¿Qué son los paquetes acumulativos?

Introducción

Los rollups representan una de las soluciones de escalado de Ethereum más populares y efectivas. Como solución de escalado fuera de la cadena de capa 2, Rollup agrupa miles de transacciones fuera de la cadena en lotes y las envía a la cadena de bloques principal para su almacenamiento y verificación. Mejora en gran medida el volumen de transacciones y la velocidad de las transacciones al tiempo que hereda la seguridad de Ethereum Mainnet.

Introducción

Actualmente, todas las cadenas de bloques están luchando con el problema del "triángulo imposible": descentralización, escalabilidad y seguridad. Cualquier cadena de bloques puede tener como máximo dos de ellos. Por ejemplo, cuando Ethereum logra la descentralización y la seguridad, sacrifica la escalabilidad. A medida que aumenta la cantidad de usuarios en la red, Ethereum se ve abrumado y no puede soportar un tráfico tan grande. Como resultado, se producen problemas como la lentitud de las transacciones y las altas tarifas.

El objetivo principal de la escalabilidad es aumentar la velocidad y el rendimiento de las transacciones (transacciones por segundo, TPS) sin sacrificar la seguridad ni la descentralización.
Los rollups, el término mencionado con más frecuencia recientemente, son soluciones para escalar Ethereum. Es la solución de escalado más factible para Ethereum antes de completar la fragmentación y el escalado de Mainnet.

Escalabilidad de Ethereum

Hay dos tipos de escalado de blockchain: escalado dentro de la cadena y escalado fuera de la cadena.

Escalado en cadena

El escalado en cadena implica un cambio en el protocolo Ethereum para mejorar verdaderamente su velocidad de transacción y rendimiento de transacción. En la actualidad, el enfoque principal del escalado en cadena es la fragmentación. El escalado dentro de la cadena es más difícil que el escalado fuera de la cadena.

Fragmentación

La tecnología de fragmentación no es un concepto nuevo. Se ha utilizado durante mucho tiempo en las bases de datos comerciales tradicionales. Sharding es el proceso de dividir horizontalmente una base de datos en varios fragmentos para aligerar la carga. Los datos fragmentados se asignarán aleatoriamente a cada nodo y se procesarán de forma independiente y simultánea en paralelo.
Sharding mejorará efectivamente la velocidad de transacción y el rendimiento de transacción de blockchain. Incluso puede ayudar a Ethereum a abordar el "triángulo imposible".

Escalamiento fuera de la cadena

La escala fuera de la cadena se refiere a mejorar la escalabilidad de Mainnet a través de innovaciones fuera de Mainnet, que no incurrirán en cambios en el protocolo Ethereum. Además de la Capa 2, otras soluciones populares de escalado fuera de la cadena en la actualidad son Sidechain y Plasma, etc.

Escalado de capa 2

La descentralización y la seguridad nunca deben verse comprometidas para lograr la escalabilidad. La capa 2 es una cadena de bloques independiente. Como hereda la seguridad y la descentralización de Mainnet, la Capa 2 tiene el potencial de lograr una mayor escalabilidad. Actualmente hay dos tipos de escalado de Capa 2: acumulaciones y canales de estado.
Los paquetes acumulativos son actualmente la solución principal para escalar Ethereum. Desempeñan un papel crucial en la configuración de la hoja de ruta de Ethereum. Según el modelo de seguridad, los paquetes acumulativos se pueden dividir en dos categorías: paquetes acumulativos optimistas y paquetes acumulativos de conocimiento cero.
Los canales estatales permiten a los usuarios realizar transacciones fuera de la cadena de manera segura, rápida y económica, y luego establecer la finalidad con Mainnet.

Cadenas laterales

Las cadenas laterales son cadenas de bloques compatibles con EVM que se ejecutan independientemente de Ethereum Mainnet. Las cadenas laterales son compatibles con Ethereum Mainnet a través de puentes entre cadenas y se ejecutan bajo sus propios algoritmos de consenso en paralelo con Mainnet. A diferencia de Ethereum, las cadenas laterales sacrifican cierta medida de descentralización o seguridad para lograr un alto rendimiento de transacciones y una velocidad de transacción más rápida. Las dos cadenas laterales más populares son Polygon y Fantom.

