Diferencias entre Optimistic Rollups y Zero-Knowledge Rollups

Introducción

El aumento de la demanda de criptomonedas está llevando la capacidad de algunas blockchains al límite. Esto puede causar congestión en la red y comisiones elevadas por transacción. Por ello, se están desarrollando y probando soluciones para incrementar el rendimiento y la velocidad de las transacciones. Estas soluciones se dividen en dos categorías: escalado de Capa 1 y de Capa 2.

Las soluciones de escalado de Capa 1, como el sharding, modifican directamente la blockchain principal (también llamada blockchain base o de Capa 1). Las soluciones de escalado de Capa 2 funcionan sobre la blockchain de Capa 1. Entre las de Capa 2 se incluyen los canales de estado, las sidechains y los rollups.

Los rollups de blockchain son protocolos ideados para aumentar el rendimiento y reducir los costes. Su propósito es solucionar este problema agregando transacciones y reduciendo el tamaño de los datos, lo que permite procesar y almacenar transacciones de forma más eficiente.

¿Qué son los rollups de blockchain?

Un rollup es una solución de Capa 2 que agrupa datos de transacciones y los procesa fuera de la blockchain principal. La ejecución de las transacciones se realiza fuera de la cadena, mientras que los activos permanecen en la blockchain a través de un contrato inteligente. Cuando la transacción finaliza, los datos se remiten a la blockchain principal.

Los rollups que mejoran la eficiencia transaccional pueden, en teoría, implementarse sobre cualquier blockchain de Capa 1. De este modo, una blockchain puede aumentar el número de transacciones procesadas y registradas en un periodo determinado.

Actualmente existen dos tipos de rollups: optimistic rollups y zero-knowledge (zk) rollups.

¿Qué es un Optimistic Rollup?

Los optimistic rollups son protocolos que aumentan el volumen posible de transacciones agrupando varias para su ejecución fuera de la cadena. Los datos se registran después en la blockchain principal mediante técnicas de compresión, lo que reduce costes y acelera el proceso. Según estudios de Ethereum, los optimistic rollups pueden mejorar la escalabilidad de diez a cien veces.

Cómo verifican las transacciones los Optimistic Rollups

Las transacciones se consideran válidas por defecto para maximizar la eficiencia. Esto podría sugerir una menor seguridad a favor de la velocidad, pero los optimistic rollups emplean un sistema de pruebas de fraude con un periodo de resolución de disputas. Durante este periodo, cualquier observador puede impugnar la verificación mediante una prueba de fraude.

Si se detectan errores en un lote, el protocolo corrige el fallo reejecutando las transacciones erróneas y actualizando el bloque. Las partes que aprobaron transacciones incorrectas reciben sanciones.

Limitaciones de los Optimistic Rollups

Al no verificarse las transacciones de entrada, los optimistic rollups incluyen un periodo de resolución de disputas, a diferencia de los zk rollups, lo que retrasa la finalización de las transacciones.

La finalidad de las transacciones en blockchains con optimistic rollups es más lenta que en las que usan zk rollups. La finalidad marca cuánto debe esperar el usuario para estar razonablemente seguro de que la transacción no se revertirá ni modificará. Los retiros en blockchains con optimistic rollups se demoran hasta que finaliza el periodo de disputa, mientras que en blockchains con zk rollups se ejecutan de inmediato tras la verificación de la prueba de validez por el contrato inteligente del protocolo.

Algunos consideran que los optimistic rollups son menos eficientes que los zk rollups. En los optimistic rollups, todos los datos de la transacción deben publicarse en la blockchain para su finalidad. Los zk rollups solo requieren publicar pruebas de validez.

¿Qué es un Zero-Knowledge (ZK) Rollup?

Los zero-knowledge rollups son protocolos que agrupan transacciones y las ejecutan fuera de la blockchain principal. Una vez ejecutadas las de un lote, el operador del zk rollup remite un resumen con los cambios requeridos y, además, debe crear una prueba de validez para acreditar la corrección. Estas pruebas son mucho más compactas que los datos de transacción, por lo que su verificación resulta más rápida y económica.

