La publicación Comprensión de las redes y nodos Blockchain apareció por primera vez en Coinpedia Fintech News
Introducción
La tecnología Blockchain ha traído una gran revolución digital que ha cambiado nuestra perspectiva sobre las transacciones, la seguridad, la descentralización y la transparencia. Este artículo se centra en una comprensión integral de las redes y nodos Blockchain. Los Nodos y las Redes son los pilares de la arquitectura y funcionalidad de las blockchains. Los desarrolladores deben dominar estos conceptos para un desarrollo eficaz de blockchain y tener en cuenta el vasto dominio de aplicaciones en diversas industrias, como las finanzas y la gestión de la cadena de suministro.
¿Qué es una red Blockchain?
Una red blockchain es básicamente un libro de contabilidad distribuido o un sistema de registro donde múltiples dispositivos comparten y validan información sobre transacciones de forma transparente.
Los componentes clave de la red Blockchain son:
Nodos: Computadoras o dispositivos que participan en la red.
Libro mayor: una base de datos o registro digital de todas las transacciones.
Contratos inteligentes: Los contratos inteligentes se denominan programas de alto nivel que se compilan en código de bytes EVM y también son una etapa previa para la implementación en la cadena de bloques Ethereum. Nos permite realizar transacciones confiables, seguras, sin interferencia de terceros, rastreables e irreversibles.
Mecanismo de consenso: un conjunto de protocolos que los nodos de la red deben seguir sobre el estado de la cadena de bloques.
Tipos de redes blockchain:
Público: Como sugiere el nombre, está abierto a todos. Ninguna entidad por sí sola controla la Red Pública. Estas redes son descentralizadas y transparentes. Algunos ejemplos son Bitcoin y Ethereum y los casos de uso generales son las dApps.
Privadas: Las redes privadas están restringidas solo a aquellos que están autorizados. Están controlados por una única organización. Algunos ejemplos son Hyperldger Fabric y Corda y los casos de uso generales son la gestión de la cadena de suministro y las soluciones empresariales.
Consorcio: una red de consorcio es una combinación de redes públicas y privadas, controlada y gestionada por un grupo de organizaciones. Está parcialmente descentralizado y ofrece transparencia hasta cierto nivel. Algunos ejemplos son Quorum y Energy Webchain. Normalmente se utiliza en colaboraciones industriales y aplicaciones basadas en consorcios.
Híbrido: Es una combinación de atributos de red pública y privada. El acceso a la red híbrida es personalizable: algunos datos son públicos y otros están restringidos. Ejemplo de cadena Dragon utilizada en soluciones empresariales personalizables
Nodos en Blockchain
Se puede hacer referencia a los nodos como dispositivos u computadoras individuales que forman parte de la red blockchain y siguen los protocolos. Los nodos son una parte inevitable de Blockchain ya que mantienen una copia del libro de contabilidad público y participan en mecanismos de consenso.
Tipos de nodos:
Nodos completos: Los Nodos Completos son los dispositivos que mantienen una copia completa de la blockchain. Estos nodos desempeñan un papel crucial en la validación de los bloques de transacciones y en garantizar la integridad de la seguridad de la cadena de bloques. Estos se consideran nodos seguros y confiables.
Nodos ligeros: los nodos ligeros simplemente almacenan el encabezado del bloque, que es un subconjunto de los datos de la cadena de bloques. Los nodos ligeros dependen de nodos completos para la verificación y validación de transacciones.
Nodos de minería: estos nodos participan en la red resolviendo acertijos criptográficos, también conocidos como minería. Los nodos mineros brindan seguridad a la red al validar las transacciones y también ayudan a mantener la seguridad a través de Prueba de trabajo (PoW).
Nodos maestros: los nodos maestros realizan tareas especiales como validar transacciones instantáneas o participar en la gobernanza. Mejora la funcionalidad y mejora la estabilidad de la cadena de bloques. Debido a su funcionalidad computacional, necesita enormes recursos de energía.
Instalación y configuración de nodos
Guía para configurar diferentes tipos de nodos:
Nodo completo:
Instale el software cliente Blockchain como Bitcoin Core o Geth.
Descarga los datos de la cadena y sincroniza con la red.
Configure ajustes como almacenamiento y ancho de banda. etc.
Nodo de luz
Instale software de cliente como Electrum para Bitcoin o MetaMask para Ethereum.
Sincronízalos con los nodos completos para verificar las transacciones.
Configurar para un rendimiento óptimo
Nodo Minero
Instale software como CGminer o Ethminer
Únase a un grupo de minería para obtener recompensas y esfuerzos colectivos
Configurar para obtener resultados óptimos
Nodo maestro
Verifique los requisitos de garantía antes de configurar
Instalar el software específico sobre blockchain.