Plasma

Las cadenas de plasma son cadenas de bloques separadas ancladas a Ethereum Mainnet que utilizan pruebas de fraude para arbitrar disputas. A diferencia de las cadenas laterales, las cadenas de plasma se construyen sobre la cadena de bloques Ethereum y pueden extender muchas cadenas "hijas". Hasta cierto punto, las cadenas de plasma se benefician de la seguridad de Ethereum Mainnet. Plasma se vio una vez como una solución para escalar Ethereum, pero luego fue reemplazada por la Capa 2. Una conocida cadena de bloques de Plasma es OMG Network.

¿Por qué son importantes los paquetes acumulativos?

El escalado fuera de la cadena de capa 2 es la solución de escalado convencional

El escalado en cadena es difícil de implementar ya que requiere cambios en el protocolo Ethereum. Por lo tanto, el escalado fuera de la cadena es actualmente el enfoque principal de la actualización de escalado.
La escalabilidad fuera de la cadena se refiere a mejorar la escalabilidad de Ethereum Mainnet a través de innovaciones fuera de ella. Este método no necesita cambiar el protocolo Ethereum original. Las soluciones comunes de escalado fuera de la cadena incluyen Layer 2, Plasma, Sidechains, etc.
La capa 2 es actualmente la solución de escalado fuera de la cadena más popular y se beneficia de las siguientes características:

1. Disfruta de un alto rendimiento de transacciones, mejora la experiencia del usuario y reduce la congestión de la red Ethereum.

2. Los paquetes acumulativos de capa 2 pueden comprimir una gran cantidad de transacciones y reducir el costo de uso de la red.

3. Logra la descentralización y la seguridad mientras busca la escalabilidad, lo que lo distingue de otras soluciones de escalamiento fuera de la cadena.

La tecnología más popular y ampliamente utilizada de la Capa 2 es la acumulación, que presenta un alto rendimiento de transacciones, tarifas de transacción bajas y accesibilidad a los activos de la Capa 1.

Hoja de ruta de Ethereum centrada en acumulaciones

En 2020, Vitalik propuso una hoja de ruta de Ethereum centrada en rollup y el concepto de multi-rollups.
Los multi-rollups, aunque todavía están en sus inicios, pueden crear más posibilidades para Ethereum en el futuro. Dada la posibilidad de que los rollups logren un alto rendimiento de transacciones, junto con el escalado en cadena, la fragmentación combinada para el almacenamiento de disponibilidad de datos (DA), se pueden proponer rollups como servicio (RaaS) en el futuro, lo que permite que cualquiera pueda iniciar sus propios rollups rápidamente.
La aparición de multi-rollups también crea una demanda de tecnología puente de cross-rollups. Cuando los paquetes acumulativos se convierten en la corriente principal, es necesario crear tecnologías que puedan lograr una transferencia de activos conveniente y segura entre paquetes acumulativos y, al mismo tiempo, eliminar las altas tarifas de transacción en Ethereum.

¿Qué son los paquetes acumulativos?

Los paquetes acumulativos sirven como la opción principal actualmente para implementar la Capa 2. Los paquetes acumulativos en sí mismos son cadenas de bloques independientes, donde los usuarios realizan transacciones y luego envían datos a Ethereum para su almacenamiento. De esta forma, los Rollups podrían beneficiarse de la seguridad de la red principal. Además, al agrupar cientos de datos de transacciones en un solo lote, los resúmenes ayudan a reducir drásticamente las tarifas de transacción, ya que todos comparten las tarifas.
Los rollups tienen como objetivo mejorar la escalabilidad de Ethereum mediante el cálculo de transacciones en una cadena de bloques independiente y el empaquetado de datos de transacciones y su envío a Ethereum para su almacenamiento.
En la actualidad, hay dos tipos de acumulaciones: acumulaciones optimistas y acumulaciones de conocimiento cero. Son distintos entre sí en sus diferentes modelos de seguridad.

¿Qué son OP-Rollups?

Los resúmenes optimistas se consideran "optimistas" porque asumen que todas las transacciones en OP-Rollups son reales y válidas, y tratan todas las transacciones de manera optimista.

