"Better, faster, and cheaper than ever before."

Este es el lema presente en todas las soluciones de Layer 2 y representa de una forma muy acertada que es lo que quieren para Ethereum. Estas pueden poseer distintos nombres y estrategias, pero siempre comparten el mismo objetivo. El enfoque de este post es tratar de explicar qué es lo que Arbitrum hace para diferenciarse de las demás y le permite tener el 50% del market share entre las soluciones de Layer 2.

Escalabilidad en Ethereum

Empecemos presentando un tema central para entender el funcionamiento de Arbitrum y por qué puede conseguir mejorar algunos puntos en los que la red de Ethereum se queda corta. Como ya estarán al tanto, Ethereum presenta una serie de problemas en cuanto a su escalabilidad considerando el volumen creciente de usuarios en la red. Si bien esto se debe a decisiones deliberadas que permiten garantizar la seguridad de Ethereum, los altos niveles de demanda de la red llevan a una mayor lentitud en las transacciones y a gas fees inviables.

¿Cómo hacemos para escalar Ethereum, entonces? Antes que nada, es crítico tener en cuenta el balance entre seguridad, descentralización y escalabilidad a la hora de pensar en soluciones (Blockchain Trilemma). Podemos encarar el problema desde varios puntos de vista, los cuales se agrupan principalmente en 2 categorías: soluciones on-chain y soluciones off-chain.

Soluciones on-chain

Las del primer tipo implica realizar cambios al protocolo de la red, por lo cual se requiere de mayor cuidado y tiempo para implementar. Un ejemplo de esto es sharding, proceso mediante el cual se particiona una base de datos horizontalmente y se la distribuye en distintos nodos.

Luego del cambio del mecanismo de consenso de Ethereum, que migró de proof of work a proof of stake (The Merge), el siguiente objetivo para el protocolo pasó a ser incorporar sharding en la mainnet de manera incremental, yendo de un sharding para el almacenamiento de datos (por ej. para rollups, un tipo de solución off-chain), excluyendo usos como ejecución de transacciones y smart contracts (es decir, estrictamente para data availability), hacia un sharding más completo que incluya esta última clase de operaciones (code execution).

Soluciones off-chain

Lo interesante del sharding como solución on-chain es que, dado el progreso alcanzado por las soluciones de layer 2 (categoría de soluciones dentro de las off-chain, abreviada como L2), se planea integrar sharding con dichas soluciones y permitir que los mecanismos de L2 tengan la mayor sinergía posible con la layer 1. Esto nos lleva a introducir las soluciones del segundo tipo, las off-chain. Estas tienen como finalidad migrar la mayoría del cómputo y almacenamiento involucrado en las transacciones y en los smart contracts a blockchains paralelas. Si bien dentro de las soluciones off-chain existen las sidechains, las Plasma chains y las Validium chains, en esta publicación nos centraremos en las soluciones de layer 2.

¿Cuál es la diferencia entre las redes de layer 2 y las demás? El principal factor que las diferencia es el hecho de que las layer 2 construyen sobre la seguridad y descentralización que ofrece la layer 1, mientras que las otras soluciones suelen tener sus propios mecanismos de consenso y en general buscan tener una mayor independencia de Ethereum.

Rollups

Pasemos a ver al protagonista de las soluciones L2: los rollups. Un rollup o "enrollado" consiste en agrupar cientos de transacciones dentro de una sola transacción en la layer 1. De esta manera, las comisiones de la transacción de L1 se distribuyen entre todas las entidades que figuran en el grupo de transacciones (el rollup), logrando que sean más baratas para cada usuario. Las transacciones del rollup se ejecutan por fuera de la layer 1 pero los datos de cada transacción se publican en la layer 1. Con esto último, los rollups consiguen heredar la seguridad de Ethereum. Existen 2 tipos de rollups, los optimistic u "optimistas", y los zero-knowledge o "cero conocimiento" (abreviado como ZK), y su principal diferencia radica en cómo las transacciones son publicadas a L1.

