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ZK-Rollups y el camino para escalar Ethereum

ZK-Rollups y el camino para escalar Ethereum


Conclusiones clave

  • Las altas tarifas de gas en Ethereum han resaltado la necesidad urgente de soluciones de escala.
  • Si bien las soluciones de escalado de hoy han tenido éxito, adolecen de problemas de componibilidad y descentralización.
  • ZK-Rollups mejora las redes de Capa 2 existentes al ofrecer interoperabilidad y seguridad mejoradas.

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A medida que aumenta el costo de usar Ethereum, la necesidad de escalar la red se ha vuelto más evidente que nunca. La tecnología Zero-Knowledge Rollup promete reducir las tarifas del gas sin comprometer la descentralización y la seguridad.

Problemas de escalabilidad de Ethereum

Las altas tarifas del gas se han convertido en un problema importante para Ethereum.

Como las tarifas de transacción se pagan en ETH, el costo de uso de la red aumenta cuando lo hace el precio del activo. ETH ha subido un 460% este año, lo que significa que el costo de las transacciones también ha aumentado un 460% en términos de dólares estadounidenses.

Las tarifas de transacción también dependen del nivel de congestión de la red. Como hoy en día existe una gran demanda de espacio en bloques Ethereum, las tarifas de gas también son altas.

El alto costo de usar la red ha dejado a muchos usuarios sin DeFi, NFT e incluso participando en DAO. Muchos entusiastas de la criptografía han migrado a otras cadenas de bloques de Capa 1 como Solana y Avalanche debido a los gastos de Ethereum.

Ethereum: precio medio de transacción del gas (Fuente: Glassnode)

En los últimos años, se han desarrollado varias soluciones de escalado para ayudar a aliviar la congestión en Ethereum y reducir el costo de las transacciones. Polygon se lanzó en 2019 y podría decirse que fue la primera solución de escalado de Ethereum en obtener una tracción significativa. La red utiliza una solución de escalado llamada Plasma, que descarga las transacciones de la cadena de bloques principal de Ethereum en una cadena lateral dedicada. Muchas aplicaciones DeFi nativas de Ethereum, como Curve y Aave, se lanzaron en Polygon este año.

Si bien Polygon ha atraído a los usuarios con éxito al ofrecer tarifas bajas, a menudo se lo critica por no ser una verdadera solución de escalado. Polygon utiliza un mecanismo de consenso de prueba de participación gobernado por su propio conjunto de validadores de nodos. Esto significa que no utiliza la red principal de Ethereum para validar transacciones, por lo que generalmente se considera menos seguro y descentralizado. Solo hay 100 validadores que gobiernan Polygon. Según datos de Polygonscan, la dirección de validación superior cuenta para más del 27% de la red.

Los 25 principales validadores de polígonos por bloques (Fuente: Polygonscan)

Durante el año pasado, otro tipo de solución de escalado llamada rollups generó un gran revuelo en la comunidad de Ethereum. Actualmente, cada transacción en Ethereum incluye todos los datos computacionales necesarios para interactuar con un contrato inteligente. Como el espacio en bloque es limitado, Ethereum puede congestionarse fácilmente, lo que resulta en confirmaciones de transacciones lentas y altas tarifas de gas.

Los rollups ofrecen una forma de subcontratar datos computacionales y enviar pruebas de validez a la red principal de Ethereum. Esto ahorra espacio en el bloque y permite agrupar las transacciones, lo que reduce aún más la cantidad de datos comprometidos en la red principal. Cuando las transacciones se agrupan, las tarifas del gas se dividen entre muchos usuarios. Los paquetes acumulativos ofrecen a los usuarios velocidades de transacción casi instantáneas y pueden reducir las tarifas en un factor de 50 a 200 mientras se mantiene el seguridad y descentralización de la red principal de Ethereum.

¿Qué son los paquetes acumulativos de conocimiento cero?

