Los primeros días de la blockchain estaban llenos de emoción. Sin embargo, a medida que más personas comenzaron a usarla y los volúmenes de transacciones aumentaron, surgió un problema significativo: la escalabilidad. Junto a los problemas de escalabilidad estaban otros como la seguridad y la descentralización. Este desafío conocido como el "trilema de la blockchain", sugiere que es difícil lograr simultáneamente las tres características.

Bitcoin, la primera cadena de bloques, solo podía manejar unas pocas transacciones por segundo, y Ethereum no era mucho mejor. Esto llevó a una demanda de soluciones que pudieran aumentar la escalabilidad de la cadena de bloques.

Esta demanda dio lugar a las Pruebas ZK.

Pruebas ZK como solución de escalado

"Zero-conocimiento" fue introducido por primera vez en un artículo de 1985 por Shafi Goldwasser, Silvio Micali y Charles Rackoff titulado "La complejidad del conocimiento de los sistemas de prueba interactivos,” Este documento explicaba pruebas de conocimiento cero mucho antes de que existieran las criptomonedas.

Según el papel,

Una prueba de conocimiento cero es una forma para que una parte (el probador) demuestre a otra parte (el verificador) que una afirmación es verdadera, sin revelar ninguna información adicional que no sea la veracidad de esa afirmación específica.

En otras palabras, los principios del conocimiento cero aseguran que no se transfiera ningún conocimiento adicional del demostrador al verificador aparte de que la declaración sea verdadera.

Una analogía clásica para explicar el concepto de Pruebas ZK es la "Cueva de Alí Babá":

Escenario: Hay una cueva con dos caminos, A y B, que forman un bucle y se encuentran en una puerta cerrada con llave. Jane (el probador) conoce el código secreto para abrir la puerta, y Paul (el verificador) quiere estar convencido de que Jane conoce el código sin aprender el código él mismo.

Proceso:

1. Jane entra en la cueva y elige al azar el camino A o B.

2. Paul espera afuera, sin saber qué camino tomó Jane.

Fuente: Bloque Poderoso

1. Paul entra en la cueva y llama el camino por el que quiere que Jane regrese (ya sea A o B).

2. Si Jane conoce el código, puede abrir la puerta y regresar por el camino elegido.

3. Este proceso (1-5) se repite varias veces para asegurarse de que Jane no esté adivinando correctamente por casualidad.

Si después de muchas repeticiones Jane regresa consistentemente por el camino correcto, Paul puede estar seguro de que Jane conoce el código sin haberlo aprendido nunca él mismo.

Las pruebas ZK tienen como objetivo garantizar la privacidad y la seguridad, manteniendo la información confidencial privada mientras todavía permiten que otros verifiquen su autenticidad. En términos más simples, las pruebas ZK ayudan a mantener seguros los datos importantes al mismo tiempo que demuestran que son legítimos, sin revelar los detalles.

El concepto de Pruebas ZK también ha dado lugar al desarrollo de diversas técnicas criptográficas avanzadas y aplicaciones como ZK Rollups y Compresiones ZK.

En 2018, un Barry Whitehat anónimo subió un repositorio de GitHub llamado "roll_up," que introdujo la idea de rollups. Poco después, el creador de Ethereum, Vitalik Buterin, llevó este concepto más allá y creó zk-Rollups.

Zk-Rollups, abreviatura de rollups de conocimiento cero, son soluciones de escalado de capa 2 diseñadas para mejorar el rendimiento de la red principal de Ethereum al escalarla. Hacen esto trasladando la computación y el almacenamiento de estado fuera de la cadena.

Layer-2 es un protocolo secundario construido encima de una cadena de bloques para mejorar su escalabilidad, velocidad y reducir las tarifas de transacción.

El 21 de junio, Light Protocol, una capa de privacidad basada en Solana,anuncióque se había asociado con el equipo de desarrollo de Solana, Helius Labs, para lanzar la red de prueba de su nueva solución de escalado "ZK Compression" como medio para reducir significativamente los costos de computación en cadena.

Mientras que zk-Rollups y zk-Compression utilizan el poder de las pruebas de conocimiento cero para optimizar la tecnología blockchain, sirven para propósitos diferentes y se implementan de diferentes maneras.

