Conclusiones clave
Los ZK-rollups son una solución de escalamiento de Capa 2 que agrupa muchas transacciones fuera de la cadena y envía una prueba criptográfica compacta a la cadena principal de Ethereum.
Usan pruebas de conocimiento cero para confirmar que las transacciones son válidas sin compartir los detalles de cada una, lo que permite una finalización rápida y una seguridad sólida.
En comparación con los rollups optimistas, los ZK-rollups no necesitan un largo período de disputa, lo que significa que los fondos pueden retirarse potencialmente más rápido.
La actualización EIP-4844 de Ethereum en marzo de 2024 introdujo un nuevo formato de almacenamiento de datos llamado blobs, que redujo sustancialmente los costos de transacción en las redes de ZK-rollup.
Los ZK-rollups son más complejos de construir que los optimistic rollups, pero se están volviendo más prácticos a medida que madura la tecnología zkEVM.
Introducción
Las blockchains como Ethereum solo pueden procesar una cantidad limitada de transacciones por segundo. Este desafío de escalabilidad conduce a la congestión de la red, tiempos de confirmación más lentos y comisiones más altas cuando aumenta la demanda. Resolver este problema es uno de los objetivos importantes en el espacio de blockchain.
Existen dos enfoques principales: soluciones de Capa 1 y soluciones de Capa 2. Las soluciones de Capa 1 actualizan la blockchain en sí. Las soluciones de Capa 2 crean un marco separado sobre la cadena existente, gestionando transacciones fuera de la cadena antes de asentar los resultados en la capa base. Los ZK-rollups son uno de los enfoques de Capa 2 más prometedores disponibles hoy.
¿Qué son los ZK-Rollups?
Los ZK-rollups son un tipo de solución de Capa 2 que agrupa, o "acumula", cientos de transacciones en un solo lote. Este lote se procesa fuera de la cadena principal de Ethereum y solo se envía un resumen junto con una prueba criptográfica en la cadena. La prueba confirma que todas las transacciones del lote son válidas sin revelar los detalles completos de cada una.
El "ZK" en los ZK-rollups significa conocimiento cero. Esto se refiere al tipo de prueba criptográfica utilizada, llamada prueba de conocimiento cero. Estas pruebas permiten que una parte confirme la veracidad de una afirmación a otra parte sin divulgar ninguna información adicional sobre ella.
Como los ZK-rollups verifican cada transacción usando estas pruebas antes de comprometerla con la cadena principal, no requieren un período de desafío. Esto hace que la liquidación final sea más rápida que con los optimistic rollups, que asumen que las transacciones son válidas y dependen de desafíos de fraude después de los hechos.
¿Qué son las pruebas de conocimiento cero?
Las pruebas de conocimiento cero (ZKPs) son una técnica criptográfica que permite que un probador convenza a un verificador de que una afirmación es verdadera sin compartir información adicional. Para que una prueba sea válida, debe cumplir tres condiciones.
Completitud: si la afirmación es verdadera y ambas partes son honestas, la prueba siempre la confirmará.
Solidez: un probador deshonesto no debería poder convencer a un verificador honesto de que una afirmación falsa es verdadera.
Conocimiento cero: el verificador solo aprende que la afirmación es verdadera, nada más sobre los datos subyacentes.
Las ZKPs se usan en los ZK-rollups para demostrar que un lote de transacciones se procesó correctamente. La prueba en sí es compacta y se puede verificar rápidamente en cadena, lo que es lo que hace eficientes a los ZK-rollups.
¿Cómo funcionan los ZK-Rollups?
Los ZK-rollups usan dos componentes principales: contratos inteligentes en la cadena principal y máquinas virtuales fuera de la cadena. Los contratos en cadena almacenan bloques del rollup, gestionan los depósitos y verifican las pruebas criptográficas enviadas por el rollup. Las máquinas virtuales fuera de la cadena se encargan de toda la ejecución de transacciones, lejos de Ethereum.
