Validity Rollups: la mejor opción para la escalabilidad de Ethereum
Los Validity Rollups (también conocidos como zk-rollups) se consideran la solución más prometedora para mejorar la capacidad de procesamiento de Ethereum de manera segura y descentralizada. El núcleo de esta solución de escalado radica en el uso de pruebas de validez para realizar cálculos verificables. Su funcionamiento es el siguiente:
Los operadores trasladan el procesamiento de transacciones a un entorno fuera de la cadena (llamado capa 2), en lugar de procesar cada transacción en la red principal de Ethereum. Después de procesar un gran número de transacciones, los operadores de la capa 2 devuelven los resultados para aplicarlos al estado de Ethereum, al mismo tiempo que proporcionan pruebas válidas de la integridad de la ejecución fuera de la cadena. Esta prueba garantiza la validez de todas las transacciones en el lote y es validada automáticamente por un contrato de validador en la cadena. Esto permite que Ethereum aplique los resultados a su propio estado.
Es importante señalar que los Validity Rollups a menudo se denominan erróneamente como cero conocimiento, pero esto no es preciso. La mayoría de los Validity Rollups no utilizan ZKP ni se utilizan para garantizar la privacidad. Por lo tanto, el término "Validity Rollup" es más preciso.
Máquina virtual fuera de la cadena
Antes de entrar en una discusión profunda, necesitamos entender el concepto de máquina virtual (VM). En pocas palabras, una VM es un entorno en el que se pueden ejecutar programas, al igual que ejecutar el sistema operativo Windows en una Mac. Cambia entre diferentes estados después de realizar cálculos sobre ciertas entradas. La máquina virtual de Ethereum (EVM) es la VM que ejecuta los contratos inteligentes de Ethereum.
La Máquina Virtual de Conocimiento Cero (zkVM) es un entorno de ejecución de programas que puede generar pruebas de validez fáciles de verificar, para demostrar que un programa se ha ejecutado correctamente. El término "zkEVM" generalmente se refiere a la utilización de la Máquina Virtual de Ethereum (EVM) y a la capacidad de demostrar la ejecución de la EVM. Este término puede resultar engañoso, ya que la EVM en sí misma no genera estas pruebas; más bien, las pruebas son generadas por un mecanismo de prueba separado que toma como punto de partida los resultados de la ejecución de la EVM. Además, estas pruebas se centran principalmente en la validez y no en la privacidad, por lo que no son completamente pruebas de conocimiento cero.
A pesar de que todos los Validity Rollups están diseñados para utilizar pruebas de validez para escalar Ethereum, existen diferencias en la elección de la VM para ejecutar las transacciones fuera de la cadena. Muchos Validity Rollups eligen replicar el diseño de EVM (por lo que se les llama "zkEVM rollups"), intentando replicar la experiencia de Ethereum en un rollup L2. Por otro lado, Starknet utiliza una nueva VM: Cairo VM (CVM), diseñada específicamente para optimizar la eficiencia de las pruebas de validez.
Ambos métodos tienen sus ventajas y desventajas: zkEVM sacrifica rendimiento por compatibilidad con Ethereum, mientras que Cairo VM prioriza el rendimiento sobre la compatibilidad, enfocándose en la capacidad de escalado.
El enfoque de zkEVM
zkEVM tiene como objetivo llevar la experiencia de Ethereum completamente a las blockchains de Capa 2. Su meta es replicar el entorno de desarrollo de Ethereum en la consolidación. Con zkEVM, los desarrolladores no necesitan modificar su código o renunciar a las herramientas y contratos inteligentes existentes de EVM al escribir contratos inteligentes o al migrarlos a soluciones más escalables.
Sin embargo, una de las principales desventajas de este método es que limita el potencial de escalabilidad de las pruebas de validez. Dado que zkEVM se compromete a ser compatible con Ethereum, es más lento y consume más recursos. A diferencia de CVM, EVM no consideró la eficiencia de las pruebas en su diseño. Esto limita las medidas de optimización que pueden mejorar la eficiencia y escalabilidad, afectando en última instancia el rendimiento general del sistema.
Desafíos de la demostrabilidad del EVM
Los desafíos centrales que enfrenta el método zkEVM provienen del diseño original de EVM: no fue diseñado para funcionar en un entorno de pruebas de validez. Por lo tanto, los esfuerzos para replicar su funcionalidad no pueden aprovechar plenamente el potencial de las pruebas de validez, lo que resulta en una eficiencia deficiente. Esta baja eficiencia, en última instancia, afectará el rendimiento general del sistema. La compatibilidad de EVM con las pruebas de validez se ve obstaculizada por los siguientes factores:
EVM utiliza un modelo basado en pilas, mientras que la prueba de validez se adapta mejor a un modelo basado en registros. Las características de pila del EVM hacen que sea más difícil demostrar la corrección de su ejecución y proporcionar soporte directo para su cadena de herramientas nativa.