Los paquetes acumulativos vienen en dos sabores: Optimista y conocimiento cero. Los paquetes acumulativos optimistas asumen que las transacciones enviadas a la cadena base son legítimas. Las transacciones solo se rechazan si alguien que observa la cadena puede demostrar que son fraudulentas al enviar una prueba de fraude. En otras palabras, Optimistic Rollups adopta un enfoque de “inocencia hasta que se demuestre lo contrario” para validar las transacciones.

Por el contrario, los Rollups de conocimiento cero, también conocidos como ZK-Rollups, generan pruebas criptográficas que demuestran que las transacciones son legítimas cuando se envían de vuelta a la red principal. Las transacciones solo se aceptan en Ethereum después de que se valida la prueba criptográfica. A diferencia de los Optimistic Rollups, los ZK-Rollups adoptan un enfoque de validación de «culpables hasta que se demuestre su inocencia».

Actualmente, los paquetes acumulativos optimistas son los que más adoptan, gracias en parte a la facilidad para desarrollar aplicaciones en ellos. Optimistic Rollups puede admitir contratos inteligentes completos funcionalmente directamente desde el primer momento, y los desarrolladores pueden codificar aplicaciones utilizando Solidity, el lenguaje de programación nativo de Ethereum. Datos de L2beat muestra que el mayor resumen optimista de la actualidad, Arbitrum, ha atraído más de $ 2.5 mil millones de valor total bloqueado en aplicaciones DeFi. Alberga muchas de las aplicaciones DeFi más populares en Ethereum.

Sin embargo, los paquetes acumulativos optimistas enfrentan algunos desafíos. Debido a su enfoque para validar las transacciones, los fondos enviados a la red principal de Ethereum están sujetos a un período de disputa de hasta una semana. Esto incomoda a los usuarios y rompe la componibilidad.

Si bien los paquetes acumulativos optimistas han mejorado en las soluciones basadas en plasma como Polygon, generalmente se consideran inferiores a los paquetes acumulativos ZK. Los paquetes acumulativos optimistas tienen un período de disputa y ofrecen mejoras de escalabilidad hasta un factor de 77. Los ZK-Rollups no tienen período de disputa y ofrecen mejoras de hasta un factor de 500.

Sin embargo, los ZK-Rollups aún no han alcanzado el mismo nivel de compatibilidad que sus contrapartes Optimistic. Debido a que los ZK-Rollups tienen pruebas de validez que acompañan a cada transacción, su tecnología es más difícil de construir. Los ZK-Rollups se han desarrollado para manejar tareas simples como transferencias directas y comercio. Si bien es posible integrar la funcionalidad de contrato inteligente, ha resultado mucho más difícil.

Tan recientemente como este año, el cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin predicho que el desarrollo de ZK-Rollups completamente componibles llevaría varios años. Sin embargo, los desarrolladores están adelantados. Varios paquetes acumulativos de ZK se están preparando para implementar soluciones que se pueden componer e interoperar mutuamente, incluso entre paquetes acumulativos.

El desarrollo de ZK-Rollups permitirá un marco de comunicación compartido entre la red principal de Ethereum y múltiples redes de Capa 2, donde las redes pueden compartir liquidez y superar los mayores desafíos de adopción que enfrentan las cadenas de bloques de Capa 1. Las redes basadas en ZK-Rollup no necesitarán competir por la liquidez para ofrecer un comercio eficiente a través de intercambios descentralizados y, en cambio, podrán trabajar de manera cooperativa para escalar Ethereum.

ZK-Rollups también tiene otra característica única. Las transacciones se vuelven más baratas a medida que más personas las utilizan debido a la forma en que se calculan las tarifas para cada lote de transacciones. El costo de enviar un lote no está sujeto a mucha variación, por lo que los costos del gas se pueden dividir entre más usuarios a medida que se agrupan más transacciones en un lote. ZK-Rollups puede agrupar una cantidad casi infinita de transacciones, por lo que las tarifas de gas por transacciones podrían reducirse a fracciones de centavos con suficientes usuarios. Esta característica se llama amortización a prueba de validez.