Cuando los usuarios envían transacciones a un ZK-rollup, un operador de red las recopila en un lote. El operador procesa el lote fuera de la cadena y genera una prueba de validez, que confirma que todas las transacciones se ejecutaron correctamente. Luego, esta prueba se envía a la cadena principal de Ethereum para su verificación.
La verificación en Ethereum es rápida porque la cadena solo necesita comprobar la prueba, no reproducir cada transacción. Una vez aceptada, el nuevo estado del rollup se registra en Ethereum, brindándole las mismas garantías de seguridad que la cadena principal.
Rollups ZK después de EIP-4844
En marzo de 2024, Ethereum activó EIP-4844, también conocido como proto-danksharding. Esta actualización introdujo un nuevo tipo de almacenamiento de datos llamado blobs, diseñado específicamente para datos de rollups. Los blobs son más baratos de almacenar que los datos normales de transacciones y se eliminan automáticamente de la cadena después de un período establecido.
El impacto en los rollups ZK fue significativo. Las comisiones en las principales redes de ZK-rollup cayeron sustancialmente después de EIP-4844, en algunos casos en más de un 80%. Esto hizo que las redes de ZK-rollup fueran más prácticas para el uso diario, incluidas transacciones pequeñas que antes no eran costeables.
Pros y Contras de los ZK-Rollups
Ventajas
Mayor rapidez de finalización: las transacciones se verifican de inmediato usando pruebas de validez, sin un período de espera para disputas.
Seguridad sólida: los ZK-rollups heredan la seguridad de Ethereum porque las pruebas se verifican en cadena. Los fondos no pueden moverse a menos que se envíe una prueba válida.
Mayor rendimiento: al procesar transacciones fuera de la cadena en lotes, los ZK-rollups pueden manejar muchas más transacciones por segundo que la capa base.
Menores comisiones: el agrupamiento reduce el costo por transacción, especialmente después de que la actualización de EIP-4844 redujera los costos de almacenamiento de datos.
Limitaciones
Complejidad: los ZK-rollups son exigentes técnicamente para construir y requieren conocimientos especializados en criptografía.
Desafíos de compatibilidad con EVM: no todas las implementaciones de ZK-rollup admiten completamente la Máquina Virtual de Ethereum, lo que puede limitar los tipos de aplicaciones que pueden ejecutarse en ellas. Esto está mejorando a medida que avanza la tecnología zkEVM.
Riesgo de centralización: muchas redes de ZK-rollup aún dependen de un único operador o secuenciador para agrupar transacciones, lo que puede crear un punto de centralización.
ZK-Rollups vs. Optimistic Rollups
La alternativa principal a los ZK-rollups son los optimistic rollups. Ambos agrupan transacciones fuera de la cadena, pero manejan la verificación de forma diferente. Los optimistic rollups asumen que todas las transacciones son válidas por defecto. Publican los datos de la transacción y permiten una ventana de desafío, normalmente de alrededor de siete días, durante la cual cualquiera puede enviar una prueba de fraude para disputar una transacción inválida.
Los ZK-rollups adoptan el enfoque opuesto. Cada lote incluye una prueba de validez que confirma que todas las transacciones se procesaron correctamente. No hay período de desafío, así que los fondos potencialmente pueden retirarse hacia la cadena principal más rápido una vez que se acepta la prueba.
Los optimistic rollups generalmente son más simples de construir y se han adoptado más ampliamente, pero los ZK-rollups ofrecen ventajas en seguridad y finalización. A medida que la tecnología zkEVM madura, los ZK-rollups se vuelven una opción más práctica para la ejecución de contratos inteligentes de propósito general.