El almacenamiento en Ethereum depende en gran medida de Keccak y de un gran Árbol de Merkle Patricia, los cuales no favorecen la prueba de validez y aumentan la carga de prueba. Por ejemplo, Keccak funciona muy rápido en la arquitectura x86, pero requiere 90k pasos para probar. En comparación, Pedersen (una función hash amigable con zk) solo necesita 32 pasos.
Por lo tanto, varias zkEVM ofrecen diferentes niveles de soporte para herramientas de Ethereum: cuanto mayor es la compatibilidad de zkEVM con Ethereum, peor es el rendimiento.
Método de Cairo-VM
A diferencia de zkEVM, que invierte mucho tiempo de desarrollo en "hacer que EVM se adapte a los Validity Rollups", hay otra opción: utilizar una nueva máquina virtual dedicada y agregar soporte para herramientas de Ethereum como una capa adicional sobre ella. Este es precisamente el enfoque adoptado por Starknet, un Validity Rollup sin permisos lanzado en noviembre de 2021. Starknet es el primer Validity Rollup que ofrece una plataforma de contratos inteligentes genéricos en una red completamente combinable.
Starknet utiliza Cairo-VM (CVM), que es un lenguaje de alto nivel del mismo nombre. Cairo-VM está diseñado específicamente para generar de manera eficiente pruebas de validez de la ejecución de programas.
El uso de Cairo (máquina virtual y lenguaje) ofrece las siguientes ventajas:
Prueba de validez optimizada: cada instrucción tiene una representación algebraica válida.
Lenguaje tipo Rust utilizado para escribir programas verificables
La representación intermedia entre el avanzado Cairo y el ensamblador de Cairo (instrucciones VM) (Sierra), permite la ejecución eficiente del código Cairo.
El desarrollo de un nuevo lenguaje permite personalizar según necesidades específicas y equiparlo con funciones que satisfacen demandas anteriormente no atendidas.
Cairo y diversificación de la codificación
Starknet fomenta la innovación, lo que se refleja en su enfoque diverso hacia el código. Cairo utiliza STARKs para obtener la mejor capacidad de escalabilidad, que no se limita solo a los desarrolladores que escriben contratos directamente en Cairo. Los desarrolladores pueden elegir el enfoque que mejor se adapte a ellos:
Escribir código nativo en Cairo: Con el lanzamiento de Cairo 1.0, los desarrolladores ahora pueden usar un lenguaje tipo Rust que es ergonómico y seguro.
Compatibilidad con Solidity: Los desarrolladores de Solidity pueden escribir código que sea utilizable por la VM de Cairo. Este enfoque proporciona una experiencia de desarrollo similar a la de Ethereum y hace que los contratos inteligentes de Solidity sean portables a Starknet. Existen dos formas de implementación:
Transcripción: Utilizar el transcriptor Warp para convertir el código Solidity en Cairo.
zkEVM en Starknet: utiliza Kakarot, un zkEVM escrito en Cairo, que puede ejecutar contratos inteligentes de Ethereum en Starknet.
A pesar de su corta existencia, Cairo se ha convertido en el cuarto lenguaje de contratos inteligentes más popular por TVL, y ha recibido más de 350 millones de dólares en apoyo financiero.
Resumen
zkEVM tiene como objetivo replicar el entorno de Ethereum como un rollup, permitiendo a los desarrolladores utilizar herramientas familiares de Ethereum. Sin embargo, este enfoque limita el potencial de las pruebas de validez y puede consumir una gran cantidad de recursos.
Cairo VM está diseñado específicamente para sistemas de prueba de validez, sin las limitaciones del EVM. Se apoya en un nuevo lenguaje de programación seguro y ergonómico similar a Rust, Cairo 1.0, formando una poderosa herramienta destinada a maximizar la eficiencia de escalado de Ethereum mediante el uso de pruebas STARK.
El continuo progreso de Cairo, el crecimiento de opciones de desarrollo diversificadas como Kakarot zkEVM y Warp es emocionante. Con la entrada de Starknet dApp en la fase de producción, se ha demostrado la poderosa funcionalidad de Cairo, y se cree que se utilizará en proyectos más ambiciosos en el futuro.
