¿Cómo se propagan (transmiten) las transacciones de Ethereum?

Las transacciones son el intercambio fundamental de información y valor en una blockchain, y son fundamentales para que desarrolladores, traders y aficionados las comprendan. Las transacciones se propagan por la red P2P (Peer-to-Peer) descentralizada de Ethereum usando una variedad de protocolos de red como RLPx y el Wire Protocol, para garantizar que los productores de bloques y los validadores puedan encontrar las transacciones pendientes en el mempool.

Este artículo cubrirá los tipos de transacciones de Ethereum y cómo se transmiten las transacciones a través de la red de nodos de Ethereum.

¿Qué es una transacción de Ethereum?

Una transacción de Ethereum es un proceso contractual mediante el cual una dirección envía tokens o activos a otra dirección en la red de Ethereum. Un ejemplo simple de una transacción de Ethereum es una persona, Alice, que envía 1 ETH, el token nativo de Ethereum, a su amigo Bob.

Dado que las transacciones son fundamentales para construir aplicaciones de blockchain, exploremos la información que incluye una transacción de Ethereum.

¿Qué información incluye una transacción de Ethereum?

A nivel de lenguaje de programación, la emisora Alice porta la variable global msg.sender, mientras que el receptor, Bob, porta la variable address(this), y la cantidad de tokens que se envían entre las dos partes, 1 ETH, es el msg.value.

Además de estos datos, una transacción típica de Ethereum siempre contendría los siguientes detalles:

• Signature - un sello de aprobación del emisor para inicializar la transacción
• gasLimit - la cantidad máxima de gas que se puede usar para la transacción
• Nonce - un identificador único de la transacción específica
• Data - una sección opcional para la descripción o mensaje de la transacción

¿Cuáles son los diferentes tipos de transacciones de Ethereum?

Existen múltiples tipos de transacciones de Ethereum, incluyendo transacciones para desplegar smart contracts, transacciones entre entidades (es decir, personas), transacciones entre smart contracts (transacciones internas), o una combinación de transacciones entre personas y smart contracts, como el uso de un protocolo de DeFi.

Para esta sección, nos enfocaremos en los diferentes tipos de estados de transacciones entre entidades, en relación con la propagación de transacciones a través de la red de Ethereum.

1. Transacciones agrupadas (pendientes)

Las transacciones agrupadas son transacciones pendientes en el mempool que no han sido minadas (es decir, transacciones pendientes dentro del almacenamiento local de un solo nodo).

Cuando dos nodos establecen una conexión compartida, el contenido del pool local de transacciones de cada nodo se comparte para que cada nodo tenga una lista completa de transacciones pendientes.

A medida que los nodos establecen más conexiones en la red P2P de Ethereum, las transacciones enviadas a un solo nodo o a varios nodos simultáneamente se propagan de forma más amplia a través de la red.

2. Transacciones minadas

Las transacciones minadas son transacciones completadas que fueron seleccionadas del pool global de transacciones pendientes (es decir, el mempool), e incluidas en un nuevo bloque que se agregó a la blockchain.

Debido a las reorganizaciones de cadena (reorgs), una transacción minada puede tener uno de varios niveles de confirmación. Antes de The Merge, los bloques de transacciones tenían un nivel de confirmación latest que se incrementaba en cada bloque (~12 segundos), mientras que después de The Merge las transacciones además pueden etiquetarse como safe (también llamado justified) o finalized, que se incrementan cada 32 bloques (~6 minutos).

Los bloques safe son bloques que es poco probable que se reorganicen, y los bloques finalized es extremadamente improbable que se reorganicen.

3. Transacciones descartadas y reemplazadas

Una transacción descartada es una transacción pendiente que fue eliminada del mempool global. Las transacciones descartadas pueden ocurrir si las tarifas de gas del emisor eran demasiado bajas, o si hubo un error con el nonce de la transacción.

Una transacción reemplazada es una transacción que tiene el mismo nonce que una transacción existente en el mempool. Las transacciones reemplazadas se usan más comúnmente cuando los usuarios intentan aumentar el precio del gas de su transacción original para que se incluya en el siguiente bloque. Cuando se confirma una transacción reemplazada, la transacción original se descarta.

