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 aumentar el rendimiento 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 descargan la ejecución de transacciones a un entorno fuera de la cadena (es decir, la segunda capa) para su procesamiento. Después de procesar una gran cantidad de transacciones, el operador de la segunda capa devuelve los resultados a la red principal de Ethereum, junto con una prueba de validez que garantiza la integridad de la ejecución fuera de la cadena. Esta prueba asegura que todas las transacciones en el lote son válidas y son verificadas automáticamente por el contrato de validadores en la cadena. Esto permite que Ethereum aplique los resultados a su estado.
Es importante tener en cuenta que los Validity Rollups a menudo se denominan incorrectamente como rollups de conocimiento cero, pero esto no es exacto. La mayoría de los Validity Rollups en realidad no utilizan pruebas de conocimiento cero, ni se utilizan con fines de protección de la privacidad. Por lo tanto, es más apropiado utilizar el término "Validity Rollup".
Máquina virtual fuera de la cadena
Antes de discutir, necesitamos entender qué es una 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 tras realizar cálculos de ciertas entradas. La máquina virtual de Ethereum (EVM) es la VM utilizada para ejecutar contratos inteligentes de Ethereum.
La máquina virtual de conocimiento cero ( zkVM ) es un entorno de ejecución de programas especial que no solo puede ejecutar programas, sino que también puede generar pruebas de validez que son fáciles de verificar, para demostrar que un programa se ha ejecutado correctamente. El término "zkEVM" generalmente se refiere a sistemas de rollup que pueden utilizar la máquina virtual de Ethereum ( EVM ) y demostrar la ejecución de EVM. Este término puede causar confusión, ya que EVM en sí mismo no genera estas pruebas; en cambio, las pruebas son generadas por un mecanismo de prueba independiente que se basa en los resultados de la ejecución de EVM. Además, estas pruebas se centran principalmente en la validez más que en la privacidad, por lo que no son completamente pruebas de conocimiento cero. A pesar de esto, para mantener la coherencia, seguiremos utilizando el término tradicional "zkEVM" en este artículo.
Aunque todos los Validity Rollups están destinados a utilizar pruebas de validez para escalar Ethereum, existen diferencias en la elección de la VM para ejecutar transacciones fuera de la cadena. Muchos Validity Rollups eligen replicar el diseño de EVM (por lo tanto, se les llama "zkEVM rollups"), intentando replicar las funcionalidades de Ethereum en el rollup L2. En cambio, 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 compatibilidad con Ethereum a cambio de rendimiento, mientras que Cairo VM prioriza el rendimiento sobre la compatibilidad, enfocándose en la capacidad de escalabilidad.
Métodos zkEVM
zkEVM es un Validity Rollup cuyo objetivo es llevar la experiencia completa de Ethereum a la cadena de bloques Layer-2. Está diseñado para replicar el entorno de desarrollo de Ethereum para rollups. Con zkEVM, los desarrolladores pueden escribir contratos inteligentes o portar contratos inteligentes a soluciones más escalables sin necesidad de cambiar su código o renunciar a sus herramientas EVM (y contratos inteligentes).
Una de las principales desventajas de este método es que reduce el potencial de escalabilidad de la prueba de validez. Debido a que zkEVM está comprometido con la compatibilidad con Ethereum, es más lento y consume más recursos. A diferencia de CVM, el EVM no consideró la eficiencia de la prueba en su diseño. Esto limita el uso de optimizaciones que podrían mejorar la eficiencia y la escalabilidad, afectando finalmente el rendimiento general del sistema.
La demostrabilidad de EVM
El desafío central del método zkEVM proviene del diseño original de EVM: no fue diseñado para funcionar en un entorno de prueba de validez. Por lo tanto, los esfuerzos por reflejar su funcionalidad no pueden aprovechar completamente el potencial de la prueba de validez, lo que lleva a una eficiencia menos que ideal. Esta baja eficiencia, en última instancia, afectará el rendimiento general del sistema. La compatibilidad de EVM con la prueba de validez se ve obstaculizada por los siguientes factores:
EVM utiliza un modelo basado en pila, mientras que la prueba de validez se adapta mejor a un modelo basado en registros. La característica basada en pila de EVM hace que sea más difícil probar la corrección de su ejecución y proporcionar soporte directo a su cadena de herramientas nativa.
El diseño de almacenamiento de Ethereum depende en gran medida de Keccak y de un gran Árbol Merkle Patricia, ambos desfavorables para la prueba de validez y que aumentan la carga de prueba. Por ejemplo, Keccak se ejecuta rápidamente en la arquitectura x86, pero requiere 90,000 pasos para probar. En comparación, la función hash de Pedersen, que es amigable con zk, solo necesita 32 pasos. Incluso utilizando compresión recursiva, el uso de Keccak en zkEVM significa que los usuarios deben asumir un alto costo de recursos de los probadores.