Independientemente, ha habido debates en curso y disensos de las comunidades de Ethereum y Solana sobre cuál es mejor.

Por ejemplo, un miembro de la comunidad ETH llamadoCompresión ZK "otro L2".

Después de esto respuestaDesde Mert (CEO de heliuslabs) hasta el tweet anterior, la comunidad de Solana respondió con un video de disolución creativa apuntando a Ethereum.

La vídeodestacó a un doctor tratando a un paciente de “ETH Maximysis”. Una línea del video decía:

“Es una reacción común enfrentada por los Maxis de ETH. ¡No pueden funcionar sin otra capa. ¡Capa 3! ¡Capa 4!”

La rivalidad continua entre estas cadenas de bloques es evidente. Por lo tanto, este artículo tiene como objetivo proporcionar una comparación clara y exhaustiva de sus soluciones de escalabilidad, destacando las características únicas, diferencias y casos de uso prácticos de cada una.

¿Qué son los ZK Rollups?

En su núcleo, ZK Rollups es una solución de escalado de capa 2 diseñada para mejorar la eficiencia y escalabilidad de las redes blockchain.

La idea es simple: en lugar de procesar cada transacción directamente en la cadena principal, ZK-Rollups agrupa múltiples transacciones en una sola prueba. Esta prueba consolidada se envía luego a la cadena para su verificación.

Fuente: Datawallet

Este enfoque aumenta significativamente el rendimiento de las transacciones (la cantidad de transacciones que la red puede manejar en un período dado) sin comprometer la seguridad de la red.

Para comprender esto adecuadamente,

Imagínese organizando un concierto. En lugar de permitir que cada asistente entre uno por uno a través de una estrecha puerta (la cadena de bloques principal), lo que podría causar congestión y retrasos, implementa un sistema en el que los grupos de asistentes se verifican juntos en los puntos de control. Cada grupo lleva un solo boleto que demuestra que todos en el grupo han sido verificados y admitidos correctamente. De esta manera, se mantiene la seguridad y eficiencia al reducir el bloqueo en la entrada.

ZK Rollups mejora la escalabilidad al procesar transacciones fuera de la cadena y asegurarlas con técnicas criptográficas avanzadas como ZK-SNARKs o ZK-STARKs. Esto garantiza que las transacciones sean válidas y privadas, mejorando así la eficiencia y seguridad general para los usuarios.

zk-SNARKs son pruebas zk que proporcionan pruebas sucintas (es decir, el tamaño de la prueba es corto y eficiente de verificar). Son adecuadas para aplicaciones donde el tamaño de la prueba y el tiempo de verificación son críticos.

Los zk-STARK son pruebas zk que permiten pruebas más grandes y complejas, lo que las hace adecuadas para aplicaciones como auditorías financieras a gran escala, privacidad de datos y verificación de cálculos.

ZK Rollups es una solución perfecta de escalado para redes blockchain como Ethereum, ya que agregan transacciones fuera de la cadena en lotes, reduciendo los datos publicados directamente en Ethereum.

Cómo funcionan los ZK Rollups en Ethereum

ZK-rollups aprovecha técnicas criptográficas para agregar y validar transacciones fuera de la cadena, mejorando así la escalabilidad y reduciendo costos en la cadena de bloques de Ethereum.

Fuente: Maple Block

Aquí tienes una explicación paso a paso de cómo funcionan los ZK-rollups:

