¿Qué son los zk-rollups?

La baja escalabilidad de las blockchains provoca transacciones lentas, altas comisiones y una mala experiencia de usuario. Sin embargo, estos problemas pueden abordarse mediante soluciones de Capa 1, como el sharding, que busca mejorar la propia blockchain, y soluciones de Capa 2, como los rollups, que crean un marco sobre la cadena existente. Los rollups son una solución popular de Capa 2 que agrupa transacciones fuera de la cadena para acelerar el cómputo. Los zk-rollups, un tipo específico de implementación de rollup, utilizan pruebas de conocimiento cero, una técnica criptográfica que permite verificar sin revelar datos sensibles, garantizando la privacidad y seguridad de las transacciones.

Conceptos básicos

A medida que las criptomonedas ganan tracción, abordar la escalabilidad de la blockchain se vuelve crucial. La congestión en estas redes provoca tiempos de transacción más lentos y tarifas más altas. Dos enfoques principales buscan resolver esto: soluciones de Capa 1 y Capa 2.

• Las estrategias de Capa 1 se centran en mejorar la estructura central de la blockchain, aumentando su capacidad de procesamiento. El sharding, por ejemplo, divide la blockchain en segmentos más pequeños, permitiendo transacciones en paralelo y aumentando el rendimiento.
• Los enfoques de Capa 2 trabajan junto a la blockchain base, gestionando transacciones fuera de la cadena y luego incorporándolas a la cadena principal en lotes. Las técnicas incluyen canales de estado, sidechains y rollups. Entre estos, los rollups de conocimiento cero, o zk-rollups, usan pruebas criptográficas avanzadas para garantizar seguridad y eficiencia.

Entendiendo los zk-rollups y las pruebas de conocimiento cero

Para comprender los zk-rollups, es esencial saber qué son los rollups y captar el concepto de pruebas de conocimiento cero.

¿Qué son los rollups?

Los rollups mejoran la escalabilidad de la blockchain procesando datos de transacción fuera de la cadena en paquetes, y luego enviando los resultados a la cadena principal. Este enfoque reduce la congestión de la blockchain y disminuye los costos de transacción, ya que el procesamiento es más eficiente. Existen dos tipos de rollups: los optimistic rollups y los zk-rollups.

• Optimistic rollups asumen que todas las transacciones agrupadas son válidas. Antes de añadir estas transacciones a la blockchain, pasan por un periodo de espera que permite a la red disputar operaciones si es necesario. Si una transacción es impugnada, existe un proceso para resolverla. Optimism, Arbitrum y opBNB son ejemplos notables de este enfoque.
• Zk-rollups, en cambio, validan cada transacción mediante pruebas de conocimiento cero, eliminando la necesidad de un proceso de resolución de disputas. Esto acelera el procesamiento en comparación con los optimistic rollups, pero requiere una implementación más compleja.

¿Qué son las pruebas de conocimiento cero?

Las pruebas de conocimiento cero (ZKP) son técnicas criptográficas que permiten a una parte (el probador) demostrar la veracidad de una afirmación a otra parte (el verificador) sin revelar la información subyacente. Una ZKP válida debe cumplir tres criterios:

• Completitud: Si la afirmación es verdadera, una prueba genuina la confirmará.
• Solidez: Un probador falso no debería poder engañar al verificador para hacerle creer una afirmación incorrecta.
• Cero conocimiento: El verificador solo aprende la veracidad de la afirmación, sin acceder a los detalles.

Una ZKP opera en tres etapas:

1. Testigo: El probador ofrece una información oculta (el testigo) para demostrar que tiene acceso a ciertos datos sin compartirlos explícitamente.
2. Desafío: El verificador desafía al probador seleccionando preguntas aleatorias de un conjunto predefinido.
3. Respuesta: El probador debe responder correctamente a las preguntas del verificador para validar la prueba.

Al combinar los rollups con las ZKP, los zk-rollups pueden lograr un procesamiento de transacciones más rápido y seguro al confirmar la validez de cada transacción sin revelar los detalles, agilizando así la escalabilidad de la blockchain.

Estructura de los zk-rollups

Los zk-rollups se basan en dos componentes principales para funcionar:

• Contratos on-chain definen las reglas que rigen el protocolo zk-rollup. Esta configuración incluye un contrato principal que almacena los bloques del rollup, rastrea los depósitos y facilita las actualizaciones clave, así como un contrato verificador que comprueba la validez de las pruebas de conocimiento cero.
• Máquinas virtuales off-chain ejecutan las transacciones fuera de la blockchain base (por ejemplo, Ethereum), operando dentro de una capa secundaria. Estas máquinas virtuales funcionan de forma independiente a la cadena principal, procesando transacciones off-chain para evitar sobrecargar la red principal.