Configurar para un mejor rendimiento y eficiencia
Mejores prácticas de configuración.
Actualice periódicamente el software
Cuida las medidas de seguridad implementando firewalls y antivirus
Garantizar la asignación adecuada de recursos
Consideraciones de seguridad para nodos.
Utilice cifrado para la transmisión de datos
Garantice la protección contra ataques DDos de denegación de servicio distribuido
Auditar periódicamente los parámetros de seguridad.
Topologias de red
La topología de la red es la disposición de las interconexiones entre los nodos de la red. La topología describe y explica cómo los dispositivos se comunican, transmiten, propagan las transacciones y llegan a un consenso. Es necesaria una elección adecuada de la topología para la eficiencia, escalabilidad y seguridad de la red.
Topologías comunes utilizadas en redes blockchain.
Topología peer-to-peer (P2P): en esta topología, cada nodo está conectado directamente, lo que hace que todos los nodos sean participantes iguales. Esta topología crea una red descentralizada donde todos los nodos pueden iniciar y validar transacciones. Bitcoin utiliza una topología de red P2P.
Ventajas:
Descentralizado
Resiliente
Seguro
Contras:
Los retrasos en la propagación son directamente proporcionales al crecimiento de la red.
Múltiples conexiones generan una gran sobrecarga de ancho de banda.
Topología federada: la topología federada permite que solo los autorizados participen en el consenso y otros simplemente pueden unirse a esta topología pero no pueden validar. Esto también se conoce como red de Consorcio. Se utiliza popularmente en Ripple.
Ventajas:
Eficiente y rápido debido a la menor cantidad de nodos en el proceso.
Es escalable debido a un mayor rendimiento.
El acceso controlado mejora la seguridad
Contras:
Por lo tanto, estar más centralizado crea problemas de confianza.
Necesita mecanismos sólidos de gobernanza.
Topología híbrida
Como sugiere el nombre, es la combinación de topologías P2P y federadas. Admite múltiples capas y permisos para grupos de dispositivos y mantiene la descentralización. Dragonchain utiliza topología híbrida.
Ventajas:
Eficiente y rápido al ser una combinación de P2P y topología federada.
Flexible y personalizable.
Contras:
Diseño e implementación complejos
Hasta cierto nivel puede inclinarse hacia la centralización.
Mecanismos de consenso
Los mecanismos de consenso son un conjunto de protocolos que los nodos de la red deben seguir para acordar el estado del libro mayor. Estos mecanismos se utilizan para la validación y autenticación de transacciones.
Algoritmos de consenso populares:
Prueba de trabajo (PoW): La prueba de trabajo también se conoce como minería. En este mecanismo de consenso, los usuarios tienen que resolver acertijos criptográficos que los recompensan. Es un concurso donde el primero en resolver se queda con el nuevo bloque. Este algoritmo utiliza hash para proteger la cadena de bloques. La dificultad de los acertijos PoW garantiza que la cadena de bloques permanezca segura y controla la velocidad a la que se agregan nuevos bloques.
Prueba de participación (PoS): La Prueba de participación selecciona validadores en función de la cantidad de monedas que tienen y la apuesta como garantía. El proceso de selección no depende sólo de la apuesta sino también de factores como la edad de la moneda y la aleatoriedad. Se eligen los validadores que tienen el valor hash más bajo y la cantidad de apuesta más alta para agregar el nuevo bloque. PoS es más eficiente energéticamente que PoW. Este mecanismo está implementado en Ethereum 2.0.
Prueba de participación delegada (DPoS): utiliza delegados y reputación para la validación de la transacción. Utilizado en EOS
Tolerancia práctica a fallas bizantinas (PBFT): el mecanismo de votación de los nodos se utiliza para validar. Esto es altamente tolerante al fraude y se utiliza en el tejido Hyperledger.
Prueba de autoridad (PoA): este mecanismo utiliza entidades preseleccionadas para la validación. Se utiliza en VeChain.
Comunicación y sincronización de nodos
Debes preguntarte cómo se comunican los nodos dentro de la red. La respuesta es similar a lo que hacen los humanos: los nodos descubren otros nodos utilizando protocolos como Gossip y luego propagan los mensajes. Interesante ¿verdad?
El proceso de sincronización de nodos implica dos pasos: en primer lugar, la sincronización inicial, donde descarga y verifica la sincronización, y la sincronización continua, que solo necesita actualizarse con nuevas transacciones.
Las técnicas para garantizar una comunicación eficiente y segura deben ser:
Uso de protocolos optimizados y eficientes.
cifrar los datos
Utilice la redundancia para evitar la pérdida de datos.
