avantatges per reduir la quantitat • La privacitat de les transaccions millora
d’informació que cal agregar a un bloc per amb la implementació de la sintaxi abst-
verificar la transacció: racta d’arbre (AST), ja que només caldrà
revelar la informació mínima d’una tran-
• Reducció de la mida de la signatura sacció
múltiple, independentment del nombre
d’usuaris i dades.
• La verificació es pot realitzar amb una
única signatura, reduint així la mida del
bloc.
26INFORME DE TENDÈNCIES SOBRE LA TECNOLOGIA BLOCKCHAIN
Freqüència de l’addició de blocs Podria semblar que, si s’augmenta la
freqüència amb què es creen nous blocs a
Acció: incrementar la freqüència amb què es la blockchain, la xarxa serà molt més ràpi-
generen nous blocs. da i eficient, però són molts els aspectes a
tenir en compte a l’hora de fer aquestes afir-
Objectiu: millorar l’eficiència i el rendiment macions. Cal garantir que les propietats de
de la xarxa blockchain. descentralització i seguretat de la xarxa no
es veuen afectades per l’adopció de solucions
Possible conseqüència: increment dels blocs que milloren l’escalabilitat.
validats no inclosos a la cadena de blocs, co-
neguts com a blocs orfes a la xarxa Bitcoin o La freqüència de creació de nous blocs varia
blocs oncles a la xarxa Ethereum. en cada blockchain, com mostra la següent
imatge.
Figura 18: comparativa entre diferents xarxes blockchain respecte del temps que es requereix per crear un nou bloc.
El temps de creació d’un bloc fa referència
al temps mitjà que un bloc triga a ser veri-
ficat i incorporat a la cadena de blocs. Si dis-
minueix el temps de creació entre blocs, la
probabilitat que més d’un node produeixin
respectivament nodes vàlids i els propaguin
a la resta de nodes de la xarxa per a la seva
validació augmenta.
Davant d’aquesta possibilitat, el temps de
propagació del bloc per la xarxa provocarà
que diferents grups de nodes de la xarxa
incorporin respectivament a la cadena Figura 19: esquema de l’increment de freqüència de
principal un bloc vàlid diferent, fet que gene- generació de blocs. Generació d’un nou bloc per diver-
rarà dues cadenes de blocs diferents. sos nodes en el mateix moment.
27También puede leer