Optimistic Rollup

Los optimistic rollups cumplen las propiedades de los rollups mencionadas anteriormente, con la particularidad de que se adopta una postura "optimista" sobre la validez del estado de la red. Es decir que se asume que los datos publicados en L1 por el operador de la red de rollups son válidos. Para evitar que se publiquen transacciones fraudulentas en la L1, se utilizan las fraud proofs (pruebas de fraude), llevadas a cabo por nodos verificadores en la L1. En caso de que alguien logre demostrar la ocurrencia de fraude, el protocolo de rollup re-ejecuta las transacciones y re-computa el estado del rollup utilizando la totalidad de las transacciones, que son publicadas de forma comprimida como calldata en la mainnet (almacenamiento de bajo costo en Ethereum). Además, se penaliza al operador por publicar un rollup incorrecto. Típicamente se otorgan entre 1 y 2 semanas de período de disputa. Si nadie se opone a la tanda del rollup generado durante ese período, la tanda de operaciones se toma como válida y pasa a ser aceptada en Ethereum. Si bien se puede seguir realizando transacciones antes de que el estado del rollup sea validado en la L1, existe el riesgo de que las mismas sean revertidas si dependen de una transacción mal ejecutada previamente.

Los optimistic rollups utilizan smart contracts publicados en Ethereum a la hora de administrar la interacción entre la L2 y la L1. Aquellos que deseen utilizar la rollup chain deben depositar fondos en uno de estos smart contracts en la L1 (típicamente llamados cross-chain bridges) y una vez que el operador, también llamado sequencer, reciba validación de los depósitos, otorgará los fondos en la otra red.

Fuente: https://medium.com/privacy-scaling-explorations/an-introduction-to-optimisms-optimistic-rollup-8450f22629e8

El mismo sequencer también es el responsable de ordenar y ejecutar las transacciones, y al llegar a un cierto número de operaciones, publica la tanda de transacciones a la L1. Dicha publicación contiene los Merkle root de los estados del rollup antes y después de la publicación (llamados state root). Finalmente el smart contract del rollup actualizará su state root al nuevo al encontrar que la publicación coincide en el Merke root del estado previo.

Fuente: https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html

Otro aspecto importante a considerar sobre las vulnerabilidades que aparecen con la actitud optimista es la cómo enfrentar la situación en la que el sequencer se vuelva maligno o se apague, y cómo puede un usuario verificar con una prueba de Merkle que es dueño de los fondos a la hora de querer retirarlos. Para cumplir ambas condiciones, se publican las transacciones completas como calldata en L1, y por lo tanto cualquiera puede reconstruir el estado completo de la rollup chain, permitiendo que los usuarios hagan Merkle proofs sin inconvenientes y, si hiciera falta, levantar un nodo sequencer para reemplazar al maligno/caído. Adicionalmente, dichas transacciones también son utilizadas para las fraud proofs, ya que para hacer comparaciones entre los Merkle roots calculados para el root state del rollup es necesario ejecutar cada una de las transacciones previamente ejecutadas en la L2.

Los optimistic rollups pueden ofrecer mejoras de hasta 10-100 veces en la escalabilidad. En la siguiente tabla puede visualizarse el tamaño de los datos requeridos para una transacción de L1 comparados contra la misma transacción en la L2.

Fuente: https://ethereum.org/en/developers/docs/scaling/optimistic-rollups/#disputing-transactions

Otro punto clave de los optimistic rollups es que la mayoría de ellos son compatibles con la Ethereum Virtual Machine, por lo cual se pueden realizar ports de dApps hacia optimistic rollups, o directamente crear dApps para la L2 utilizando las herramientas de desarrollador de Ethereum.

Arbitrum

Arbitrum es una technology suite diseñada para escalar Ethereum. Se puede utilizar para todo lo mismo que se usa este último - smart contracts, usar apps Web3, etc. - pero con la gran ventaja de que las transacciones son más veloces y más baratas. Su objetivo es mejorar los puntos en los que Ethereum deja que desear, teniendo la capacidad de manejar muchísimas más transacciones por segundo y a menor costo, pero manteniéndose como una red sin un uso específico como sí lo son otras que están especializadas en préstamos, anonimato o demás.