4. Transacciones reforzadas

Una transacción reforzada es un nuevo tipo de transacción de Ethereum que aumenta la probabilidad de que las transacciones se validen, especialmente durante períodos de alta actividad de red y volatilidad en el precio del gas, al volver a propagar las transacciones a los nodos de Ethereum.

Las transacciones reforzadas son una solución para las transacciones fallidas y descartadas.

Tipos de transacciones adicionales

Además de las transacciones agrupadas, minadas, descartadas y reemplazadas, y reforzadas, existen otros estados de transacción, incluyendo:

• Canceled Transactions - un tipo de transacción de reemplazo que cancela la transacción original
• Confirmed Transactions - una transacción que ha sido minada e incluida en la blockchain
• EOA Transactions - una transacción entre una o más cuentas de propiedad externa (EOAs), típicamente una persona
• Failed Transactions - una transacción que se intentó y no tuvo éxito
• Internal Transactions - una transacción entre dos smart contracts
• Private Transactions - una transacción enviada directamente a un minero, evitando el mempool público
• Stuck Transactions - una transacción que no puede ser minada
• Type 0 Transactions - una transacción anterior a la adopción de EIP-1559
• Type 2 Transactions - una transacción que cumple con la actualización EIP-1559

¿Cómo funciona la red p2p de Ethereum?

En una red peer-to-peer, los usuarios son tanto consumidores como proveedores de recursos de la red. Pero no todos los frameworks P2P son iguales, por lo que los mecanismos de cómo se comparte, valida y transmite la información son fundamentales para entender la red de Ethereum en su conjunto.

En las redes P2P, la información se comparte y almacena a través de nodos. Al momento de escribir esto, Ethereum tiene más de 300,000 full nodes. A continuación se describe cómo se agregan nuevos full nodes, los protocolos relevantes, y las funciones específicas que realiza cada nodo para procesar, verificar y validar nuevos bloques en la cadena de Ethereum.

1. Los nodos se descubren entre sí

Ethereum usa bootnodes para detectar y descubrir nuevos nodos en la red. Una vez que un nuevo nodo está dispuesto a conectarse, enviará al bootnode una solicitud de inicialización llamada PING. El bootnode entonces responde con un mensaje de vinculación PONG.

Una vez que esto se establece, el nodo consulta al bootnode para que le proporcione una lista de otros nodos cercanos. Debido a que Ethereum organiza los nodos como hojas en un árbol binario, la noción de distancia se refiere a la proximidad numérica entre los IDs de 160 bits de dos nodos cualesquiera.

La función del bootnode se completa una vez que el nodo puede conectarse con los nodos cercanos disponibles. La tarea de sincronización luego es facilitada por el protocolo RPLx.

2. Los nodos establecen una conexión segura

El protocolo RPLx facilita la sincronización de dos nodos al permitir el envío y recepción de paquetes (es decir, pequeños fragmentos de datos). Los paquetes se enmarcan dinámicamente, usando codificación RLP, además de estar cifrados y autenticados.

Usando RPLx, los nodos establecen una conexión segura y se verifican mutuamente. La verificación requiere que ambos nodos envíen un mensaje de autenticación seguido de un mensaje que incluye el puerto, los IDs tanto del cliente como del nodo, y el protocolo y subprotocolo.

Una vez que los nodos se han autenticado mutuamente, pueden comenzar a comunicarse usando el Wire protocol. Estos dos nodos ahora se consideran pares (peers), y los peers son la forma en que un nodo se comunica con toda la red de Ethereum.

3. Los nodos sincronizan el estado, los bloques, e intercambian transacciones agrupadas

En esta etapa, un nuevo full node en la red P2P de Ethereum se armonizará con el estado de todo el protocolo y comenzará a intercambiar datos. Aquí es necesario hacer una distinción importante entre nodos y clientes. Aunque los términos a menudo se usan indistintamente, un cliente es el software que permite a los nodos leer bloques y smart contracts en la blockchain de Ethereum.

Todos los full nodes en Ethereum tienen tres tareas básicas con el Wire protocol:

1. Sincronización
2. Propagación de bloques
3. Propagación de transacciones pendientes

3A. Sincronización de cadena y estado

La sincronización se divide en sincronización con la cadena y sincronización con el estado.