¿Cómo verifican los OP-Rollups la exactitud de una transacción?

Los OP-Rollups adoptan incentivos criptoeconómicos para garantizar que los validadores actúen con honestidad. Cualquiera en la cadena de bloques puede convertirse en validador, pero debe pagar algunos depósitos, que es similar a la prueba de participación. Si el validador propone una transacción inválida o intenta bifurcar maliciosamente, sus depósitos serán reducidos.
OP-Rollups utiliza pruebas de fraude para detectar la autenticidad de las transacciones. Después de que las transacciones en OP-Rollups se agrupan en lotes y se envían a Ethereum Mainnet, hay un período de tiempo llamado Período de desafío, durante el cual cualquiera puede verificar los lotes mediante el cálculo de una prueba de fraude.

Ingresar OP-Rollups

Para ingresar a OP-Rollups, los usuarios deben depositar tokens ETH, ERC-20 u otros activos de criptomoneda aceptados en el puente de cadena cruzada. El contrato puente transmitirá la transacción a la Capa 2 (o OP-Rollups), donde se acuña una cantidad equivalente de activos y se envía a la dirección elegida por el usuario en el OP-Rollup.

Salir de OP-Rollups

Salir de rollups es más complicado. Si un usuario quiere salir de OP-Rollups, solo puede retirar sus fondos depositados en Ethereum Mainnet después del período de desafío, durante el cual cualquiera puede desafiar los resultados de la transacción. Aunque el proceso es bastante simple para los usuarios, requiere mucho tiempo, ya que generalmente toma de 1 a 2 semanas.

Compatibilidad EVM

La ventaja de OP-Rollups es su compatibilidad con EVM, lo que permite a los equipos de desarrollo migrar contratos inteligentes existentes en Ethereum a OP-Rollups sin cambios en los códigos. No solo ahorra tiempo, sino que brinda comodidad al aprovechar la infraestructura de Ethereum, como lenguajes de programación, herramientas de prueba, etc.
Para obtener más información sobre EVM (Ethereum Virtual Machine), visite Qué es EVM en Gate Learn.

Arbitro

Arbitrum es la cadena de bloques líder de Capa 2 que adopta OP-Rollups, lo que representa casi la mitad de la capitalización de mercado total de Capa 2.

Además de algunos proyectos exitosos que ya se han estado ejecutando en Arbitrum, como Uniswap, Yearn y Sushiswap, existen otros proyectos nativos únicos, que incluyen GMX, un protocolo derivado y TreasureDAO que tiene la intención de construir un enorme ecosistema NFT, etc.
Si bien Arbitrum aún no cuenta con un token nativo, es la cadena de Capa 2 más grande de TVL, lo que hace que sus inversores estén muy atentos a su desarrollo. Arbitrum lanzó el evento Arbitrum Odyssey en abril de 2022, con el objetivo de brindar un viaje completo del ecosistema de Arbitrum a los usuarios. El evento fue cooperado con Project Galaxy y diseñado para durar 8 semanas. Los usuarios pueden recibir lanzamientos aéreos de NFT completando tareas semanales. Después de recolectar 13 NFT o más, los usuarios pueden ser recompensados con NFT exclusivos que marcan el final del viaje de Arbitrum.
Pero solo una semana después del inicio del evento, acudió una gran cantidad de usuarios, lo que provocó una explosión del volumen de transacciones y la congestión de la red, así como una tarifa de red que se disparó. Ante esta situación, Arbitrum decidió suspender Odyssey y reanudarla tras el lanzamiento de Nitro.

Volumen diario de transacciones de Arbitrum
(Fuente de la imagen: arbiscano)

Direcciones únicas de Arbitrum
(Fuente de la imagen: arbiscano)

OPTIMISMO

OPTIMISMO, denominado OP, también es una cadena de Capa 2 impulsada por OP-Rollups. Es la segunda cadena de Capa 2 más grande por capitalización de mercado. A diferencia de Arbitrum, OP anunció su primer airdrop el 1 de junio de 2022, seguido de un programa de incentivos del ecosistema. Incentivados por las altas recompensas, los inversores acudieron en masa a OP, lo que provocó un aumento significativo en su TVL.