Por lo tanto, las diversas implementaciones de zkEVM han proporcionado diferentes niveles de soporte para las herramientas de Ethereum: cuanta mayor sea la compatibilidad de zkEVM con Ethereum, peor será el rendimiento.
Método de Cairo-VM
A diferencia de la solución zkEVM, Starknet adoptó un enfoque diferente: utiliza una nueva máquina virtual dedicada y agrega soporte para herramientas de Ethereum como una capa adicional. Starknet se lanzó en noviembre de 2021 y es el primer Validity Rollup que ofrece una plataforma de contratos inteligentes genéricos en una red completamente componible.
Starknet utiliza Cairo-VM(CVM), que es un lenguaje de alto nivel con el mismo nombre. Cairo-VM está diseñado específicamente para generar pruebas de validez de manera eficiente para la ejecución de programas.
Usando Cairo (máquina virtual y lenguaje), podemos obtener:
Prueba de validez optimizada: cada instrucción tiene una representación algebraica válida.
Lenguaje tipo Rust utilizado para escribir programas verificables
La representación intermedia entre Cairo avanzado y el ensamblador Cairo (instrucciones VM) (Sierra), permite la ejecución eficiente del código Cairo.
Desarrollar un nuevo lenguaje puede permitir a las personas personalizarlo según necesidades específicas y equiparlo con funciones que satisfagan necesidades que antes no estaban cubiertas.
Cairo y la diversidad de codificación
El lenguaje Cairo fue diseñado originalmente para simplificar el proceso de creación de pruebas de validez computacional y facilitar la adición de funciones y lógica empresarial compleja a StarkEx. Los programas de Cairo se compilan en código de máquina algebraico, una secuencia de números, que es ejecutada por una VM fija. Con Cairo, la complejidad de generar las restricciones matemáticas que describen el cálculo se abstrae y se captura en un conjunto de restricciones fijas (menos de 50 en total). Por lo tanto, los desarrolladores pueden aprovechar las pruebas de validez para escalar sus aplicaciones sin necesidad de comprender la matemática subyacente y la infraestructura, simplemente escribiendo código en la sintaxis que ya conocen.
Starknet se centra en la innovación, lo que se refleja en su enfoque diverso hacia la codificación. Cairo utiliza STARKs para obtener la mejor capacidad de escalabilidad, no solo limitada a aquellos que escriben contratos de manera nativa en Cairo. Los desarrolladores pueden elegir el enfoque que mejor se adapte a sus necesidades:
Escribir código en Cairo localmente: Con el lanzamiento de Cairo 1.0, los desarrolladores ahora pueden utilizar el lenguaje Rust, que es ergonómico y seguro, lo que facilita la escritura de la lógica del programa y reduce la posibilidad de errores.
Compatibilidad con Solidity: Los desarrolladores de Solidity pueden escribir código que sea utilizable por Cairo VM. Este enfoque ofrece una experiencia de desarrollo similar a la de Ethereum y permite que los contratos inteligentes de Solidity sean portables a Starknet. Hay dos maneras de lograr esto:
Traducción: El equipo de Nethermind creó el traductor Warp para traducir código Solidity a Cairo. Warp hace que los contratos inteligentes de Solidity sean portátiles a Starknet, convirtiéndolos efectivamente en un zkEVM de Tipo 4. Ya se ha utilizado para traducir y desplegar contratos de Uniswap con solo hacer cambios mínimos.
zkEVM en Starknet: Cairo VM se puede utilizar para probar la ejecución de otra VM. Kakarot es un zkEVM escrito en Cairo, que se puede utilizar para 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 en términos de TVL, y ya ha recibido más de 350 millones de dólares en apoyo financiero.
Resumen
zkEVM tiene como objetivo replicar el entorno de Ethereum como un rollup y permitir a los desarrolladores utilizar herramientas familiares de Ethereum. Sin embargo, este enfoque limita todo el potencial de las pruebas de validez y puede ser intensivo en recursos.
Cairo VM está diseñado específicamente para sistemas de prueba de validez, sin las limitaciones del EVM. Está respaldado por un nuevo lenguaje de programación inspirado en Rust, seguro y ergonómico, llamado Cairo 1.0, formando una poderosa herramienta destinada a lograr la máxima eficiencia al expandir Ethereum mediante el uso de pruebas STARK.
Con el continuo avance de Cairo y el crecimiento de diferentes opciones de desarrollo como Kakarot zkEVM y Warp, el desarrollo futuro es prometedor. Con la entrada de la dApp de Starknet en la fase de producción, que demuestra las potentes capacidades de Cairo, creemos que se utilizará en proyectos más ambiciosos en el futuro.