1. Agregación de transacciones: esto implica que los usuarios firmen y envíen transacciones a los operadores de ZK-Rollup (secuenciadores), quienes las agregan en lotes.
2. Procesamiento fuera de la cadena: las transacciones se procesan fuera de la cadena, fuera de la Ethereum Mainnet (Capa 1).
3. Actualizaciones de estado: Después de procesar un lote de transacciones, el operador ZK-Rollup calcula una nueva raíz de estado para el estado del rollup.
4. Pruebas de validez: el operador ZK-Rollup luego genera una prueba de validez, asegurando que todas las transacciones en el lote se ejecutaron correctamente y siguieron las reglas del protocolo.
5. Verificación en cadena: el operador ZK-Rollup envía la prueba de validez y la nueva raíz de estado a un contrato inteligente de Ethereum en cadena llamado el contrato de rollup, que verifica y actualiza su estado en consecuencia.
6. Interacción del usuario: Los usuarios interactúan con el ZK Rollup depositando tokens en el contrato rollup en la red principal de Ethereum, iniciando transacciones dentro del rollup y retirando tokens de vuelta a la red principal cuando sea necesario.
7. Mecanismo de salida: Para retirar tokens del ZK Rollup a la red principal de Ethereum, los usuarios envían una solicitud de retiro con una prueba de Merkle que confirme la propiedad de sus tokens dentro del estado del rollup. Tras validarla mediante el contrato del rollup, los tokens se transfieren de vuelta a la dirección de Ethereum del usuario.

Los aspectos positivos de ZK Rollups

Aquí hay algunas de las ventajas de ZK Rollups:

1. Escalabilidad aumentada: al agrupar muchas transacciones en un lote único, los zk-rollups pueden manejar miles de transacciones por segundo (TPS), aumentando significativamente la capacidad en comparación con la capa base.
2. Tarifas más bajas: El costo por transacción se reduce ya que las tarifas de gas se distribuyen entre muchas transacciones dentro de un lote de rollup, lo que lo hace más económico para los usuarios.
3. Seguridad a nivel de Ethereum: los zk-rollups heredan la seguridad de la cadena principal de Ethereum porque publican pruebas (zk-SNARKs) en Ethereum, asegurando la validez de las transacciones fuera de la cadena.
4. Carga de datos reducida: Al publicar solo pruebas concisas en la cadena principal, los zk-rollups reducen significativamente la cantidad de datos que deben procesarse y almacenarse en la cadena de bloques de Ethereum.
5. Privacidad mejorada: los zk-rollups pueden ofrecer características mejoradas de privacidad. Las pruebas de conocimiento cero pueden ocultar los detalles de la transacción mientras aún demuestran su validez, lo que permite transacciones privadas en blockchains públicos.

Los inconvenientes de ZK Rollups

Si bien ZK Rollups ofrecen muchas ventajas, también tienen desventajas y desafíos.

Aquí hay algunos de los inconvenientes:

1. Complejidad: Los ZK-rollups son técnicamente complejos y requieren conocimientos especializados para implementar y mantener.
2. Disponibilidad de datos: Asegurar que los datos necesarios para reconstruir el estado estén disponibles en la cadena es crucial. Si los datos no están disponibles, puede obstaculizar la capacidad para validar y reconstruir el estado de rollup. Además, los zk-rollups a menudo dependen de almacenamiento de datos fuera de la cadena, lo que puede plantear riesgos si los datos se pierden o se vuelven inaccesibles.
3. Costos computacionales: Generar pruebas de conocimiento cero (zk-SNARKs) es intensivo en términos computacionales y requiere una potencia de procesamiento significativa.
4. Riesgos de centralización: todavía puede haber riesgos de centralización si la infraestructura de prueba está controlada por algunas entidades.

Casos de uso actuales de ZK Rollups

Nuevos proyectos de ZK Rollup están surgiendo cada día. Aquí hay algunos de los proyectos de ZK-Rollup:

Fuente: Moralis

Proyectos como Starkware(que desarrolla L2 de escala personalizada y a medida de permisos),Red Azteca(construyendo cifrado de blockchain usando zkSNARKs),Argent(una billetera no custodia integrada con zkSync)Immutable X(una plataforma de creación e intercambio de NFT) yLoopring(un protocolo de intercambio y pago zk-rollup en Ethereum) todos utilizan ZK Rollups.

Aquí se muestran las diferentes formas en que se utilizan los ZK Rollups:

1. En Finanzas Descentralizadas (DeFi): Ayuda a los usuarios a prestar, pedir prestado y comerciar con menores costos de gas.
2. En los Intercambios Descentralizados (DEXs): facilita intercambios de tokens más rápidos y rentables al mismo tiempo que mejora la privacidad.
3. En juegos y NFT: Mejora la participación del usuario en plataformas digitales potenciando economías escalables en el juego y vibrantes mercados de NFT.
4. En Pagos: Facilita transacciones rápidas y de bajo costo y pagos transfronterizos.