El modelo que adopta Arbitrum es, lo adivinaron, el de un optimistic rollup. Y es esta decisión la que permite proveer las ventajas descritas.

Otro punto fuerte de Arbitrum es su compatibilidad con Ethereum. Diferentes protocolos de Layer 2 priorizan y se construyen optimizados para ciertas necesidades o flujos. Arbitrum fue creado con el objetivo de tener una compatibilidad integral con Ethereum, ofreciendo todos los casos de uso asociados. Esta decisión permite, por ejemplo, que todos los usuarios pueden usar Arbitrum con todas sus wallets de Ethereum favoritas o que los desarrolladores puedan implementar y deployar contratos haciendo uso de sus librerías y herramientas favoritas. La experiencia de usar Arbitrum, por lo tanto, se siente idéntica a la de estar usando Ethereum, pero con una mayor rapidez a un costo inferior. Gran parte de los esfuerzos en desarrollo se centraron en lograr esta compatibilidad, lograda mediante el uso de un fork de Geth, la implementación más elegida de Ethereum, agregando optimizaciones para transformarla en una solución de Layer 2.

Historia de Arbitrum

Arbitrum fue fundada por la empresa Offchain Labs en 2018, que a su vez fue co-fundada en New York, NY en el mismo año por Ed Felten (Chief Scientist), Steven Goldfeder (CEO) y Harry Kalodner (CTO). Felten es profesor de Ciencias de la Computación en Princeton University, además de ex CTO de la Casa Blanca y asesor del presidente de EE. UU. entre 2015 y 2017. Goldfeder posee un PhD de Princeton University, donde investigó la intersección entre criptografía y las criptomonedas, y además es el co-autor de Bitcoin and Cryptocurrency Technologies, uno de los textbooks líderes dentro del mundo de las criptomonedas. Finalmente Kalodner asistió a Princeton University como un candidato de PhD, investigando economía, anonimato, y las criptomonedas. La empresa tiene su sede principal en New York, NY.

Offchain Labs ya ha recibido grandes inversiones de parte de grupos como Coinbase Ventures, Pantera, Lightspeed, BlockNation, y Compound, entre muchos otros. Para abril de 2021, consiguieron recaudar una inversión de 20 millones de dólares en una ronda de inversión serie A, y para agosto del mismo año juntaron otros 100 millones en una ronda serie B, junto a una valoración de 1.2 mil millones de dólares.

El Equipo a Día de Hoy

Actualmente, la empresa cuenta con 30 empleados, y tiene vacantes abiertas para diversos puestos, como developer de blockchain, ingeniero de front-end, ingeniero de integración, community manager, coordinador de marketing, etc. Buena parte de los puestos de ingeniería y desarrollo se llevan a cabo de manera remota. Poseen un blog oficial en Medium, donde suelen reportar sobre los últimos avances y progresos en Arbitrum.

En cuanto a la gobernanza de la chain, no se encuentra ningúna información disponible sobre la existencia de algún esquema, y considerando que el sequencer de Arbitrum es centralizado se puede asumir que actualmente la gobernanza del proyecto está prácticamente en manos de Offchain Labs. Adicionalmente, el proyecto todavía no tiene ningún token nativo, y desde Offchain Labs afirman que no necesitan uno, ya que todas las transacciones en la sidechain se realizan con ETH. No obstante, se especula sobre la llegada del mismo, considerando que su principal competencia, Optimism, ya tiene su propio token (OP). La existencia de dicho token permite la financiación del Optimism Collective, cuyo objetivo es incrementar la rentabilidad del desarrollo de mejoras por terceros al ecosistema de Optimism, y a su vez la introducción de un sistema de gobernanza.