OP también obtuvo el apoyo de algunos proyectos bien establecidos como Uniswap y Aave. Además, Velodrome, la capa base de liquidez del ecosistema OP, es un intercambio descentralizado que adopta un modelo ve(3,3) y ha logrado un éxito considerable. Incluso había superado a Uniswap, el intercambio descentralizado líder, por TVL.

¿Qué son los ZK-Rollups?

Ligeramente diferente de OP-Rollups, ZK-Rollups agrupa una gran cantidad de transacciones en lotes que se ejecutan fuera de la cadena y actualizan el estado del contrato inteligente mediante el envío de pruebas de validez a Mainnet. ZK-Rollups solo necesita publicar los datos de resumen mínimos en Mainnet para su validación.

Cómo ZK-Rollups verifica la corrección de las transacciones

El estado de ZK-Rollups se mantiene mediante contratos inteligentes implementados en Ethereum Mainnet. A través de la prueba de validez, el estado de ZK-Rollups se actualizará después de ser verificado por Mainnet. Los datos de resumen enviados a Mainnet contienen cambios en el contrato inteligente de Ethereum y pruebas criptográficas de que esos cambios son correctos

ZK-Rollups también usa Prueba de participación para seleccionar operadores. Los operadores deben depositar criptomonedas en el contrato como apuestas por adelantado. El tamaño de cada apuesta influirá en las posibilidades de que el apostador sea seleccionado. Si el operador actúa maliciosamente, su participación puede ser reducida.
Si un usuario decide salir de un ZK-Rollup, también debe agrupar transacciones y verificar y actualizar el estado del contrato inteligente a través de una prueba de validez. A diferencia de OP-Rollups, ZK-Rollups no tienen período de desafío.

Compatibilidad EVM

No es fácil que ZK-Rollups sea compatible con EVM. Ejecutar contratos inteligentes complejos es mucho más difícil que realizar cálculos simples, por lo que el desarrollo de ZK-Rollups es mucho más lento que el de OP-Rollups. Pero con la mejora de la tecnología de prueba de conocimiento cero en los últimos años, ya no es difícil implementar zkEVM.

Pruebas de Validez

ZK-Rollups agrupa las transacciones en cadena en lotes, que son pruebas de validez. La prueba de validez permite a las partes probar la exactitud de una declaración sin revelar la declaración misma. Por lo tanto, también se les llama pruebas de conocimiento cero.
En la actualidad, existen dos tipos de pruebas de validez de la siguiente manera:

1. ZK-SNARK (Argumento de conocimiento sucinto no interactivo de conocimiento cero)
   Los ZK-SNARK son populares por sus tamaños de prueba pequeños y su velocidad de transacción y rendimiento drásticamente aumentados. Si la información utilizada para crear parámetros públicos cae en posesión de actores malintencionados, se pueden generar pruebas de validez falsas. Entonces, ZK-SNARK enfrenta problemas de seguridad y confianza.

2. ZK-STARK (Argumento de conocimiento transparente escalable de conocimiento cero)
   ZK-STARK se considera una mejora de ZK-SNARK debido a su transparencia. Se basa en la aleatoriedad verificable públicamente para establecer parámetros para generar y verificar pruebas. Además, ZK-STARK es escalable y requiere menos tiempo para validar grandes conjuntos de datos.
   Sin embargo, dado que ZK-STARK produce pruebas de mayor tamaño, es más costoso verificarlas en Mainnet.

X inmutable

Immutable X, fundada en 2018, es una de las cadenas de bloques más conocidas que utiliza ZK-Rollup. Se caracteriza por proporcionar un sólido entorno de transacciones NFT. Se planea lanzar muchos juegos grandes de blockchain en Immutable X, incluidos Illuvium, Ember World, etc.
Gods Unchained, un juego de cartas lanzado en una etapa anterior, también es muy popular. En Gods Unchained, los jugadores comprarán, construirán y coleccionarán cartas que pueden usarse para construir mazos y luchar contra otros jugadores.

