Optimización del almacenamiento blockchain: el sistema de almacenamiento basado en rutas de Smart Chain

Introducción

Gestionar un nodo completo conlleva una responsabilidad significativa que exige atención constante y experiencia técnica. El método tradicional de administración de nodos ha supuesto desafíos considerables, especialmente por las operaciones de poda offline que llevan años afectando a los operadores de nodos en distintas redes blockchain.

El esquema de almacenamiento basado en rutas, introducido en Geth V1.13.0, aporta una solución transformadora a estos problemas persistentes. Este enfoque innovador mejora sustancialmente el rendimiento y la experiencia del usuario al modificar de raíz la forma en que se almacena y gestiona el estado de la blockchain.

Esta guía analiza tres aspectos clave: los motivos estratégicos por los que las principales smart chains han adoptado PBSS, las principales mejoras de rendimiento que ofrece PBSS frente a los esquemas tradicionales basados en hash y las optimizaciones concretas implementadas en su despliegue, junto con los resultados de pruebas empíricas.

¿Por qué las Smart Chains adoptaron PBSS?

Antes de la llegada de PBSS, las redes compatibles con EVM más relevantes sufrían ineficiencias significativas propias del almacenamiento basado en hash. Estas limitaciones se hicieron especialmente evidentes por dos características operativas: un tiempo de creación de bloque extremadamente rápido (3 segundos) y un límite de gas de 140 millones.

Aunque estas especificaciones ofrecen grandes capacidades de rendimiento de transacciones, generan presiones crecientes sobre el almacenamiento. La acumulación rápida de datos obliga a los usuarios a detener periódicamente sus nodos para realizar costosas podas offline, un proceso exclusivo del esquema basado en hash introducido en Geth versión 1.10.

PBSS resuelve estos problemas al incorporar una función de poda online del estado que reduce eficazmente el exceso de datos sin necesidad de operaciones offline. En lugar de forzar a los operadores a interrumpir el servicio, PBSS ajusta el tamaño del almacenamiento de forma dinámica mediante procesos en segundo plano continuos, lo que proporciona una experiencia fluida. Las mejoras de rendimiento son notables: el tiempo medio de importación de un bloque se ha reducido de 698 ms a 531 ms, lo que supone una disminución del 24 % en el procesamiento por bloque.

Path-Based vs Hash-Based

La diferencia arquitectónica entre PBSS y el modelo tradicional basado en hash reside en sus mecanismos de almacenamiento. PBSS utiliza un modelo basado en rutas que organiza los nodos trie con rutas codificadas como claves, mientras que el modelo basado en hash emplea el hash del contenido de cada nodo. Esta diferencia tiene efectos de gran impacto en el rendimiento del sistema.

El modelo basado en rutas permite podar datos de estado de forma inline y favorece un uso más eficiente del almacenamiento de los nodos trie. Estas mejoras se traducen en un mayor rendimiento del sistema y una menor demanda de recursos.

El contraste en el crecimiento del almacenamiento es especialmente revelador. En modo hash, la base de datos de estado crece rápidamente, alrededor de 50 GB semanales, por la acumulación de datos históricos. Por el contrario, en modo ruta, el crecimiento es mucho más lento, aumentando en menos de 5 GB por semana. Esto supone una reducción diez veces superior en la expansión, haciendo el modo ruta mucho más sostenible para operaciones prolongadas de nodos.

Innovaciones en el PBSS de Smart Chain

Aunque PBSS proporciona una base robusta, las smart chains de alto rendimiento tenían el reto de gestionar un volumen extraordinario de transacciones en su infraestructura EVM. Para abordar esta situación, los equipos técnicos implementaron ajustes y optimizaciones específicos para las diferencias operativas. Estas innovaciones se enfocan en dos desafíos principales: la generación de bloques vacíos cuando los validadores procesan más de 1 000 TPS y las importantes fluctuaciones en el rendimiento al tratar grandes lotes de transacciones.

Async Node Buffer

Innovación: Las cadenas de alto rendimiento han adoptado una estrategia de buffer de nodos asíncrona, diferenciándose de los esquemas síncronos convencionales. Las redes con tiempos de bloque largos permiten que el buffer de nodos funcione de forma síncrona, interrumpiendo el flujo principal para completar vaciados a disco y sincronización de caché durante la creación de bloques.