Con respecto a la seguridad del proyecto, no hay evidencia de que se hagan auditorías formales por terceros de cualquier tipo. Sin embargo, Arbitrum se encuentra en la plataforma de bug bounty de Web3 llamada Immunefi, donde ofrecen desde 1.000 USD hasta 2.000.000 USD en recompensas por encontrar vulnerabilidades en el código fuente, dependiendo de la gravedad.

Arbitrum y su Competencia - Comparación

Arbitrum no es el único ni el primer enfoque basado en la idea de rollups optimistas para mejorar la rapidez. Si observamos el market share en el universo de las Layer 2 de Ethereum podemos ver que, en segundo lugar y con un 30% del mismo, se encuentra Optimism (cuyo nombre incluso ya está directamente asociado al concepto de optimismo). Estas cadenas se basan en la misma idea general de rollup optimista, pero tienen una serie de diferencias importantes.

En primer lugar, se presentan variaciones en su proceso de resolución de disputas para desafiar transacciones que se creen fraudulentas. Optimism usa pruebas de fraude single-round ejecutadas en la Layer 1 (Ethereum), mientras que Arbitrum usa un método multi-round que además se ejecuta off-chain, yendo solo a la Layer 1 cuando es necesario, reduciendo la cantidad de gas consumida. El método multi-round de Arbitrum es el más avanzado de los dos, siendo menos costoso y más eficiente, aunque demora más tiempo que el single-round.

Para comprender mejor las diferencias entre ambos procesos, se describirán brevemente ambos. En el método single-round, se ejecuta por completo toda la transacción de Layer 2 en Layer 1 y verifica si hay fraude o no, lo que hace que sea rápido de resolver por hacerse en el momento pero costoso de ejecutar al tener que pagar por gas de Layer 1 y supervisar la ejecución. Por otro lado, el método multi-round se basa en que los dos grupos enfrentados se comunican hasta definir una única operación en la que están en desacuerdo y esa es únicamente la que se ejecuta en Layer 1. Esto tiene como ventaja que el precio se mantiene bajo al ejecutar on-chain únicamente lo mínimo e indispensable pero puede demorar alrededor de 1 semana en definirse la resolución.

En segundo lugar, si bien tanto Optimism como Arbitrum son EVM-compatible, Optimism hace uso directamente de la EVM, mientras que Arbitrum ejecuta su propia máquina virtual, Arbitrum Virtual Machine (AVM). Esto conlleva, por un lado, a que Optimism cuente únicamente con un compilador de Solidity, mientras que Arbitrum soporta todos los lenguajes compilados con la EVM (Vyper, Yul, etc); y por otro lado, como Optimism corre sobre EVM, ni siquiera hay que pensar en compatibilidad con Ethereum, se reduce toda la fricción .

Estas diferencias pueden no ser demasiado importantes para el usuario promedio; al fin y al cabo la experiencia básica al usar estas soluciones será bastante similar. Hay una diferencia más llamativa en cuanto a sus comunidades, sobre todo considerando la misma situación unos meses atrás (la comunidad de Optimism ha visto un incremento considerable en este último tiempo). Hay que recordar que en cuanto market share, Arbitrum cuenta con el 50% y Optimism con el 30% dentro de las Layer 2 (estadística con fecha el 7 de octubre de 2022). En cuanto a la cantidad de usuarios en Discord, también se presenta una diferencia notable. Arbitrum cuenta con 236.000 miembros y Optimism con 48.000 en sus respectivos canales oficiales. En Twitter en cambio la brecha es menor, teniendo Arbitrum 316.000 seguidores y su competencia 284.000.

Cabe remarcar que como en ambas soluciones los depósitos y transacciones se ejecutan en el momento, los retiros de la red coinciden, tardando 1 semana para confirmarlo. Se debe tener ese periodo de espera pues es durante este tiempo que se aceptan disputas y se ejecuta la resolución de las mismas; pasada esa semana, si no se han recibido, se confía que el retiro es correcto y se completa.