Retos y soluciones en la comunicación de nodos:
Mejore la latencia implementando conexiones y protocolos de alta velocidad
Garantice un cifrado sólido y protección DDoS
Garantizar el uso de topologías escalables
Monitoreo y mantenimiento de redes Blockchain
Herramientas y técnicas para monitorear redes blockchain:
Prometeo
Grafana
Explorador de bloques
El rendimiento de la red depende de la latencia, el rendimiento, el rendimiento del nodo de monitoreo y el tiempo de creación del bloque.
Prácticas de mantenimiento de nodos.
Actualice periódicamente el software
Esté siempre atento al parche de seguridad utilizado.
Auditorías de rutina
La solución de problemas comunes son problemas de conectividad y problemas de sincronización.
Garantizar disponibilidad y confiabilidad mediante la implementación de redundancia y el uso de técnicas de equilibrio de carga.
Escalabilidad y optimización del rendimiento
Desafíos en la ampliación de las redes blockchain
Rendimiento de transacciones
Muchas redes enfrentan el problema de un menor rendimiento mientras procesan una mayor cantidad de transacciones por segundo. Los mecanismos de consenso tradicionales pueden ser lentos y consumir muchos recursos.
Almacenamiento
Otro desafío importante al que se enfrenta es el almacenamiento. A medida que la cadena de bloques crece, la cantidad de datos también aumenta, lo que afecta la capacidad de almacenamiento y la eficiencia de recuperación de datos.
Estrategias para mejorar la escalabilidad de la red.
Soluciones de capa 2:
Lightning Network: Bitcoin utiliza esta solución fuera de la cadena para realizar transferencias más rápidas y económicas. Establece rutas de pago entre usuarios. La cadena de bloques registra cuando los caminos se abren o cierran.
Plasma y Rollups: Ethereum escala con estas herramientas. Manejan transacciones fuera de la cadena y brindan a la cadena principal un breve resumen. Esto reduce el trabajo de la cadena de bloques principal.
Fragmentación:
Partición de datos: la fragmentación divide la cadena de bloques en bits (fragmentos) más pequeños y fáciles de administrar. Cada fragmento se ocupa de sus intercambios y acuerdos inteligentes. Esto alivia la tensión en toda la red.
Procesamiento paralelo: los fragmentos pueden realizar transacciones al mismo tiempo. Esto aumenta considerablemente la cantidad de operaciones que la red puede manejar.
Técnicas de optimización del rendimiento para nodos.
Optimizar los datos y el almacenamiento.
Realizar poda
Utilice algoritmos de consenso eficientes
Utilice un sistema eficiente de gestión de bases de datos.
Tendencias futuras en la escalabilidad de blockchain
En los últimos tiempos se han producido novedades en los mecanismos de consenso. Hay nuevas incorporaciones como Prueba de Historia (PoH) utilizada por Solana. Además, hay una adaptación de un conjunto de diferentes consensos en un solo mecanismo. Hay avances en las soluciones de capa 2 como cadenas estatales y cadenas laterales e integración de interoperabilidad.
Estudios de casos y ejemplos prácticos
Bitcoin:
Bitcoin se basa en el mecanismo PoW, que tiene problemas como la escalabilidad y el rendimiento de las transacciones, por lo que la solución implementada para este problema fue Segregated Witness (SegWit), que reduce el tamaño de la transacción y aumenta la capacidad del bloque. La implementación de la solución de capa dos de Lightning Network aumenta la velocidad de las transacciones. Estas mejoras fueron valiosas para los problemas enfrentados.
Cambio de Ethereum 2.0:
Escalamiento de obstáculos: el primer sistema PoW de Ethereum tenía una velocidad de 15 TPS, muy similar a Bitcoin.
Ley de equilibrio: Ethereum luchó por equilibrar la seguridad, el rápido crecimiento y la escalabilidad.
Prueba de participación (PoS): Ethereum 2.0 intercambia PoW por PoS. Este nuevo método ahorra energía y maneja más operaciones.
Cadenas divididas: Ethereum 2.0 trae cadenas divididas. Estos le permiten manejar muchas operaciones a la vez, aumentando su poder a lo grande.
Conclusión
Podemos concluir diciendo que para una red eficiente es esencial comprender la topología y la arquitectura de la red. Los desarrolladores, junto con las prácticas de codificación, deben mejorar sus conocimientos y aprender continuamente sobre las actualizaciones en este dominio. Un buen dominio de estos conceptos ayuda a los desarrolladores a crear aplicaciones blockchain seguras, eficientes y escalables, y los usuarios pueden navegar mejor en el dominio de blockchain.
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