¿Qué es la compresión ZK?

La compresión ZK es una primitiva, creada y lanzada por Protocolo de Luz y Helius Labs. Reduce los costos en cadena mediante el uso de pruebas de conocimiento cero y compresión para minimizar la cantidad de datos almacenados en cadena y, por lo tanto, la demanda computacional impuesta en Solana a través de transacciones.

Un primitivo es un algoritmo criptográfico de bajo nivel que se utiliza como base o bloque de construcción por algoritmos criptográficos de nivel superior.

Para comprender mejor la Compresión ZK, es importante entender la arquitectura única de Solana y los desafíos a los que se enfrenta.

Comprendiendo las “Cuentas” en Solana

A diferencia de Ethereum, donde los contratos inteligentes y los datos están estrechamente acoplados, Solana utiliza un modelo donde los datos se almacenan en "cuentas" separadas. Estas cuentas van desde código ejecutable hasta saldos de tokens.

Todo en Solana es una cuenta.

Si bien este modelo permite el alto rendimiento y el procesamiento paralelo de Solana, tiene un costo: los validadores deben mantener todas las cuentas activas en la memoria de acceso rápido (RAM), que es costosa.

Para evitar abusos y compensar a los validadores, Solana implementa un sistema de "alquiler" donde los usuarios deben bloquear tokens SOL para mantener activas sus cuentas, con el monto del alquiler directamente vinculado al tamaño de los datos almacenados.

Fuente:0XMert’s 𝕏

A medida que Solana ganaba popularidad, el costo de crear y mantener estas cuentas se convirtió en una barrera significativa para escalar, al igual que la necesidad de una solución, la Compresión ZK.

Con la llegada de la compresión ZK, el costo de crear nuevas cuentas de Solana está configurado para disminuir significativamente, potencialmente en “órdenes de magnitud”.

Si algo se vuelve más barato por “órdenes de magnitud”, significa que el costo o esfuerzo involucrado disminuye drásticamente, a menudo diez veces o más en comparación con la cantidad anterior.

Esto significa que la creación de 100 cuentas de usuario comprimidas que contienen y rastrean saldos de criptomonedas (también conocidas como cuentas de tokens) será 5,000 veces más barata que la creación de 100 cuentas de tokens regulares.

Piensa en esto de esta manera: la compresión implica exprimir algo hasta que ocupe menos espacio. La compresión ZK aplica este principio, donde 'ZK' significa que la privacidad de los datos comprimidos permanece intacta.

En esencia, la compresión ZK almacena solo la "huella digital" (hash) de los datos comprimidos en la cadena. Este enfoque reduce los costos de almacenamiento al tiempo que preserva la privacidad de los datos.

Contrariamente a lo que dicen los competidores, ZK Compression no es una cadena de capa 2 en Solana; es una actualización para mejorar el almacenamiento de datos de Solana y reducir drásticamente los costos para los desarrolladores.

Cómo funciona la compresión ZK en Solana

La Compresión ZK aborda este desafío de frente al permitir a los desarrolladores comprimir múltiples estados de cuenta en una sola cuenta en cadena.

Fuente: 0xSumanth’s 𝕏

Así es como funciona:

1. Compresión de cuentas: Los estados de múltiples cuentas se combinan y se hashean de forma recursiva en una raíz de estado compacta de 32 bytes.
2. Almacenamiento en cadena y fuera de cadena: Un árbol de estado es un árbol binario de Merkle que organiza los datos en una estructura jerárquica, lo que permite una verificación eficiente de la integridad de los datos. Esta raíz de estado se almacena en cadena, mientras que los datos de la cuenta completa se almacenan fuera de la cadena en el libro mayor de Solana.
3. Validación de pruebas: Las pruebas sucintas de conocimiento cero confirman la existencia de múltiples cuentas comprimidas dentro de los árboles de estado, manteniendo un tamaño constante de 128 bytes. Cuando una transacción necesita acceder o modificar los datos comprimidos, proporciona una prueba de que los datos corresponden a la raíz del estado en cadena.
4. Verificación: La prueba se verifica en la cadena, lo que permite que la transacción continúe si es válida.