Los modelos de rollup optimista también tienen como competencia a las redes rollup ZK (zero knowledge). En estas redes no se confía en la correctitud de las transacciones y se corroboran solo cuando alguien eleva una disputa, sino que las transacciones deben estar acompañadas de una prueba criptográfica que refleje su validez. Aunque la idea de no tener que confiar ciegamente en lo que se publica parece una ventaja importante la realidad es que se prefieren y usan más las rollup optimistas que las ZK. Las optimistas ofrecen menores costos al tener que publicar menos información, son más simples de programar al no tener que pensar en la elección e implementación de las pruebas criptográficas y suelen ser muy compatibles con la EVM. Por otro lado en las ZK se ahorran la semana de espera al retirar el dinero al no tener que esperar disputas, no es necesario monitorear las transacciones y las pruebas criptográficas garantizan la seguridad de las mismas.

Estadísticas y Comunidad

Recordemos el principio fundamental detrás de Arbitrum: transacciones más veloces y baratas. El proyecto cuenta actualmente con 1.420.113 de direcciones asociadas (estadística con fecha el 10 de octubre de 2022), y un número de transacciones diarias que rondan las 39000 en promedio, llegando incluso a su pico máximo de 287.019 transacciones a fines del mes de junio de 2022. Si comparamos el promedio de gas diario consumido entre Arbitrum y Ethereum, se puede observar una diferencia de alrededor de 2 dólares a favor de Arbitrum, con picos de gran diferencia que puede llegar incluso a los 20 dólares. Pero es en cuanto a precios del gas dónde radica la gran diferencia, ya que en promedio Arbitrum es 10 veces menos costoso que Ethereum.

Es importante destacar que Arbitrum no es una solución útil únicamente a los desarrolladores o clientes versados. Es usada tanto por desarrolladores de smart contracts específicos como por personas que deseen hacer sus transacciones rutinarias, incluso sin poseer mucha experiencia dentro del paradigma cripto. Por estas razones, es difícil definir un nicho asociado a la red, ya que su funcionamiento es idéntico al de Ethereum pero con la ventaja de transacciones más rápidas y tarifas de gas considerablemente más bajas.

La comunidad se reúne principalmente en el Discord oficial, aunque también hay una gran presencia en Twitter. Asimismo, cuentan con un canal de Youtube, canal de Telegram y una cuenta (prácticamente abandonada, solo con dos posts) de Instagram. A pesar de tener más de 236.000 usuarios en su canal de Discord, solo 20.000 tienen un rol más activo y participan en el canal. Teniendo en cuenta la considerable cantidad de miembros del canal, el enfoque de los canales varía enormemente. Hay desde canales generales con tono más informal donde se responden preguntas, hasta uno únicamente destinado a decir “gm” (good morning) o, si el usuario se siente rebelde, “gn” (good night). Hay también canales dirigidos a desarrolladores, con secciones para preguntas más específicas, pudiendo adjuntar fotos de errores y demás. Se suben también links a videos de AMA (Ask Me Anything) donde el equipo detrás de Arbitrum responde preguntas y habla de temas pertinentes. Cuentan además con una sección de recruiting donde se publican búsquedas laborales con el objetivo de agrandar al equipo de Arbitrum.

La comunidad se comunica casi totalmente en inglés y todas las noticias oficiales están únicamente en ese idioma. La excepción a esto es la presencia de un canal con chino como idioma base que muestra un alto grado de actividad, incluso comparable con el resto.

Actividad Reciente

Arbitrum ha estado sumamente activa en los últimos meses, particularmente con el lanzamiento de Arbitrum Nitro y Arbitrum Nova.

Arbitrum Nova fue lanzada el 8 de agosto del presente año como una nueva chain enfocada en desarrollo de aplicaciones sociales y videojuegos, implementando la tecnología de pila Nitro. Es la primera chain de Arbitrum en implementar Arbitrum AnyTrust, tecnología centrada en un cambio de protocolo en cuanto a la nueva posibilidad de asunción de honestidad de miembros del comité de la chain, aunque restringida a un mínimo. Esto difiere con la denominada política trustless de la mainnet, denominada Arbitrum One. El foco de Nova se centra en el desarrollo de aplicaciones con un número muy alto de transacciones pero en búsqueda de mantener una seguridad alta y unos costos aceptables, como redes sociales y videojuegos.