Polígono zkEVM (Hermez)

Recientemente, Polygon ha continuado expandiendo su negocio en ZK-Rollups. Tras los esfuerzos para adquirir Mir Protocol y Hermez Network, Polygon lanzó Polygon Hermez en julio de 2022. Este es el primer proyecto zkEVM equivalente a EVM de código abierto. Beneficiándose de la fuerte marca de Polygon, Hermez ganó mucha atención tan pronto como se lanzó. Después de que la red de prueba entre en funcionamiento, los desarrolladores pueden implementar sin problemas cualquier contrato inteligente de Ethereum en Polygon Hermez.

(Fuente de la imagen: Polygon zkEVM)

OP-Resúmenes vs ZK-Resúmenes

Modelo de seguridad

Los ZK-Rollups se basan en el mecanismo criptográfico sin confianza para garantizar la seguridad, mientras que los OP-Rollups se basan en incentivos criptoeconómicos para mantener la confianza.
OP-Rollups agrupa varias transacciones en lotes y las envía a Mainnet para su verificación. No verifican la autenticidad de estas transacciones por adelantado, pero asumen con optimismo que todas las transacciones son correctas. Los OP-Rollups tienen un período desafiante de aproximadamente 1 a 2 semanas, lo que permite que cualquier persona cuestione la autenticidad de la transacción mediante el cálculo de pruebas de fraude, protegiendo así el estado de la cadena de bloques. Si el usuario quiere salir, debe esperar hasta después del período de desafío para determinar la corrección de la transacción.
ZK-Rollups producirá pruebas de validez para transacciones agrupadas por adelantado y las enviará a contratos inteligentes en Mainnet para demostrar la exactitud del cambio de estado. Como se pueden proponer pruebas de validez para actualizar el estado de la cadena de bloques, los usuarios pueden salir de ZK-Rollups en cualquier momento.

Bloquear la utilización del espacio

OP-Rollups agrupa una gran cantidad de transacciones en lotes y las envía a Mainnet para su verificación. Por el contrario, los ZK-Rollups envían datos resumidos de tamaño pequeño a Mainnet. Como el costo de envío de datos a Mainnet es el principal costo incurrido en los Rollups, los ZK-Rollups son superiores ya que solo necesitan enviar pruebas de validez mínimas.

Compatibilidad con EVM y crecimiento futuro

Debido a su mayor compatibilidad con EVM, OP-Rollups ocupan la mayoría de la capitalización de mercado de Capa 2. Pero la finalización de la corrección de las transacciones está sujeta a un retraso debido a las pruebas de fraude.
Los ZK-Rollups tienen las ventajas de bajo costo, falta de confianza y una confirmación de transacción más rápida. La desventaja es que es difícil que sea compatible con EVM, junto con muchos problemas existentes por resolver, como el código fuente no completamente abierto y los diferentes métodos de desarrollo.
Desde una perspectiva integral, los OP-Rollups son más de código abierto que los ZK-Rollups, lo que facilita su proceso de desarrollo. Es por eso que el mercado actual de Capa 2 está dominado por OP-Rollups. Sin embargo, debido a las pruebas de fraude, OP-Rollups son inherentemente inferiores a ZK-Rollups en términos de seguridad; mientras que los ZK-Rollups están limitados por problemas de altas barreras técnicas y desarrollo inmaduro, etc.
En cuanto al futuro de los rollups, los OP-Rollups son más favorecidos por el público como una solución ideal a corto plazo, que puede aliviar efectivamente la carga de Ethereum. Y ZK-Rollups se ve como una solución mucho más prometedora para conseguir una mayor seguridad y escalabilidad a medio y largo plazo.

Desafíos de acumulaciones

No totalmente descentralizado

Los Rollups actuales se pueden ver desde dos aspectos. Los bloques son generados por operadores específicos de forma centralizada, pero son verificados por Ethereum, que no es confiable y está altamente descentralizado.

Los operadores específicos pueden enviar pruebas de datos a la Capa 1, pero esto puede causar fallas en un único punto. De hecho, Arbiturm se ha caído varias veces por este motivo.

Seguridad y dificultad de desarrollo.

Según cómo se enviarán los datos a Ethereum, los paquetes acumulativos se dividen en dos tipos: paquetes acumulativos optimistas y paquetes acumulativos de conocimiento cero.