Gracias a las múltiples vías de expansión de STARK, así como a otras soluciones 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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Validez Rollups: Revelando la nueva tendencia de escalado de Ethereum
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 aumentar el rendimiento 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 descargan la ejecución de transacciones a un entorno fuera de la cadena (es decir, la segunda capa) para su procesamiento. Después de procesar una gran cantidad de transacciones, el operador de la segunda capa devuelve los resultados a la red principal de Ethereum, junto con una prueba de validez que garantiza la integridad de la ejecución fuera de la cadena. Esta prueba asegura que todas las transacciones en el lote son válidas y son verificadas automáticamente por el contrato de validadores en la cadena. Esto permite que Ethereum aplique los resultados a su estado.
Es importante tener en cuenta que los Validity Rollups a menudo se denominan incorrectamente como rollups de conocimiento cero, pero esto no es exacto. La mayoría de los Validity Rollups en realidad no utilizan pruebas de conocimiento cero, ni se utilizan con fines de protección de la privacidad. Por lo tanto, es más apropiado utilizar el término "Validity Rollup".
Máquina virtual fuera de la cadena
Antes de discutir, necesitamos entender qué es una 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 tras realizar cálculos de ciertas entradas. La máquina virtual de Ethereum (EVM) es la VM utilizada para ejecutar contratos inteligentes de Ethereum.
La máquina virtual de conocimiento cero ( zkVM ) es un entorno de ejecución de programas especial que no solo puede ejecutar programas, sino que también puede generar pruebas de validez que son fáciles de verificar, para demostrar que un programa se ha ejecutado correctamente. El término "zkEVM" generalmente se refiere a sistemas de rollup que pueden utilizar la máquina virtual de Ethereum ( EVM ) y demostrar la ejecución de EVM. Este término puede causar confusión, ya que EVM en sí mismo no genera estas pruebas; en cambio, las pruebas son generadas por un mecanismo de prueba independiente que se basa en los resultados de la ejecución de EVM. Además, estas pruebas se centran principalmente en la validez más que en la privacidad, por lo que no son completamente pruebas de conocimiento cero. A pesar de esto, para mantener la coherencia, seguiremos utilizando el término tradicional "zkEVM" en este artículo.
Aunque todos los Validity Rollups están destinados a utilizar pruebas de validez para escalar Ethereum, existen diferencias en la elección de la VM para ejecutar transacciones fuera de la cadena. Muchos Validity Rollups eligen replicar el diseño de EVM (por lo tanto, se les llama "zkEVM rollups"), intentando replicar las funcionalidades de Ethereum en el rollup L2. En cambio, 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 compatibilidad con Ethereum a cambio de rendimiento, mientras que Cairo VM prioriza el rendimiento sobre la compatibilidad, enfocándose en la capacidad de escalabilidad.
Métodos zkEVM
zkEVM es un Validity Rollup cuyo objetivo es llevar la experiencia completa de Ethereum a la cadena de bloques Layer-2. Está diseñado para replicar el entorno de desarrollo de Ethereum para rollups. Con zkEVM, los desarrolladores pueden escribir contratos inteligentes o portar contratos inteligentes a soluciones más escalables sin necesidad de cambiar su código o renunciar a sus herramientas EVM (y contratos inteligentes).
Una de las principales desventajas de este método es que reduce el potencial de escalabilidad de la prueba de validez. Debido a que zkEVM está comprometido con la compatibilidad con Ethereum, es más lento y consume más recursos. A diferencia de CVM, el EVM no consideró la eficiencia de la prueba en su diseño. Esto limita el uso de optimizaciones que podrían mejorar la eficiencia y la escalabilidad, afectando finalmente el rendimiento general del sistema.
La demostrabilidad de EVM
El desafío central del método zkEVM proviene del diseño original de EVM: no fue diseñado para funcionar en un entorno de prueba de validez. Por lo tanto, los esfuerzos por reflejar su funcionalidad no pueden aprovechar completamente el potencial de la prueba de validez, lo que lleva a una eficiencia menos que ideal. Esta baja eficiencia, en última instancia, afectará el rendimiento general del sistema. La compatibilidad de EVM con la prueba de validez se ve obstaculizada por los siguientes factores:
EVM utiliza un modelo basado en pila, mientras que la prueba de validez se adapta mejor a un modelo basado en registros. La característica basada en pila de EVM hace que sea más difícil probar la corrección de su ejecución y proporcionar soporte directo a su cadena de herramientas nativa.
El diseño de almacenamiento de Ethereum depende en gran medida de Keccak y de un gran Árbol Merkle Patricia, ambos desfavorables para la prueba de validez y que aumentan la carga de prueba. Por ejemplo, Keccak se ejecuta rápidamente en la arquitectura x86, pero requiere 90,000 pasos para probar. En comparación, la función hash de Pedersen, que es amigable con zk, solo necesita 32 pasos. Incluso utilizando compresión recursiva, el uso de Keccak en zkEVM significa que los usuarios deben asumir un alto costo de recursos de los probadores.