Si bien Ethereum aún enfrenta problemas de escalabilidad, varios desarrolladores ya están en el proceso de implementar redes Layer 2 ZK-Rollup, prometiendo componibilidad y compatibilidad total entre contratos inteligentes, otras soluciones de Layer 2 y la máquina virtual Ethereum.

Tipos de ZK-Rollup

Actualmente, se utilizan dos tipos diferentes de ZK-Rollup en las soluciones de escalado de Ethereum.

El primer y más utilizado tipo de ZK-Rollup utiliza ZK-SNARK, argumentos de conocimiento sucintos y no interactivos. Los SNARK fueron el primer tipo de prueba de conocimiento cero descubierto; el proyecto inicial de blockchain, Zcash, los usó ya en 2016. Los SNARK forman la mayoría de las bibliotecas de desarrolladores y el código publicado de ZK-Rollup y se consideran una opción sólida para los proyectos de escalado de Ethereum.

Un gran inconveniente de los SNARK es que requieren un evento de creación inicial de las claves que se utilizan para crear las pruebas necesarias para las transacciones. Si las claves en el evento de configuración confiable no se destruyen, podrían usarse para crear nuevos tokens de la nada o falsificar transacciones.

La solución de escalado basada en SNARK más destacada en la actualidad es el proyecto zkSync de Matter Labs. Lanzado en junio de 2020, zkSync promete 2.000 transacciones por segundo en su versión actual, con la esperanza de lograr un mayor rendimiento en el futuro. En mayo, la plataforma comenzó a trabajar hacia la implementación de contratos inteligentes en un entorno compatible con EVM con el lanzamiento de su red de prueba zkEVM.

El objetivo principal de zkSync ha sido hacer que la transición desde la red principal de Ethereum sea lo más fácil posible. Aquellos que quieran desarrollar en zkEVM pueden escribir contratos inteligentes utilizando Solidity, el lenguaje de programación de Ethereum. Matter Labs recientemente elevado 50 millones de dólares para ayudar al desarrollo de zkSync en su ronda de financiación Serie B dirigida por Andreessen Horowitz. Además, la compañía se ha asociado con varios blue chips de Ethereum DeFi como Curve Finance, Aave y 1inch.

El otro tipo de ZK-Rollup utiliza STARK, argumentos de conocimiento transparentes escalables. Los STARK ofrecen una ventaja sobre los SNARK, ya que dependen completamente de las funciones hash y no requieren una configuración confiable. Esto significa que los STARK son teóricamente más seguros que los SNARK, lo que los ha convertido en los favoritos de la Fundación Ethereum.

StarkWare es la primera empresa en utilizar STARK para escalar Ethereum y actualmente es la principal fuerza impulsora detrás del desarrollo de la tecnología basada en STARK. StarkWare ha creado un lenguaje de programación completo de Turing para ZK-Rollups basado en STARK llamado Cairo. Usó Cairo para crear su primer producto, el protocolo StarkEx.

StarkEx es una solución de escalado específica de la aplicación que actualmente está siendo utilizada por varios proyectos de Ethereum, incluidos dYdX, Immutable X, Sorare y DeversiFi. StarkWare está a punto de lanzar StarkNet, una red ZK-Rollup sin permiso que permite a los desarrolladores crear y ejecutar aplicaciones directamente en la Capa 2. StarkNet apunta a convertirse en un verdadera solución de escalado descentralizada de múltiples aplicaciones.

StarkEx son planetas, StarkNet serán constelaciones (Fuente: StarkWare)

ZK-Rollups está a punto de cambiar la forma en que la comunidad criptográfica usa Ethereum. A medida que se materialicen redes de alta velocidad y bajo costo como zkSync y StarkNet, las transacciones en la red principal de Ethereum se subcontratarán cada vez más a la Capa 2. Esto debería permitirle a Ethereum acercarse a su visión de convertirse en una red de cadena de bloques escalable, segura y descentralizada.

Divulgación: en el momento de redactar esta función, el autor poseía ETH y varias otras criptomonedas.

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