¿Qué son los Zk-Rollups? Tecnología de escalabilidad de capa 2

TL;DR

• Una baja escalabilidad de blockchain provoca velocidades más lentas, comisiones de transacción más elevadas y una experiencia de usuario deficiente. Esto puede solucionarse con soluciones de Capa 1 (como el sharding de datos) y de Capa 2 (como los rollups).

• Las soluciones de Capa 1 buscan mejorar la blockchain en sí misma, mientras que las soluciones de Capa 2 crean un marco adicional sobre la cadena existente.

• Los rollups son una solución de Capa 2 muy utilizada. Agrupan transacciones fuera de la cadena y permiten un procesamiento más rápido.

• Los zk-rollups son un tipo de rollup que emplea una técnica criptográfica denominada pruebas de conocimiento cero (zk-proofs).

• Las pruebas de conocimiento cero permiten verificar sin exponer los datos subyacentes, garantizando la integridad y la seguridad de las transacciones.

El reto de la escalabilidad en blockchain

Con la creciente adopción de las criptomonedas, resolver los problemas de escalabilidad en las redes blockchain se ha vuelto imprescindible. Una blockchain saturada reduce la velocidad y eleva las comisiones de transacción. Para afrontarlo, existen dos grandes enfoques: soluciones de Capa 1 y de Capa 2.

• Soluciones de Capa 1: Estas propuestas renuevan directamente la arquitectura fundamental de la blockchain para lograr un mayor rendimiento general del sistema. El sharding de datos es un ejemplo destacado. Al dividir la blockchain en distintos segmentos, aumenta la capacidad y se permite el procesamiento simultáneo de transacciones.

• Soluciones de Capa 2: Funcionan sobre la blockchain base. En Capa 2, las transacciones se procesan fuera de la cadena y luego se agrupan para su registro en la cadena principal. Entre las tecnologías clave se encuentran los canales de estado, las sidechains y los rollups. Los zk-rollups son una variante de los rollups que emplean pruebas de conocimiento cero.

¿Qué son los zk-rollups?

Para comprender los zk-rollups, conviene entender primero qué son los rollups y las pruebas de conocimiento cero.

¿Qué son los rollups?

Los rollups permiten que las blockchains agrupen datos de transacciones y los procesen fuera de la cadena principal. Una vez procesados, el resultado final se incorpora a la cadena base. Esta gestión simultánea de numerosas transacciones evita el crecimiento excesivo de la blockchain y posibilita cálculos más rápidos y económicos. Existen dos grandes tipos de rollups: optimistic rollups y zk-rollups.

• Optimistic Rollups: Los optimistic rollups parten de la premisa de que todas las transacciones agrupadas son válidas. Antes de ser incluidas en la blockchain, pasan por un periodo de espera. Durante este lapso, la red puede impugnar aquellas transacciones que resulten sospechosas. Optimism, Arbitrum y opBNB son ejemplos de optimistic rollups.

• Zk-Rollups: A diferencia de los anteriores, los zk-rollups validan cada transacción individual mediante pruebas de validación basadas en conocimiento cero. Aunque su implementación resulta más compleja, están diseñados para evitar el periodo de impugnación presente en los optimistic rollups y, en teoría, procesar transacciones más rápidamente.

¿Qué son las pruebas de conocimiento cero?

Las pruebas de conocimiento cero constituyen una herramienta criptográfica que permite que una parte (el demostrador) pruebe a otra (el verificador) la veracidad de una afirmación, sin revelar detalles sobre dicha afirmación.

Una prueba de conocimiento cero debe cumplir tres características:

1. Integridad: Si la afirmación es cierta y ambas partes actúan de buena fe, la prueba siempre confirmará su veracidad.

2. Solidez: Una prueba falsa no debería convencer a un verificador honesto de la validez de una afirmación falsa, salvo en circunstancias sumamente inusuales.

3. Conocimiento cero: Es la propiedad clave. El verificador solo conoce la validez de la afirmación, sin acceder a su contenido.

¿Cómo funcionan las pruebas de conocimiento cero? El proceso se divide en tres fases:

• Testigo: En primer lugar, el demostrador aporta una información secreta (el “testigo”) al verificador. Se trata de demostrar que puede acceder a ciertos datos sin revelarlos. El testigo da lugar a una serie de preguntas que solo pueden responderse si la información es legítima.

• Desafío: A continuación, el verificador plantea preguntas aleatorias seleccionadas de ese conjunto.

• Respuesta: Al responder correctamente, se demuestra la credibilidad.

¿Cómo funcionan los zk-rollups?

Los zk-rollups se componen de dos elementos clave:

• Contratos en cadena: Los smart contracts definen las reglas del protocolo zk-rollup y constan de contratos principales y de verificación. El contrato principal almacena los bloques de rollup, gestiona depósitos y realiza actualizaciones esenciales. El contrato de verificación valida las pruebas de conocimiento cero generadas.

• Máquinas virtuales fuera de cadena: Estas máquinas ejecutan las transacciones fuera de la blockchain de Ethereum en Capa 2, funcionando de forma independiente de la cadena principal.

Los zk-rollups se integran profundamente con la blockchain de Ethereum en una capa diferenciada. No saturan la red principal con transacciones constantes, sino que facilitan resúmenes optimizados para mantener la eficiencia y libertad de la capa base.

