Cadenas SKALE

Las Cadenas de SKALE son un componente importante de la Red de SKALE, que ofrece un enfoque diferente para la escalabilidad y el rendimiento de la cadena de bloques, al operar como una cadena de bloques independiente adaptada para aplicaciones específicas y utilizando nodos validadores contenerizados. Cada cadena funciona como una cadena lateral elástica capaz de escalar horizontalmente para manejar volúmenes de transacciones crecientes. Esto se logra a través de la asignación dinámica de recursos de red en un conjunto de 16 nodos, que se rotan periódicamente y se seleccionan al azar para mejorar la seguridad y la descentralización.

La arquitectura de SKALE Chains está diseñada para admitir un alto rendimiento y baja latencia. Cada cadena opera de forma autónoma, procesando transacciones y ejecutando contratos inteligentes de manera independiente, lo que garantiza que puedan manejar los complejos requisitos de las dApp sin estar limitadas por las restricciones de una sola cadena de bloques monolítica. El uso de nodos validadores contenerizados permite una gestión eficiente de recursos, lo que permite que las Chains proporcionen un entorno efectivo para aplicaciones descentralizadas.

La arquitectura híbrida de SKALE integra características de la Capa 1 y Capa 2: como solución de Capa 1, cada cadena gestiona su propio procesamiento de transacciones, consenso y almacenamiento de datos, beneficiándose de la seguridad y orquestación proporcionada por la red principal de Ethereum a la vez que funciona como una extensión de Capa 2.

Mecanismo de consenso

La red SKALE emplea el protocolo Asynchronous Binary Byzantine Agreement (ABBA) para su mecanismo de consenso, que está diseñado específicamente para abordar los desafíos de los entornos descentralizados, como la latencia de la red y las fallas de los nodos. Este protocolo garantiza que las transacciones se procesen de forma rápida y segura, y que la finalidad se logre tan pronto como se incluya un bloque en la cadena. El protocolo ABBA también es compatible con Byzantine Fault Tolerance (BFT), lo que permite que la red permanezca operativa incluso si algunos nodos se comportan de forma maliciosa o experimentan tiempo de inactividad.

Cómo funciona ABBA

El protocolo ABBA logra consenso en sistemas descentralizados con hasta un tercio de nodos bizantinos (defectuosos o maliciosos). Asegura acuerdo en un valor binario (0 o 1) a pesar de retrasos arbitrarios en los mensajes. Funciona siguiendo los pasos a continuación:

1. Creación de propuesta de bloque:

• Los nodos crean propuestas para bloques que contienen transacciones.
• Si hay suficientes transacciones pendientes, se propone un bloque.
• Si no hay transacciones, se propone un bloque vacío.

2. Comunicación confiable:

• Las propuestas se envían a otros nodos utilizando un protocolo de disponibilidad de datos.
• Esto garantiza que las propuestas alcancen una mayoría calificada (más de dos tercios) de los nodos.

3. Votación y Agregación de Firmas:

• Al recibir una propuesta, los nodos la añaden a su base de datos y envían de vuelta una firma parcial.
• Cuando un nodo recopila suficientes firmas parciales para formar una supermayoría, las agrega en una sola firma de umbral y la transmite.

4. Decisión de consenso:

• Los nodos utilizan las firmas aggreGate.iod para votar sobre el bloque propuesto.
• Múltiples instancias del protocolo ABBA se ejecutan para votar en varias propuestas.
• Un bloque con una votación de supermayoría es aceptado y agregado a la cadena de bloques.

5. Aleatorización:

• Los valores aleatorios (monedas) influyen en la toma de decisiones para garantizar el progreso a pesar de los nodos bizantinos.
• Los mecanismos de monedas comunes ayudan a que los nodos honestos converjan en la misma decisión.

6. Seguridad y Finalidad:

• Utiliza firmas de umbral y propiedades de tolerancia a fallas bizantinas para la seguridad.
• Garantiza que si todos los nodos honestos comienzan con el mismo valor, estarán de acuerdo en un número finito de rondas.
• Una vez que se decide un valor, es final.