Ejemplos de ZK-Rollup
Varias redes de ZK-rollup se han lanzado en Ethereum. zkSync Era se abrió al público en marzo de 2023 e introdujo un zkEVM nativo, lo que permite que los contratos inteligentes estándar de Ethereum se ejecuten en el rollup. StarkNet usa un sistema de pruebas diferente llamado STARKs y admite una amplia gama de aplicaciones descentralizadas. Polygon zkEVM se lanzó en 2023 y está diseñado para ser compatible con las herramientas actuales de Ethereum.
En BNB Chain, zkBNB es un ZK-rollup construido específicamente para admitir tokens no fungibles (NFTs) y aplicaciones de trading con costos más bajos y un rendimiento mayor que la cadena principal.
Cada una de estas redes hace concesiones diferentes en la velocidad de generación de pruebas, la compatibilidad con EVM y la descentralización. El ecosistema sigue desarrollándose, y nuevas implementaciones podrían ofrecer mejoras adicionales en costo y rendimiento.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia principal entre ZK-rollups y optimistic rollups?
Los ZK-rollups verifican cada transacción con una prueba criptográfica antes de comprometerla con la cadena principal. Los optimistic rollups asumen que las transacciones son válidas y solo las verifican si alguien plantea una disputa durante la ventana de desafío. En general, los ZK-rollups ofrecen una finalización más rápida, mientras que los optimistic rollups, actualmente, son más simples de implementar.
¿Los ZK-rollups son seguros para usar?
Los ZK-rollups se basan en pruebas matemáticas verificadas en la cadena principal, lo que proporciona un modelo de seguridad sólido. Sin embargo, la mayoría de las redes actuales de ZK-rollup todavía dependen de secuenciadores centralizados para el ordenamiento de transacciones, y los errores en contratos inteligentes pueden presentar riesgos. Como con cualquier tecnología en desarrollo activo, los usuarios deberían hacer su propia investigación antes de usar cualquier red específica.
¿Cómo afectó EIP-4844 a las comisiones de los ZK-rollups?
EIP-4844, activado en Ethereum en marzo de 2024, introdujo el almacenamiento de datos de blobs, que es más barato que los datos regulares en cadena. Como los ZK-rollups publican datos de transacciones comprimidos en Ethereum, se benefician directamente de esta reducción de costos. Muchas redes de ZK-rollup vieron una caída significativa de las comisiones después de esta actualización.
¿Qué es un zkEVM?
Un zkEVM es un ZK-rollup compatible con la Máquina Virtual de Ethereum. Esto significa que los desarrolladores pueden desplegar contratos inteligentes de Ethereum en el rollup sin cambios importantes en su código. Los distintos proyectos logran diferentes niveles de compatibilidad con EVM, con concesiones en rendimiento y velocidad de generación de pruebas.
Reflexiones finales
Los ZK-rollups representan uno de los enfoques más sofisticados técnicamente para la escalabilidad de blockchain. Al usar pruebas de conocimiento cero para verificar lotes de transacciones, pueden ofrecer una finalización rápida, una seguridad sólida y comisiones significativamente más bajas en comparación con realizar transacciones directamente en Ethereum.
La tecnología ha madurado considerablemente desde 2022. EIP-4844 redujo los costos de datos de manera significativa, las implementaciones de zkEVM se han vuelto más capaces y ahora varias redes de ZK-rollup están en funcionamiento con una actividad sustancial de usuarios. Siguen existiendo desafíos en torno a la descentralización y la compatibilidad completa con EVM, pero el desarrollo continúa.
Para cualquiera interesado en cómo funciona el escalado de Ethereum, entender los ZK-rollups aporta un contexto útil sobre hacia dónde podría dirigirse el ecosistema.
Lecturas adicionales
Optimistic vs. Zero-Knowledge Rollups: ¿Cuál es la diferencia?
¿Qué es un zkEVM y cómo puede mejorar el ecosistema de Ethereum?
Capa 1 de blockchain vs. soluciones de escalado de capa 2
¿Qué es una prueba de conocimiento cero y cómo impacta en blockchain?
Mejorar la transparencia criptográfica con pruebas de conocimiento cero
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