Gracias a las múltiples vías de escalabilidad de STARK y a los nuevos métodos que podrían surgir en los próximos meses, los desarrolladores ahora tienen un control sin precedentes sobre la escalabilidad de la blockchain.
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TokenomicsTrapper
· hace9h
en realidad, si lees las especificaciones... las pruebas zk son solo humo y espejos para una infraestructura centralizada, lmao, lo dije en 2021
Validity Rollups: la mejor solución de escalado de Ethereum y sus controversias
Validity Rollups: la mejor opción para la escalabilidad de Ethereum
Los Validity Rollups (también conocidos como zk-rollups) se consideran la solución más prometedora para mejorar la capacidad de procesamiento de Ethereum de manera segura y descentralizada. El núcleo de esta solución de escalado radica en el uso de pruebas de validez para realizar cálculos verificables. Su funcionamiento es el siguiente:
Los operadores trasladan el procesamiento de transacciones a un entorno fuera de la cadena (llamado capa 2), en lugar de procesar cada transacción en la red principal de Ethereum. Después de procesar un gran número de transacciones, los operadores de la capa 2 devuelven los resultados para aplicarlos al estado de Ethereum, al mismo tiempo que proporcionan pruebas válidas de la integridad de la ejecución fuera de la cadena. Esta prueba garantiza la validez de todas las transacciones en el lote y es validada automáticamente por un contrato de validador en la cadena. Esto permite que Ethereum aplique los resultados a su propio estado.
Es importante señalar que los Validity Rollups a menudo se denominan erróneamente como cero conocimiento, pero esto no es preciso. La mayoría de los Validity Rollups no utilizan ZKP ni se utilizan para garantizar la privacidad. Por lo tanto, el término "Validity Rollup" es más preciso.
Máquina virtual fuera de la cadena
Antes de entrar en una discusión profunda, necesitamos entender el concepto de máquina virtual (VM). En pocas palabras, una VM es un entorno en el que se pueden ejecutar programas, al igual que ejecutar el sistema operativo Windows en una Mac. Cambia entre diferentes estados después de realizar cálculos sobre ciertas entradas. La máquina virtual de Ethereum (EVM) es la VM que ejecuta los contratos inteligentes de Ethereum.
La Máquina Virtual de Conocimiento Cero (zkVM) es un entorno de ejecución de programas que puede generar pruebas de validez fáciles de verificar, para demostrar que un programa se ha ejecutado correctamente. El término "zkEVM" generalmente se refiere a la utilización de la Máquina Virtual de Ethereum (EVM) y a la capacidad de demostrar la ejecución de la EVM. Este término puede resultar engañoso, ya que la EVM en sí misma no genera estas pruebas; más bien, las pruebas son generadas por un mecanismo de prueba separado que toma como punto de partida los resultados de la ejecución de la EVM. Además, estas pruebas se centran principalmente en la validez y no en la privacidad, por lo que no son completamente pruebas de conocimiento cero.
A pesar de que todos los Validity Rollups están diseñados para utilizar pruebas de validez para escalar Ethereum, existen diferencias en la elección de la VM para ejecutar las transacciones fuera de la cadena. Muchos Validity Rollups eligen replicar el diseño de EVM (por lo que se les llama "zkEVM rollups"), intentando replicar la experiencia de Ethereum en un rollup L2. Por otro lado, Starknet utiliza una nueva VM: Cairo VM (CVM), diseñada específicamente para optimizar la eficiencia de las pruebas de validez.
Ambos métodos tienen sus ventajas y desventajas: zkEVM sacrifica rendimiento por compatibilidad con Ethereum, mientras que Cairo VM prioriza el rendimiento sobre la compatibilidad, enfocándose en la capacidad de escalado.
El enfoque de zkEVM
zkEVM tiene como objetivo llevar la experiencia de Ethereum completamente a las blockchains de Capa 2. Su meta es replicar el entorno de desarrollo de Ethereum en la consolidación. Con zkEVM, los desarrolladores no necesitan modificar su código o renunciar a las herramientas y contratos inteligentes existentes de EVM al escribir contratos inteligentes o al migrarlos a soluciones más escalables.
Sin embargo, una de las principales desventajas de este método es que limita el potencial de escalabilidad de las pruebas de validez. Dado que zkEVM se compromete a ser compatible con Ethereum, es más lento y consume más recursos. A diferencia de CVM, EVM no consideró la eficiencia de las pruebas en su diseño. Esto limita las medidas de optimización que pueden mejorar la eficiencia y escalabilidad, afectando en última instancia el rendimiento general del sistema.