Ventajas y desventajas de los zk-rollups

Ventajas de los zk-rollups

• Mayor rendimiento: Los zk-rollups trasladan la ejecución de transacciones desde la capa base a un entorno informático más eficiente. Al no procesarlas una a una en la cadena, se incrementa la capacidad total del sistema.

• Menos congestión: Reducen el tráfico en la blockchain, favoreciendo el rendimiento de la Capa 1. Además, los nodos completos solo almacenan las pruebas de conocimiento cero, no el conjunto completo de datos.

• Menores comisiones: Al reducir la congestión, los zk-rollups contribuyen a disminuir las comisiones globales.

• Seguridad reforzada: Permiten a los usuarios retirar activos incluso si hay problemas en la red de rollup, lo que supone una ventaja frente a las sidechains, que pueden poner en peligro los fondos en caso de fallo de red.

• Periodo de impugnación más rápido para transacciones: Basta con verificar las pruebas de validez de los rollups, acelerando el proceso respecto a otras soluciones.

Desventajas de los zk-rollups

• Complejidad: Su principal desventaja es la elevada complejidad. La implementación de zk-rollups resulta mucho más exigente que la de los optimistic rollups.

• Limitaciones de la capa base: Aunque son eficientes, los zk-rollups dependen de los límites de la blockchain subyacente.

• Fragmentación de la liquidez: Cada solución de Capa 2 contribuye a dispersar la liquidez. Una escasez de liquidez en los protocolos base puede acarrear problemas adicionales.

Optimistic Rollups vs Zk-Rollups

En resumen

La escalabilidad es considerada el “santo grial” de la tecnología blockchain. Un sistema que no funciona de forma óptima pierde sentido. Tanto los rollups optimistic como los zk han aportado soluciones avanzadas a este desafío. Los zk-rollups, gracias a su enfoque singular, permiten mayor velocidad, menos congestión y una seguridad superior. Aunque afrontan retos importantes, su potencial es sobresaliente. Para quienes apuestan por el futuro de las monedas digitales, comprender los zk-rollups es esencial. Mientras buscamos mejorar el rendimiento en blockchain, ha llegado el momento de familiarizarnos con los zk-rollups y su promesa de futuro.

FAQ

¿Qué son los ZK-Rollups? ¿Cómo consiguen la escalabilidad en Capa 2?

Los ZK-Rollups son soluciones de escalado en Capa 2 que agrupan las transacciones fuera de la cadena y utilizan pruebas criptográficas para verificar su validez antes de registrarlas en la mainnet, lo que aumenta notablemente el rendimiento y reduce los costes de transacción.

¿En qué se diferencian los ZK-Rollups y los Optimistic Rollups?

Los ZK-Rollups validan las transacciones al instante mediante pruebas de conocimiento cero, permitiendo retiradas más rápidas. Los Optimistic Rollups presuponen la validez de las transacciones y exigen un periodo de impugnación de varios días o semanas. Los ZK-Rollups ofrecen mayor seguridad y velocidad, pero con mayor complejidad técnica; los Optimistic Rollups requieren menor coste y son más sencillos de implementar.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los ZK-Rollups frente a transacciones directas en la mainnet?

Ventajas: Los ZK-Rollups disminuyen el volumen de datos de transacción, aumentan la capacidad de procesamiento y reducen las comisiones. Desventajas: mayor complejidad técnica, mayor tiempo para generar pruebas y cierta latencia en la finalización respecto a la mainnet.

¿Qué aplicaciones prácticas y proyectos existen hoy con ZK-Rollups?

Proyectos como Aztec y Espresso Systems ya emplean ZK-Rollups, centrándose en escalabilidad y privacidad. Mejoran la capacidad de transacción y mantienen la confidencialidad del usuario como soluciones de Capa 2 para redes blockchain.

¿Cómo se garantiza la seguridad en los ZK-Rollups? ¿Qué riesgos existen?

Los ZK-Rollups emplean pruebas criptográficas para reforzar la seguridad y minimizar el riesgo de fraude. Los principales riesgos derivan de la complejidad del generador de pruebas, posibles vulnerabilidades en smart contracts y la dependencia de la solidez de los supuestos criptográficos.

¿Cuánto tarda en confirmarse una transacción con ZK-Rollups?

Las transacciones a través de ZK-Rollups se confirman al instante en Capa 2, mientras que la confirmación definitiva en Capa 1 suele demorarse unos 15 minutos debido a los procesos de envío y verificación de pruebas.

¿Cómo se comparan los ZK-Rollups con sidechains, Plasma y otras soluciones de escalado?

Los ZK-Rollups ofrecen mayor seguridad y rendimiento que Plasma o las sidechains. Proporcionan pruebas criptográficas de validez, permiten una finalización más rápida y un procesamiento más eficiente. Además, combinan una mejor eficiencia económica con sólidas garantías de seguridad, lo que los posiciona como la opción preferente para el escalado de Capa 2.

¿Cuál es la función concreta de las pruebas de conocimiento cero en los ZK-Rollups?

Las pruebas de conocimiento cero permiten verificar la validez de las transacciones en los ZK-Rollups sin revelar sus detalles, con lo que garantizan privacidad, seguridad y una verificación eficiente de los cálculos off-chain en la blockchain.

¿Qué impacto tienen los ZK-Rollups en el futuro del ecosistema de Ethereum?

Los ZK-Rollups multiplican la capacidad de procesamiento de transacciones en Ethereum y reducen significativamente el gas, facilitando la expansión del ecosistema y la adopción masiva gracias a una mayor escalabilidad y eficiencia.