En redes con intervalos de bloque de 3 segundos, la latencia de las operaciones síncronas de disco resulta inaceptable. Para mantener la eficiencia y evitar interrupciones en la producción continua de bloques, los ingenieros han diseñado un buffer asíncrono en la capa de disco que procesa los vaciados en segundo plano para asegurar la producción ininterrumpida de bloques.

El buffer de nodos asíncrono funciona así:

• La capa diferencial más antigua aplica sus cambios en la capa de disco de forma síncrona. Lo esencial es que el sistema no espera a que el buffer termine de vaciar en disco, aunque el buffer supere los umbrales establecidos.
• El buffer de nodos vinculado a la capa de disco realiza vaciados a la base de datos de forma constante en segundo plano, permitiendo que otros procesos sigan sin interrupciones. Estas operaciones garantizan la seguridad, protegiendo la integridad de las transacciones y la consistencia del estado.
• La base de datos mantiene de forma continua instantáneas completas de los datos de estado en alturas de bloque históricas concretas, lo que asegura la disponibilidad y consistencia de los datos para su validación.

Optimización de la caché de nodos trie

Innovación: Las cadenas de alto rendimiento han ajustado los parámetros de la caché de nodos trie para mejorar la estabilidad del sistema y eliminar variaciones inesperadas en el rendimiento. Esta optimización responde a los retos derivados de la mejora del buffer asíncrono.

El aumento en la frecuencia de vaciados a disco incrementó la probabilidad de eventos de compactación de la base de datos. La compactación, que fusiona y reescribe datos para optimizar el almacenamiento y la lectura, puede reducir el rendimiento y aumentar la latencia.

Este reto se ha abordado duplicando el tamaño del buffer en la capa de disco, lo que reduce la frecuencia de las operaciones de compactación. Un buffer mayor permite almacenar más datos antes de tener que escribir o vaciar en la base de datos, disminuyendo el número de ciclos de escritura y sobrescritura, los principales disparadores de compactación.

Además, una gestión avanzada de memoria incorpora una caché limpia con el doble de tamaño que la caché de buffer de nodos. Esta mayor asignación reduce el riesgo de sobrescritura de datos durante la sincronización entre cachés. Cuando el buffer de nodos aplica cambios al disco mediante la caché limpia, la ampliación de memoria asegura que los datos críticos sigan disponibles, resultando esencial para mantener un alto rendimiento y baja latencia.

Optimización del ancho de banda de disco

Innovación: Las cadenas de alto rendimiento han implementado PebbleDB optimizado (motor de base de datos open source) para regular inteligentemente las operaciones de vaciado y compactación, evitando así picos de latencia que degradarían el rendimiento. Esto supone una mejora sobre las arquitecturas tradicionales.

Las implementaciones modernas de PBSS sustituyen los sistemas de base de datos clásicos por PebbleDB optimizado. Los sistemas antiguos funcionan sin mecanismos de limitación, ejecutando vaciados y compactaciones siempre al máximo, lo que genera picos de latencia en las operaciones de lectura y escritura. Con altos volúmenes de transacciones, estos picos afectan visiblemente el rendimiento.

En cambio, PebbleDB incorpora limitadores de velocidad independientes para vaciados y compactaciones, ajustando inteligentemente la velocidad de operación a las necesidades reales. Así, los procesos solo avanzan tan rápido como es necesario, evitando una sobrecarga en el ancho de banda de disco y manteniendo un rendimiento constante bajo carga.

PebbleDB se ha ido incorporando progresivamente en redes EVM, con un esfuerzo notable en pruebas para ajustar la configuración a patrones y perfiles de tráfico concretos, garantizando el mejor rendimiento posible en cada contexto.

Pruebas comparativas

Las pruebas realizadas coordinaron varios validadores con versiones binarias idénticas y hardware estandarizado. Un validador trabajó en modo hash con bases de datos tradicionales, y otro en modo ruta con PebbleDB, manteniendo el resto de variables controladas.