Desafíos de la demostrabilidad del EVM
Los desafíos centrales que enfrenta el método zkEVM provienen del diseño original de EVM: no fue diseñado para funcionar en un entorno de pruebas de validez. Por lo tanto, los esfuerzos para replicar su funcionalidad no pueden aprovechar plenamente el potencial de las pruebas de validez, lo que resulta en una eficiencia deficiente. Esta baja eficiencia, en última instancia, afectará el rendimiento general del sistema. La compatibilidad de EVM con las pruebas de validez se ve obstaculizada por los siguientes factores:
EVM utiliza un modelo basado en pilas, mientras que la prueba de validez se adapta mejor a un modelo basado en registros. Las características de pila del EVM hacen que sea más difícil demostrar la corrección de su ejecución y proporcionar soporte directo para su cadena de herramientas nativa.
El almacenamiento en Ethereum depende en gran medida de Keccak y de un gran Árbol de Merkle Patricia, los cuales no favorecen la prueba de validez y aumentan la carga de prueba. Por ejemplo, Keccak funciona muy rápido en la arquitectura x86, pero requiere 90k pasos para probar. En comparación, Pedersen (una función hash amigable con zk) solo necesita 32 pasos.
Por lo tanto, varias zkEVM ofrecen diferentes niveles de soporte para herramientas de Ethereum: cuanto mayor es la compatibilidad de zkEVM con Ethereum, peor es el rendimiento.
Método de Cairo-VM
A diferencia de zkEVM, que invierte mucho tiempo de desarrollo en "hacer que EVM se adapte a los Validity Rollups", hay otra opción: utilizar una nueva máquina virtual dedicada y agregar soporte para herramientas de Ethereum como una capa adicional sobre ella. Este es precisamente el enfoque adoptado por Starknet, un Validity Rollup sin permisos lanzado en noviembre de 2021. Starknet es el primer Validity Rollup que ofrece una plataforma de contratos inteligentes genéricos en una red completamente combinable.
Starknet utiliza Cairo-VM (CVM), que es un lenguaje de alto nivel del mismo nombre. Cairo-VM está diseñado específicamente para generar de manera eficiente pruebas de validez de la ejecución de programas.
El uso de Cairo (máquina virtual y lenguaje) ofrece las siguientes ventajas:
El desarrollo de un nuevo lenguaje permite personalizar según necesidades específicas y equiparlo con funciones que satisfacen demandas anteriormente no atendidas.
Cairo y diversificación de la codificación
Starknet fomenta la innovación, lo que se refleja en su enfoque diverso hacia el código. Cairo utiliza STARKs para obtener la mejor capacidad de escalabilidad, que no se limita solo a los desarrolladores que escriben contratos directamente en Cairo. Los desarrolladores pueden elegir el enfoque que mejor se adapte a ellos:
Escribir código nativo en Cairo: Con el lanzamiento de Cairo 1.0, los desarrolladores ahora pueden usar un lenguaje tipo Rust que es ergonómico y seguro.
Compatibilidad con Solidity: Los desarrolladores de Solidity pueden escribir código que sea utilizable por la VM de Cairo. Este enfoque proporciona una experiencia de desarrollo similar a la de Ethereum y hace que los contratos inteligentes de Solidity sean portables a Starknet. Existen dos formas de implementación:
A pesar de su corta existencia, Cairo se ha convertido en el cuarto lenguaje de contratos inteligentes más popular por TVL, y ha recibido más de 350 millones de dólares en apoyo financiero.
Resumen
zkEVM tiene como objetivo replicar el entorno de Ethereum como un rollup, permitiendo a los desarrolladores utilizar herramientas familiares de Ethereum. Sin embargo, este enfoque limita el potencial de las pruebas de validez y puede consumir una gran cantidad de recursos.
Cairo VM está diseñado específicamente para sistemas de prueba de validez, sin las limitaciones del EVM. Se apoya en un nuevo lenguaje de programación seguro y ergonómico similar a Rust, Cairo 1.0, formando una poderosa herramienta destinada a maximizar la eficiencia de escalado de Ethereum mediante el uso de pruebas STARK.
El continuo progreso de Cairo, el crecimiento de opciones de desarrollo diversificadas como Kakarot zkEVM y Warp es emocionante. Con la entrada de Starknet dApp en la fase de producción, se ha demostrado la poderosa funcionalidad de Cairo, y se cree que se utilizará en proyectos más ambiciosos en el futuro.
Gracias a las múltiples vías de escalabilidad de STARK y a los nuevos métodos que podrían surgir en los próximos meses, los desarrolladores ahora tienen un control sin precedentes sobre la escalabilidad de la blockchain.