En Ethereum, los zk rollups reducen el tamaño de los datos de transacción mediante compresión al escribirlos como calldata, lo que abarata las comisiones para los usuarios.

Cómo verifican las transacciones los ZK Rollups

Los zk rollups emplean pruebas de conocimiento cero para verificar transacciones. Estas pruebas las realiza un "prover" (probador), que quiere convencer a un "verifier" (verificador) de que posee cierta información, validando así la transacción.

El proceso es el siguiente:

1. El probador genera una prueba matemática única que sólo él puede crear.

2. El verificador utiliza la prueba matemática para comprobar la validez de la transacción.

3. Se puede obtener la prueba de validez sin que el verificador acceda al contenido de la información.

Ventajas de los ZK Rollups

Bien implementados, los zk rollups ofrecen un elevado nivel de seguridad. Uno de los aspectos clave es el uso de pruebas de validez de conocimiento cero: la red sólo puede operar en estado válido gracias a ellas y los operadores no pueden sustraer fondos ni comprometer el sistema.

Otra ventaja es que los usuarios no necesitan monitorizar la red. Los zk rollups almacenan todos los datos en la blockchain y exigen pruebas de validez, por lo que el operador no puede cometer fraude y los usuarios no deben preocuparse por mal funcionamiento. Los zk rollups también posibilitan retirar fondos a la mainnet sin contacto con operadores y permiten demostrar la propiedad de tokens gracias a la disponibilidad de datos.

Al igual que los optimistic rollups, los zk rollups procesan las transacciones fuera de la cadena principal e incrementan la velocidad de ejecución.

Diferencias entre ZK Rollups y Optimistic Rollups

Optimistic rollups y zero-knowledge rollups representan dos enfoques diferenciados para el escalado de Capa 2, con distintas ventajas e inconvenientes:

Verificación de transacciones: los optimistic rollups presuponen validez y dependen de pruebas de fraude, mientras que los zk rollups verifican todas las transacciones por adelantado mediante pruebas criptográficas de conocimiento cero.

Resolución de disputas: los optimistic rollups exigen un periodo de disputa (normalmente de 7 días) antes de la finalidad, mientras que los zk rollups logran la finalidad de inmediato tras verificarse la prueba.

Requisitos de datos: los optimistic rollups deben publicar todos los datos en la cadena, mientras que los zk rollups sólo publican pruebas de validez compactas, lo que reduce los costes.

Velocidad de retiro: los retiros en optimistic rollups se retrasan hasta que termina el periodo de disputa, mientras que en zk rollups se procesan inmediatamente.

Complejidad computacional: generar pruebas de conocimiento cero exige mucha capacidad de cálculo, por lo que los zk rollups son más complejos de implementar. Los optimistic rollups son más sencillos, pero su finalidad es más lenta.

Modelo de seguridad: ambos sistemas son seguros criptográficamente, aunque usan mecanismos distintos: pruebas de fraude frente a pruebas matemáticas.

¿Cuál es el futuro de los Zero-Knowledge y Optimistic Rollups?

El futuro de los zero-knowledge y optimistic rollups es prometedor. Conforme aumente la adopción de criptomonedas y tecnología blockchain, estas soluciones desempeñarán un papel clave en la mejora de la eficiencia de las blockchains. Es probable que sigan explorándose diversas soluciones de escalado, como sharding, rollups y opciones de Capa 0. Además, podrían surgir nuevas alternativas, ya sea junto a los rollups o como sustitutos.

Conclusión

El crecimiento de la demanda de criptomonedas está poniendo a prueba los límites de las blockchains actuales y muchos desarrolladores están ideando soluciones de escalado. En este artículo se han descrito las diferencias entre optimistic rollups y zk rollups. Con el avance y perfeccionamiento de estas tecnologías, es posible que surjan variantes mejores que permitan alcanzar la escalabilidad necesaria para la adopción masiva de las criptomonedas.