La clave de la innovación radica en el uso de pruebas de conocimiento cero, específicamente SNARKs (Argumentos No Interactivos Sucintos de Conocimiento), para comprimir las pruebas de Merkle utilizadas en este proceso.

Fuente: 𝕏 de 0xMert

Esta compresión reduce el tamaño de la prueba de potencialmente cientos de bytes a un constante de 128 bytes, independientemente del número de cuentas que se estén comprimiendo.

Esta dramática reducción en el tamaño de los datos permite a los desarrolladores trabajar dentro de los límites de tamaño de transacción de Solana mientras siguen interactuando con múltiples cuentas comprimidas en una sola transacción.

Los aspectos positivos de la compresión ZK en la cadena de bloques de Solana

Estas son las ventajas de la compresión ZK para el ecosistema de Solana:

1. Eficiencia energética: Reducir los requisitos de almacenamiento y computación disminuye el consumo de energía asociado con las operaciones.
2. Escalabilidad: La compresión de datos de Solana permite un mayor volumen de aplicaciones y transacciones, mejorando la escalabilidad general.
3. Mantiene la seguridad de la capa 1: A diferencia de las soluciones de capa 2, los datos comprimidos conservan todos los beneficios de seguridad de la cadena principal de Solana.
4. Entorno todo en uno: los desarrolladores pueden construir e implementar aplicaciones dentro de un único entorno, eliminando la necesidad de conectar entre capas, lo que simplifica el proceso de construcción.
5. Costo reducido: Reduce los costos de almacenamiento de datos al minimizar los requisitos de almacenamiento en cadena.
6. Programabilidad: Los datos comprimidos siguen siendo completamente compatibles con los contratos inteligentes de Solana, preservando su utilidad y programabilidad.

Desventajas de la compresión ZK en la cadena de bloques de Solana

Estos son los inconvenientes de la compresión ZK para Solana:

1. Complejidad computacional: Generar pruebas de conocimiento cero es intensivo en términos computacionales, lo que puede llevar a costos elevados y un rendimiento más lento.
2. Desafíos de implementación: Desarrollar e implementar la compresión ZK requiere conocimientos especializados en criptografía.
3. Problemas de escalabilidad: Si bien la compresión ZK tiene como objetivo mejorar la escalabilidad, los requisitos computacionales a veces pueden compensar estos beneficios, especialmente en entornos con recursos limitados.
4. Gastos de verificación: Verificar pruebas de conocimiento cero, aunque generalmente menos intensivo que generarlas, todavía requiere recursos computacionales. En algunos casos, esto puede introducir latencia e impactar la eficiencia general del sistema.
5. Costes económicos: Las altas demandas computacionales se traducen en un mayor consumo de energía y costos operativos. Esto puede hacer que la compresión ZK sea menos económicamente viable para ciertas aplicaciones.

Casos de uso de ZK Compression

Aquí hay algunos posibles casos de uso de compresión zk:

1. Aplicaciones DeFi: protocolos DeFi en Solana como Intercambio de Júpiterpuede utilizar la compresión ZK para ayudar a reducir las tarifas y acelerar los tiempos de transacción.
2. Micropagos: En soluciones de micropagos como Código, la compresión zk haría que los pagos fueran más rentables y sostenibles en la red de Solana al reducir los requisitos de almacenamiento en cadena para las muchas transacciones pequeñas.
3. Redes descentralizadas: Protocolos como Helium, que proporcionan redes inalámbricas descentralizadas, atienden a millones de usuarios y dispositivos. La compresión ZK juega un papel vital en la gestión de la gran cantidad de datos generados por estas redes sin necesidad de soluciones intrincadas de Capa 2.
4. Gaming: La compresión ZK podría optimizar los costos de almacenamiento en juegos como Honeyland. Todos los activos del juego, los objetos del juego y los metadatos de NFT costarían menos, mejorando así la experiencia general del usuario.