Por lo tanto, las diversas implementaciones de zkEVM han proporcionado diferentes niveles de soporte para las herramientas de Ethereum: cuanta mayor sea la compatibilidad de zkEVM con Ethereum, peor será el rendimiento.
Método de Cairo-VM
A diferencia de la solución zkEVM, Starknet adoptó un enfoque diferente: utiliza una nueva máquina virtual dedicada y agrega soporte para herramientas de Ethereum como una capa adicional. Starknet se lanzó en noviembre de 2021 y es el primer Validity Rollup que ofrece una plataforma de contratos inteligentes genéricos en una red completamente componible.
Starknet utiliza Cairo-VM(CVM), que es un lenguaje de alto nivel con el mismo nombre. Cairo-VM está diseñado específicamente para generar pruebas de validez de manera eficiente para la ejecución de programas.
Usando Cairo (máquina virtual y lenguaje), podemos obtener:
Desarrollar un nuevo lenguaje puede permitir a las personas personalizarlo según necesidades específicas y equiparlo con funciones que satisfagan necesidades que antes no estaban cubiertas.
Cairo y la diversidad de codificación
El lenguaje Cairo fue diseñado originalmente para simplificar el proceso de creación de pruebas de validez computacional y facilitar la adición de funciones y lógica empresarial compleja a StarkEx. Los programas de Cairo se compilan en código de máquina algebraico, una secuencia de números, que es ejecutada por una VM fija. Con Cairo, la complejidad de generar las restricciones matemáticas que describen el cálculo se abstrae y se captura en un conjunto de restricciones fijas (menos de 50 en total). Por lo tanto, los desarrolladores pueden aprovechar las pruebas de validez para escalar sus aplicaciones sin necesidad de comprender la matemática subyacente y la infraestructura, simplemente escribiendo código en la sintaxis que ya conocen.
Starknet se centra en la innovación, lo que se refleja en su enfoque diverso hacia la codificación. Cairo utiliza STARKs para obtener la mejor capacidad de escalabilidad, no solo limitada a aquellos que escriben contratos de manera nativa en Cairo. Los desarrolladores pueden elegir el enfoque que mejor se adapte a sus necesidades:
Escribir código en Cairo localmente: Con el lanzamiento de Cairo 1.0, los desarrolladores ahora pueden utilizar el lenguaje Rust, que es ergonómico y seguro, lo que facilita la escritura de la lógica del programa y reduce la posibilidad de errores.
Compatibilidad con Solidity: Los desarrolladores de Solidity pueden escribir código que sea utilizable por Cairo VM. Este enfoque ofrece una experiencia de desarrollo similar a la de Ethereum y permite que los contratos inteligentes de Solidity sean portables a Starknet. Hay dos maneras de lograr esto:
Traducción: El equipo de Nethermind creó el traductor Warp para traducir código Solidity a Cairo. Warp hace que los contratos inteligentes de Solidity sean portátiles a Starknet, convirtiéndolos efectivamente en un zkEVM de Tipo 4. Ya se ha utilizado para traducir y desplegar contratos de Uniswap con solo hacer cambios mínimos.
zkEVM en Starknet: Cairo VM se puede utilizar para probar la ejecución de otra VM. Kakarot es un zkEVM escrito en Cairo, que se puede utilizar para 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 en términos de TVL, y ya ha recibido más de 350 millones de dólares en apoyo financiero.
Resumen
zkEVM tiene como objetivo replicar el entorno de Ethereum como un rollup y permitir a los desarrolladores utilizar herramientas familiares de Ethereum. Sin embargo, este enfoque limita todo el potencial de las pruebas de validez y puede ser intensivo en recursos.
Cairo VM está diseñado específicamente para sistemas de prueba de validez, sin las limitaciones del EVM. Está respaldado por un nuevo lenguaje de programación inspirado en Rust, seguro y ergonómico, llamado Cairo 1.0, formando una poderosa herramienta destinada a lograr la máxima eficiencia al expandir Ethereum mediante el uso de pruebas STARK.
Con el continuo avance de Cairo y el crecimiento de diferentes opciones de desarrollo como Kakarot zkEVM y Warp, el desarrollo futuro es prometedor. Con la entrada de la dApp de Starknet en la fase de producción, que demuestra las potentes capacidades de Cairo, creemos que se utilizará en proyectos más ambiciosos en el futuro.
Gracias a las múltiples vías de expansión de STARK, así como a otras soluciones que podrían surgir en los próximos meses, los desarrolladores ahora tienen un control sin precedentes sobre la escalabilidad de la blockchain.