Criptografía BLS

La criptografía de umbrales BLS (Boneh–Lynn–Shacham) es parte del proceso de consenso de SKALE. Permite a un grupo de participantes generar una firma en colaboración. Esto es particularmente útil en sistemas descentralizados para garantizar un consenso seguro y verificable.

En BLS En la red, cada participante tiene una clave privada y una clave pública. La clave privada se utiliza para firmar mensajes, mientras que la clave pública se utiliza para verificar firmas. Para firmar un mensaje, un participante utiliza su clave privada para crear una firma, que es una cadena corta que se puede adjuntar al mensaje. Luego, cualquier parte interesada con la clave pública puede verificar que la firma es válida y que fue creada por el titular de la clave privada correspondiente.

En la criptografía de umbral, se requiere un número mínimo de participantes (t de n) para colaborar y crear una firma válida. Este parámetro garantiza que el sistema siga siendo seguro incluso si algunos participantes son comprometidos. La clave privada se divide en múltiples partes utilizando una técnica llamada Compartir Secreto de Shamir, a través de la cual cada participante recibe una parte de la clave privada.

Para generar una firma, al menos T participantes deben combinar sus partes, cada uno produciendo una firma parcial utilizando su parte de la clave privada. Estas se combinan luego para formar una firma completa que puede ser verificada con la clave pública. Luego, la firma combinada puede ser verificada usando la clave pública, al igual que una firma BLS regular.

En la práctica, el proceso de consenso implica múltiples etapas. Inicialmente, los nodos proponen nuevos bloques y los comparten con otros validadores en la red. Luego, cada validador verifica las transacciones del bloque y lo firma utilizando una firma BLS. Estas firmas se agregaGate.iod en una única firma de grupo, que se transmite a la red. Una vez que una supermayoría de validadores han aprobado un bloque, se agrega a la cadena, logrando la finalidad. Este proceso garantiza que las transacciones se confirmen rápidamente manteniendo un alto nivel de seguridad.

Operación de nodos

Cada nodo opera múltiples subnodos virtualizados, que son instancias en contenedores capaces de participar en el proceso de consenso y ejecutar contratos inteligentes. Esta virtualización permite que los nodos admitan múltiples cadenas simultáneamente, proporcionando una infraestructura flexible y escalable para la red.

Las operaciones del nodo están reguladas por un conjunto de contratos inteligentes desplegados en la red principal de Ethereum, conocidos colectivamente como SKALE Manager. Estos contratos manejan funciones esenciales como el registro de nodos, la rotación y el staking. Los validadores, que operan los nodos, deben cumplir con estrictos requisitos de rendimiento y seguridad, incluyendo el mantenimiento de un alto tiempo de actividad y baja latencia. Las métricas de rendimiento se supervisan continuamente, con nodos evaluados y recompensados o penalizados según su adherencia a los estándares de la red.

La naturaleza dinámica de la operación del nodo es una característica importante de la arquitectura de SKALE. Los nodos se rotan periódicamente a diferentes Cadenas de SKALE, evitando que cualquier nodo único se convierta en un punto central de fallo. Esta rotación es gestionada por los contratos del Gestor de SKALE, que utilizan algoritmos de selección aleatoria para asignar nodos a las cadenas. Este enfoque mejora la descentralización y la seguridad de la red al garantizar que el control sobre cualquier cadena dada se distribuya entre un conjunto diverso de validadores.

Características de seguridad

La seguridad en la red SKALE utiliza un enfoque multifacético para salvaguardar las operaciones. La arquitectura híbrida de la red deriva la seguridad tanto de sus protocolos nativos como de la red principal de Ethereum. Las firmas de umbral BLS y la Generación Distribuida de Claves (DKG) se utilizan para asegurar el envío entre cadenas y garantizar la integridad de las transacciones entre cadenas. Este enfoque criptográfico evita el acceso no autorizado y la manipulación de datos, manteniendo la confiabilidad de la red.

SKALE también utiliza el modelo de prueba de participación (PoS), donde los validadores apuestan tokens SKL para participar en la red a cambio de beneficios económicos como incentivo para actuar honestamente y mantener la seguridad de la red. Se rotan periódicamente para minimizar el riesgo de colusión y garantizar un alto nivel de descentralización, y un elemento que diferencia a SKALE de otras blockchains es que también incluye mecanismos de penalización para penalizar comportamientos maliciosos o negligentes, protegiendo aún más la integridad del ecosistema.