TL;DR: Comparando ZK Rollups y ZK Compression

Similitudes

1. Uso de pruebas de conocimiento cero: Ambas soluciones utilizan pruebas de conocimiento cero para validar y asegurar transacciones fuera de la cadena.
2. Mejora de la escalabilidad: Su objetivo es mejorar la escalabilidad de la cadena de bloques mediante la reducción del procesamiento de transacciones en cadena y el almacenamiento de datos.
3. Soluciones de capa 2: Ambas son consideradas soluciones de escalado de capa 2 construidas sobre sus respectivas blockchains para aumentar el rendimiento de transacciones y reducir costos.

Diferencias

1. Plataforma de blockchain: ZK Rollups opera en Ethereum, mientras que ZK Compression se implementa en Solana.
2. Enfoque principal: ZK Rollups se centra en la agregación y procesamiento de transacciones fuera de la cadena para mejorar la escalabilidad, mientras que la compresión ZK tiene como objetivo principal reducir los costos de almacenamiento en cadena a través de la compresión de datos.
3. Enfoque de implementación: ZK Rollups agrupa múltiples transacciones en una sola prueba para su envío a la cadena principal de Ethereum, mientras que ZK Compression comprime múltiples estados de cuenta en una sola cuenta en la cadena de Solana.
4. Tamaño de Prueba: ZK Rollups utilizan zk-SNARKs o zk-STARKs para generar pruebas sucintas, mientras que ZK Compression utiliza zk-SNARKs para comprimir las pruebas de Merkle en un tamaño constante.
5. Manejo de transacciones: ZK Rollups procesa transacciones fuera de la cadena y periódicamente envía pruebas a Ethereum, mientras que ZK Compression maneja datos de cuenta comprimidos en la cadena con verificación utilizando pruebas de conocimiento cero.

Casos de uso

Casos de uso actuales para ZK Rollups

1. Aplicaciones DeFi: Mejora los protocolos de finanzas descentralizadas al reducir las tarifas de transacción y aumentar la velocidad de transacción.
2. Intercambios descentralizados (DEX): facilita intercambios eficientes de tokens manteniendo la privacidad.
3. Juegos: admite economías escalables en juegos y mercados de NFT con costos más bajos.
4. Pagos: Permite transacciones rápidas y de bajo costo, así como pagos transfronterizos.

Posible caso de uso de compresión ZK

1. Aplicaciones DeFi: Reduce las tarifas y acelera las transacciones para los protocolos DeFi en Solana.
2. Micropagos: hace que las pequeñas transacciones sean más rentables y sostenibles al minimizar el almacenamiento en cadena.
3. Redes descentralizadas: Administra grandes volúmenes de datos de manera eficiente para redes inalámbricas descentralizadas y aplicaciones de IoT.
4. Juegos: Optimiza los costos de almacenamiento para activos de juego y metadatos de NFT, mejorando la experiencia del usuario.

Mi opinión honesta

Ya sea que sufras de Maximysis de Eth, o seas un firme creyente de Solana como yo, lo más importante es usar la cadena de bloques que se adapte a tus necesidades en el momento dado.

Encuentro que los ZK Rollups son los más adecuados para proyectos que necesitan alta seguridad y se benefician del ecosistema establecido de Ethereum, ya que proporcionan un método fiable para escalar Ethereum mientras se preserva su estructura descentralizada.

Por otro lado, con la Compresión ZK, Solana puede manejar más transacciones sin quedarse atrapado, incluso cuando el precio de SOL sube. Por lo tanto, creo que la Compresión ZK en Solana es perfecta para aplicaciones que valoran la velocidad, el rendimiento y la eficiencia de costos.

La capacidad de Solana para soportar aplicaciones descentralizadas (dApps) de alto rendimiento y costo eficiente tiene un atractivo futurista porque la velocidad y el costo son cruciales para la adopción generalizada de la tecnología blockchain.

Al final, tanto ZK Rollups como ZK Compression podrían ayudar a que las transacciones sean más rápidas, más baratas y, por lo tanto, más escalables.

Referencias

S. Goldwasser, S. Micali, y C. Rackoff, 1985. “La complejidad del conocimiento de los sistemas de prueba interactiva”

Helius.dev

zkCompression

Cointelegraph

Ethereum.org

Techopedia

Solanacompass.com

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