OP-Rollups tienen códigos fuente abiertos maduros y se están desarrollando rápidamente porque son más fáciles de implementar. Sin embargo, dado que OP-Rollups asume que todas las transacciones son correctas, se necesitan pruebas de fraude e incentivos simbólicos para estimular a los validadores fuera de Mainnet para verificar la corrección de las transacciones durante el período de desafío. Si los usuarios desean retirarse, deben esperar hasta que finalice el período de desafío. Entonces OP-Rollups son inferiores en términos de seguridad.

Dado esto, se deben proponer soluciones a los problemas de seguridad de OP-Rollups. De lo contrario, finalmente serán reemplazados por ZK-Rollups que son más seguros.

ZK-Rollups necesita producir pruebas de validez para las transacciones comprimidas. Deben enviar los datos de la transacción a Ethereum para su almacenamiento y demostrar la exactitud del cambio de estado de la cadena de bloques. Los usuarios pueden retirarse de un ZK-rollup en cualquier momento porque las transacciones de salida se ejecutan una vez que el contrato ZK-rollup verifica la prueba de validez.

Aunque los ZK-Rollups disfrutan de una mayor seguridad, aún existen muchos problemas, incluidos los códigos de fuente no completamente abiertos, los diferentes métodos de desarrollo de diferentes equipos, la velocidad de transacción limitada debido al cálculo de la prueba de conocimiento cero (ZKP) y las dificultades. de ser compatible con EVM. Todos estos factores están restringiendo la implementación de ZK-Rollups a corto plazo.

Se requiere un puente de acumulación cruzada para realizar múltiples acumulaciones. Dado que los puentes de cadena cruzada son menos seguros y susceptibles al robo de activos, debemos evitar adoptar el diseño de puentes de cadena cruzada y centrarnos en su seguridad e interoperabilidad. Como la tecnología subyacente es bastante compleja y aún está en sus inicios, no profundizaremos en ella en este artículo.
La visión de los paquetes acumulativos múltiples es realmente atractiva, pero actualmente los paquetes acumulativos aún se encuentran en una etapa temprana. A medida que más y más equipos profesionales ingresan a los Rollups, se pueden abordar muchos desafíos que han existido durante mucho tiempo, y la educación generalizada de este campo y la cantidad de aplicaciones también crecerán en consecuencia. En el futuro, definitivamente marcaremos el comienzo de un ecosistema completo de paquetes acumulativos múltiples.

Conclusión

Dado que la tecnología Rollup aún está en pañales, se necesita más tiempo para llevar a cabo una investigación y un desarrollo en profundidad. En la actualidad, se considera que los paquetes acumulativos tienen grandes barreras técnicas y dificultades para lograr la compatibilidad con EVM. Por tanto, los OP-Rollups se ven como una solución ideal a corto plazo mientras que los ZK-Rollups lo son a medio y largo plazo.
Los paquetes acumulativos tienen como objetivo reducir la carga en Ethereum. En la actualidad, el volumen diario de transacciones de Arbitrum y Optimism, dos cadenas líderes de Capa 2, es de alrededor de 100 000, que son números relativamente bajos. Por el contrario, el volumen diario de transacciones de Ethereum Mainnet alcanza 1 millón. Es obvio que se necesita más tiempo para que la capa 2 atraiga a más usuarios y proyectos de Mainnet.
El concepto Multi-rollups más el escalado en cadena: la fragmentación combinada para el almacenamiento de disponibilidad de datos podría ser una solución al problema del "triángulo imposible" de blockchain, cuyo desarrollo iniciará un nuevo capítulo.

(Fuente de la imagen: Etherscan)

El objetivo del escalado de Ethereum es mejorar su escalabilidad sin sacrificar la descentralización o la seguridad, con miras a resolver el “triángulo imposible”. El Rollup es solo una de las muchas formas posibles de lograr el gran objetivo de escalado. Los rollups, junto con la tecnología de sharding para lograr el escalado en cadena, realmente pueden mejorar el rendimiento de Ethereum. Antes de eso, todo lo que podemos hacer es actualizarnos continuamente con las últimas tecnologías y noticias relacionadas, recibir diferentes puntos de vista y construir nuestro propio marco de conocimiento sobre el desarrollo futuro de este sector, creando así oportunidades potenciales propias.