FAQ

¿Cuál es la diferencia principal entre Optimistic Rollups y Zero-Knowledge Rollups?

Los Optimistic Rollups suponen que las transacciones son válidas salvo prueba en contrario; los Zero-Knowledge Rollups consideran las transacciones inválidas hasta que se demuestran válidas mediante pruebas criptográficas. Los Optimistic Rollups ofrecen mayor rapidez de procesamiento; los ZK-Rollups, mayor privacidad y seguridad.

¿Cuál es más rápido y económico: Optimistic Rollups o Zero-Knowledge Rollups?

Los Optimistic Rollups son más rápidos y baratos, con menores costes de transacción, pero presentan tiempos de finalidad más largos. Los Zero-Knowledge Rollups logran finalidad más rápida, pero requieren más recursos computacionales, por lo que inicialmente son más lentos y costosos.

¿Cómo se compara la seguridad de los Zero-Knowledge Rollups con los Optimistic Rollups?

Los Zero-Knowledge Rollups proporcionan mayor seguridad mediante pruebas criptográficas que certifican matemáticamente las transacciones, mientras que los Optimistic Rollups dependen de un periodo de impugnación y pruebas de fraude, lo que hace que los ZK Rollups sean más seguros por diseño.

¿Qué es el periodo de impugnación en Optimistic Rollups?

El periodo de impugnación es una ventana de 7 días durante la cual los validadores pueden disputar transacciones en los Optimistic Rollups. El sistema presume que todas las transacciones son válidas, pero esta ventana permite presentar disputas para evitar el fraude.

¿Qué proyectos o aplicaciones utilizan Optimistic Rollups y cuáles ZK Rollups?

Optimistic Rollups son empleados por Optimism y Arbitrum para el escalado generalista. ZK Rollups los utilizan zkSync, StarkNet y Polygon zkEVM. Ambos sistemas permiten transacciones más rápidas y costes reducidos en DeFi, videojuegos y otras aplicaciones.

¿Cómo funcionan las pruebas de conocimiento cero en Zero-Knowledge Rollups?

Las pruebas de conocimiento cero permiten que un probador acredite la validez de una transacción sin desvelar sus detalles. Las transacciones se agrupan off-chain, se comprimen en una prueba criptográfica y sólo esta se envía a la cadena para su verificación, garantizando privacidad y manteniendo la seguridad y escalabilidad.

¿Por qué los Optimistic Rollups requieren un mecanismo de prueba de fraude?

Los Optimistic Rollups presuponen la validez de las transacciones y sólo las verifican si se impugnan. Las pruebas de fraude permiten a cualquiera demostrar transacciones inválidas, incentivan la honestidad de los validadores y protege la red frente a actores maliciosos mediante seguridad económica.

¿Cuáles son las principales ventajas y desventajas de los Zero-Knowledge Rollups?

Ventajas: mayor velocidad de transacción, menor coste, retiros más rápidos a Capa 1. Desventajas: mayor complejidad técnica, mayores exigencias computacionales, menor capacidad de procesamiento.

¿Qué ventajas presentan los Layer 2 Rollups frente a otras soluciones de escalado como las sidechains?

Los Layer 2 Rollups permiten reducir los costes de transacción y lograr finalidad más rápida aprovechando la seguridad de la Capa 1, a diferencia de las sidechains, que mantienen mecanismos de seguridad independientes. Ofrecen mejor escalabilidad con garantías sólidas de liquidación en la cadena principal.

¿Cuál es la evolución futura de Optimistic Rollups y ZK Rollups?

Optimistic Rollups y ZK Rollups coexistirán y se complementarán. Los primeros priorizarán transacciones más rápidas y una implementación más sencilla, mientras que los ZK Rollups estarán orientados a una mayor seguridad y privacidad. Ambas tecnologías evolucionarán para satisfacer las necesidades diversas de la escalabilidad en blockchain.