Configuración de hardware para validadores piloto:

• Instancia AWS im4gn.4xlarge EC2
• 16 núcleos de CPU y 64 GB de memoria
• 7 TB de almacenamiento SSD Nitro

Los resultados obtenidos a lo largo de 2024 y principios de 2025 confirman mejoras sustanciales en indicadores clave de rendimiento:

Los datos empíricos confirman que el almacenamiento basado en rutas consigue mejoras consistentes y significativas en las operaciones principales. Si bien esta estrategia utiliza más ancho de banda de disco, los mecanismos de limitación de PebbleDB mitigan eficazmente los picos de latencia que, de otra forma, afectarían al sistema.

Conclusión

La implantación del almacenamiento basado en rutas supone un hito en la optimización de la infraestructura blockchain. Al reemplazar la poda offline por la gestión online del estado y sumar optimizaciones como buffers de nodos asíncronos, estrategias avanzadas de caché y una gestión inteligente del ancho de banda del disco, las smart chains de alto rendimiento han logrado mejoras notables en eficiencia de almacenamiento y rendimiento operativo.

La reducción del 24 % en el tiempo de importación de bloques, junto con el descenso drástico en el crecimiento del almacenamiento (de 50 GB a menos de 5 GB semanales), demuestra que PBSS ofrece una base escalable para redes blockchain de alto rendimiento. Las innovaciones desarrolladas—en especial el buffer asíncrono y la optimización de PebbleDB—responden a retos reales en la gestión de cadenas EVM de alto rendimiento y aportan soluciones probadas para otras redes blockchain con desafíos similares.

A medida que las redes blockchain soportan una presión cada vez mayor por el volumen de datos de estado y las exigencias de rendimiento, PBSS y sus optimizaciones específicas ofrecen una vía práctica hacia una infraestructura blockchain más eficiente y sostenible. Estos avances sitúan a las smart chains modernas como líderes técnicos en la optimización EVM y sirven de referencia para otras redes compatibles con EVM que busquen escalar su operativa manteniendo la estabilidad y el rendimiento de su infraestructura.

FAQ

¿Qué es BSC Storage? ¿Cuáles son sus principales funciones y propósitos?

BSC Storage es una solución de almacenamiento descentralizada sobre Binance Smart Chain que facilita el almacenamiento eficiente y la gestión de datos para smart contracts. Sus funciones principales son aportar capacidad de almacenamiento segura y escalable, reducir los costes on-chain y acelerar la confirmación de transacciones en aplicaciones blockchain.

¿Cómo almacenar y gestionar datos en BSC Storage?

Descargue el cliente SDK de BSC Storage y cree un bucket. Suba archivos usando el SDK y acceda a ellos mediante la URL asignada. Utilice estructuras de carpetas organizadas y convenciones de nombres coherentes para una gestión eficiente de los datos.

¿Es seguro almacenar datos en BSC Storage? ¿Qué riesgos debo considerar?

BSC Storage ofrece almacenamiento seguro con cifrado y controles de acceso. Los principales riesgos son accesos no autorizados y posibles filtraciones de datos. Active cifrado robusto y gestione los permisos estrictamente para maximizar la seguridad.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de BSC Storage frente al almacenamiento cloud tradicional?

Ventajas: seguridad descentralizada, menores costes, propiedad de los datos por el usuario, resistencia a la censura. Desventajas: menor accesibilidad, ecosistema de menor tamaño, requiere conocimientos técnicos y es una tecnología emergente con menor estabilidad.

¿Cómo se calculan los costes de BSC Storage? ¿Qué tarifas de uso existen?

BSC Storage es gratuita para siempre y no tiene tarifas de uso. Solamente los usuarios con permisos para crear scorecards, introducir datos o gestionar cuentas deben pagar una cuota mensual por usuario. El acceso de solo lectura es gratuito e ilimitado.

¿Qué tipos de archivos y almacenamiento de datos admite BSC Storage?

BSC Storage es compatible con imágenes, vídeos, documentos, copias de seguridad y otros tipos de archivos. Gestiona de forma eficiente grandes volúmenes de datos y almacenamiento de objetos para distintas necesidades.