La migración de Arbitrum One a Arbitrum Nitro fue realizada el 31 de agosto del presente año, y es considerada una de las actualizaciones más importantes de la red. El objetivo de esta fue mejorar drásticamente la usabilidad, rendimiento y escalabilidad de la chain implementando la tecnología de la pila Nitro.

En cuanto a ataques maliciosos, Arbitrum puede considerarse afortunada. En septiembre de 2022, un white-hat hacker hizo pública una grave vulnerabilidad encontrada durante el lanzamiento de Arbitrum Nitro, en relación al bridge que conecta a este último con Ethereum. El hacker, de nombre Riptide, menciona inconsistencias en la inicialización del producto, pudiendo incluso llegar a cambiar la dirección de este por la suya, redireccionando así todos los depósitos de ETH que deberían ser puenteados desde Ethereum a Arbitrum Nitro. Como comparación, a principios de agosto de 2022 se logró explotar con éxito el bridge Nomad, lo que causó una pérdida de 200 millones de dólares. Otro ataque célebre se dio en un bridge asociado al juego Axie Infinity, que sufrió una pérdida de 600 millones de dólares.

Y, como mencionamos antes, hay rumores de que Arbitrum lanzará su token en un futuro muy cercano. Ya están circulando posibles criterios que se deben cumplir para poder recibir tokens en el airdrop inaugural del token. El público está entusiasmado y tiene altas expectativas dado el éxito de Optimism al lanzar su token y considerando que Arbitrum tiene un pedazo más grande del mercado que este.

Conclusión

En conclusión, Arbitrum es una solución de Layer 2 para Ethereum, centrada en ofrecer transacciones más rápidas y a menor precio, que se basa en un modelo de rollup optimista. Es actualmente el líder de las L2 y, de cara a lo que se viene, parece que va a continuar creciendo.

Autores

• Arca, Gonzalo

• Quintairos, Juan Ignacio

• Sicardi, Julián

Fuentes

• https://developer.offchainlabs.com/intro/

• https://www.benzinga.com/money/what-is-arbitrum

• https://offchainlabs.com/careers/?i=ourteam

• https://arbiscan.io/chart/address

• https://www.alchemy.com/overviews/arbitrum-statisticshttps://techcrunch.com/2021/08/31/offchain-labs-raises-120-million-to-hide-ethereums-shortcomings-with-arbitrum-scaling-product/

• https://community.optimism.io/docs/governance/#

• https://immunefi.com/bounty/arbitrum/

• https://decrypt.co/resources/what-is-arbitrum-speeding-up-ethereum-using-optimistic-rollups

• https://ethereum.org/en/developers/docs/scaling

• https://ethereum.org/en/upgrades/sharding/

• https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html

• https://www.alchemy.com/overviews/optimistic-rollups

• https://ethereum.org/en/layer-2/

• https://www.coindesk.com/business/2022/09/22/arbitrum-tiene-el-mayor-auge-de-usuarios-entre-las-principales-blockchains-segun-bernstein/

• https://ethereum.org/en/developers/docs/scaling/optimistic-rollups/

• https://medium.com/offchainlabs/introducing-anytrust-chains-cheaper-faster-l2-chains-with-minimal-trust-assumptions-31def59eb8d7

• https://medium.com/offchainlabs/its-time-for-a-new-dawn-nova-is-open-to-the-public-a081df1e4ad2

• https://www.google.com/url?q=https://medium.com/offchainlabs/arbitrum-nitro-one-small-step-for-l2-one-giant-leap-for-ethereum-bc9108047450&sa=D&source=docs&ust=1666050159166580&usg=AOvVaw3jiNtK8vTzFd02skU0TtJx