Monitoreo y rendimiento de nodos

Cada nodo está equipado con un Servicio de Monitoreo de Nodo (NMS), que sigue el rendimiento de otros nodos en la red. Este servicio mide el tiempo de actividad y la latencia, haciendo ping regularmente a los nodos pares y registrando estas métricas en una base de datos local. Al final de cada época, estas métricas se promedian y se envían a los contratos inteligentes de la mainnet, que las utilizan para determinar la distribución de pagos a los nodos y señalar los nodos con bajo rendimiento para su revisión.

Al monitorear y evaluar el rendimiento de los nodos, la Red SKALE puede identificar y abordar problemas rápidamente, manteniendo un alto nivel de fiabilidad y seguridad. El NMS también contribuye a la gobernanza descentralizada de la red, ya que los nodos son responsables ante sus pares en lugar de una autoridad centralizada.

El rendimiento del nodo también está influenciado por la asignación dinámica de recursos, ya que cada nodo en la Red SKALE está contenerizado, lo que permite la gestión eficiente de recursos de CPU, memoria y almacenamiento, lo que permite a los nodos soportar múltiples cadenas simultáneamente, proporcionando una infraestructura escalable y flexible. La naturaleza dinámica de la asignación de recursos asegura que los nodos puedan adaptarse a cargas de trabajo variables, manteniendo un rendimiento óptimo en toda la red.

Mensajería entre cadenas e interoperabilidad

El intercambio de mensajes entre cadenas permite una comunicación efectiva entre las cadenas de SKALE y la red principal de Ethereum, facilitando la transferencia de tokens y mensajes entre cadenas, utilizando la criptografía de umbral BLS para asegurar estas interacciones. Esta capacidad permite a los desarrolladores crear dApps complejas que pueden interactuar con múltiples cadenas, mejorando su funcionalidad y alcance.

El IMA admite varios estándares de tokens, incluidos ERC-20, ERC-721 y ERC-1155, lo que brinda flexibilidad a los desarrolladores. Al permitir la transferencia de activos y datos entre cadenas, el IMA asegura que las Cadenas de SKALE puedan aprovechar la tecnología ofrecida por el ecosistema de Ethereum mientras mantienen su propia operación individual. Esto le permite funcionar como una extensión de Ethereum al tiempo que proporciona un rendimiento y escalabilidad mejorados.

Herramientas para desarrolladores y compatibilidad

La Red SKALE es, por diseño, amigable para los desarrolladores. Proporciona herramientas y compatibilidad con los entornos de desarrollo de Ethereum existentes. Las Cadenas SKALE son totalmente compatibles con la Máquina Virtual de Ethereum (EVM), lo que permite a los desarrolladores implementar sus contratos inteligentes existentes sin modificación.

La red también ofrece una variedad de herramientas de desarrollo para respaldar el desarrollo de dApps. Estas herramientas incluyen SDK, API y documentación para ayudar a los desarrolladores a crear, implementar y administrar sus aplicaciones en SKALE. El soporte de la red para Solidity, el lenguaje de programación utilizado para los contratos inteligentes de Ethereum, simplifica aún más el proceso de desarrollo. Al proporcionar un conjunto completo de herramientas y mantener la compatibilidad con Ethereum, SKALE reduce la barrera de entrada para los desarrolladores y fomenta la creación de dApps innovadoras.

Aspectos destacados

• Las Cadenas SKALE proporcionan un entorno blockchain escalable y flexible con nodos validadores contenerizados y equilibrio dinámico de carga.
• La red utiliza el protocolo de Acuerdo Bizantino Binario Asincrónico (ABBA) para el consenso, respaldado por la criptografía de umbral BLS.
• Los nodos operan múltiples subnodos virtualizados, gestionados por contratos inteligentes de SKALE Manager en Ethereum.
• Las características de seguridad incluyen firmas BLS, DKG y un modelo de prueba de participación con incentivos económicos y penalidades para los validadores.
• La arquitectura híbrida utiliza tanto las características de la Capa 1 como de la Capa 2, combinando la seguridad de Ethereum con la escalabilidad de SKALE.