Los zk-rollups están profundamente integrados con la blockchain de Ethereum, pero gestionan los datos de transacción de una manera que evita congestionar la capa base. En lugar de enviar información detallada a Ethereum, resumen las transacciones en pruebas agrupadas, manteniendo la cadena principal eficiente y despejada.

Evaluación de las ventajas y desventajas de los zk-rollups

Los zk-rollups ofrecen una serie de beneficios significativos, pero también presentan algunas desventajas notables. A continuación se muestra un resumen de los pros y contras asociados a su uso.

Ventajas de los zk-rollups

• Aumento del rendimiento: Los zk-rollups procesan transacciones off-chain, lo que permite una mayor escalabilidad al no verificar cada transacción en la capa base, resultando en un mayor rendimiento.
• Reducción de la congestión: Al limitar la cantidad de datos procesados en la blockchain principal, los zk-rollups ayudan a reducir la congestión y minimizar el riesgo de crecimiento descontrolado de la cadena. Los nodos completos solo necesitan almacenar las pruebas de conocimiento cero en lugar de todos los datos de transacción.
• Menores tarifas: Con menos congestión en la capa base, las comisiones de transacción suelen ser más bajas, proporcionando una solución más rentable.
• Seguridad reforzada: Los zk-rollups están diseñados con características de seguridad robustas que garantizan que los usuarios puedan recuperar fondos incluso si surgen problemas dentro de la red del rollup. Esto es una ventaja frente a las sidechains, que pueden comprometer fondos si la red falla.
• Periodo de disputa más corto: Los zk-rollups verifican solo las pruebas de validez en lugar de cada transacción, lo que conduce a un periodo de disputa más corto.

Desventajas de los zk-rollups

• Complejidad: Los zk-rollups son inherentemente complejos de implementar y gestionar, requiriendo técnicas criptográficas más sofisticadas en comparación con los optimistic rollups.
• Limitaciones de la capa base: A pesar de sus eficiencias, los zk-rollups aún dependen de la capa base subyacente, que puede imponer ciertas limitaciones.
• Fragmentación de liquidez: Las soluciones de Capa 2 como los zk-rollups pueden llevar a que la liquidez se distribuya entre diferentes capas, lo que podría crear problemas cuando la liquidez en la capa base sea escasa.

Al sopesar estos pros y contras, desarrolladores y usuarios pueden entender mejor si los zk-rollups son la opción adecuada para sus necesidades específicas en blockchain.

Comparando optimistic rollups y zk-rollups

A continuación se muestra una comparación entre los optimistic rollups y los zk-rollups, centrada en sus diferencias y características clave.

Optimistic Rollups

• Suposición: Las transacciones se presumen válidas salvo que se demuestre lo contrario.
• Sistema de disputa: Existe un periodo de disputa durante el cual la red puede impugnar transacciones sospechosas. Se utilizan pruebas de fraude para validar las disputas.
• Complejidad: La implementación es relativamente sencilla.
• Adopción: Más comúnmente adoptados debido a su menor complejidad.
• Ejemplos: Ejemplos destacados incluyen Optimism, Arbitrum y opBNB.

Zk-Rollups

• Suposición: Cada transacción se valida mediante pruebas de conocimiento cero.
• Sistema de disputa: No se requiere periodo de disputa, ya que todas las transacciones están prevalidadas.
• Complejidad: La implementación implica técnicas criptográficas complejas debido al uso de pruebas de conocimiento cero.
• Adopción: Menos adoptados en comparación con los optimistic rollups.
• Ejemplos: zkSync y Starknet.

Cada enfoque tiene beneficios y compensaciones únicos: los optimistic rollups priorizan la simplicidad y una adopción más amplia, mientras que los zk-rollups ofrecen mayor seguridad y menor potencial de fraude.

Conclusión

La escalabilidad se ha convertido en un asunto crítico en la tecnología blockchain y a menudo se considera la clave para desbloquear todo su potencial. Un sistema que no puede escalar tiene un uso limitado. Los rollups, tanto optimistic como zk, han surgido como soluciones eficaces para abordar este desafío. Los zk-rollups, con su método particular, ofrecen mayor velocidad, reducción de congestión y seguridad mejorada. Aunque implican una complejidad superior, sus ventajas son significativas. Cualquiera interesado en el futuro de las monedas digitales debería entender los zk-rollups. A medida que buscamos mejorar el rendimiento de las blockchains, esta tecnología jugará un papel crucial en la conformación del futuro.