Durante la sincronización con la cadena, los peers presentan la tasa de dificultad y el hash de sus bloques disponibles. El cliente con la tasa de dificultad más alta descarga los encabezados de los bloques. Durante la sincronización de estado, por otro lado, los peers autentican la originalidad de los datos y descargan el estado del bloque.

3B. Propagación de bloques

Durante la propagación de bloques, los bloques en la red P2P de Ethereum se procesan y transmiten. Una vez que hay un nuevo bloque, los clientes lo verificarán enviándolo a sus peers y aprobando las transacciones que contiene el bloque.

Después de que el cliente ha validado y procesado el bloque, el nodo debe transmitirlo a todos los full nodes o peers en la red, dándoles la oportunidad de impugnar su validez.

3C. Intercambio de transacciones pendientes (agrupadas)

Los mineros tienen la responsabilidad de agregar nuevos bloques a la cadena; por lo tanto, todos los nodos que participaron en la verificación deben proporcionar a los mineros las transacciones pendientes procesadas.

Para comenzar este intercambio, cada peer debe enviarse mutuamente los hashes de las transacciones pendientes que tiene. Debido a que las transacciones privadas se envían directamente a mineros o productores de bloques, los nodos no podrán descubrir ni propagar este tipo de transacciones.

Cuando se completan todas estas tareas, los mineros ya pueden agregar un nuevo bloque a la cadena de Ethereum, y el Wire protocol comienza de nuevo.

¿Cómo se propagan las transacciones de Ethereum?

Las transacciones de Ethereum se propagan dentro de toda la red cuando un nodo señala que hay una nueva transacción en su colección de transacciones agrupadas, y los peers consultan para obtener estas transacciones.

Así es como sucede:

1. El nodo que propaga informa a la red sobre las nuevas transacciones publicando el mensaje NewPooledTransactionHashes.
2. Alternativamente, los peers pueden consultar por estas transacciones publicando el mensaje GetPooledTransactions

¿Cómo se transmiten las transacciones después de The Merge?

Desde The Merge, los nodos de Ethereum tienen dos clientes de nodo separados: un cliente de la capa de ejecución y un cliente de la capa de consenso, con responsabilidades separadas para el manejo de transacciones. En resumen, el cliente de la capa de ejecución es responsable de ejecutar las transacciones y validar el estado, y el cliente de la capa de consenso es responsable de recibir y propagar nuevos bloques.

Aquí hay un poco más de detalle sobre cómo operan las transacciones en un entorno posterior a The Merge:

El cliente de la capa de consenso de cada nodo es responsable de recibir, pre-validar, pasar el bloque al cliente de la capa de ejecución, agregar el bloque a la cabeza de la blockchain una vez que el cliente EL completa sus tareas, y transmitirlo a través de la red.

Cuando el cliente de ejecución recibe un bloque pre-validado del cliente de la capa de consenso del nodo, es responsable de ejecutar las transacciones, validar el estado del bloque, y luego enviar el bloque validado de vuelta al cliente de la capa de consenso.

Aparte de estos cambios, todos los demás modos de operación de la red P2P de Ethereum siguen siendo los mismos desde The Merge.

¿Cómo se transmiten las transacciones cuando el cliente CL es también el productor de bloques?

En el Ethereum posterior a The Merge habrá productores de bloques y proponentes de bloques, y la forma en que se propagan las transacciones y los bloques después de The Merge opera de manera ligeramente diferente cuando el cliente de la capa de consenso es también el productor de bloques. Para obtener información sobre este caso de uso particular, lee la documentación de la capa de red de la Ethereum Foundation.

Resumen de la propagación de transacciones de Ethereum

La red peer-to-peer global de Ethereum requiere que los nodos se encuentren, verifiquen y se comuniquen de forma segura entre sí para transmitir transacciones pendientes (agrupadas) y bloques recién minados. Usando una serie de protocolos de red de bajo nivel como RLPx y el Wire Protocol, este proceso de conexión (peering) y propagación de información a través de la computadora global de Ethereum hace posibles las transacciones de blockchain.