Guerras de acumulación de capas 2 de Ethereum

Introducción básica

La capa 2 está diseñada como una de las soluciones clave para el problema de escalabilidad de Ethereum. Al construir una capa de red adicional sobre la cadena principal de Ethereum, permite procesar más transacciones mientras se mantiene la seguridad y la descentralización de la cadena principal.

Rollup es una solución de escalado de capa 2 que procesa transacciones fuera de la cadena y luego empaqueta los datos de las transacciones en la cadena principal. Su seguridad está garantizada por la capa 1. Actualmente es la solución de escalado de capa 2 más utilizada. En comparación con otras soluciones de transacciones fuera de la cadena, como los canales estatales, las cadenas laterales, Plasma, etc., Rollup tiene tres características:

1. La capa 2 es una plataforma relativamente independiente de la capa 1. Todos los usuarios participantes también son cuentas independientes de la capa 2. Los usuarios pueden comerciar con otros usuarios de la capa 2 en la plataforma de la capa 2, pero la interacción entre las cuentas de la capa 1 y las cuentas de la capa 2 debe realizarse a través de contratos inteligentes implementados en la capa 1 y la capa 2 por el operador de la capa 2. La interacción más común es la transferencia de tokens como ETH.

2. Toda la información de la transacción debe estar completamente registrada en la cadena principal, es decir, datos de llamadas o datos de blobs (EIP-4844). Incluso si se pierde el estado de la capa 2, cualquiera puede restaurar el estado perdido a partir de la información almacenada en la cadena principal, lo que resuelve el problema de disponibilidad de datos en las soluciones de transacciones fuera de la cadena anteriores.

3. La ejecución de transacciones y los cambios de estado se realizan en la plataforma de Capa 2, pero el resumen de estado se publicará en la cadena de Capa 1, por lo que la cadena de Capa 1 se puede verificar mediante algún método de verificación de validez de datos. Después de la verificación, el estado de Capa 2 se bloqueará en la cadena principal de Capa 1; según los diferentes métodos de verificación de validez de datos, los Rollups se pueden subdividir en Optimistic Rollups y ZK Rollups.

Historial de acumulaciones

Sidechain es una de las primeras soluciones de capa 2. Como su nombre lo indica, una sidechain es una cadena de bloques independiente que está vinculada a la cadena principal (capa 1) y tiene su propio modelo de consenso y parámetros de bloque. Cuando vinculamos una cadena de bloques a otra, significa que podemos mover activos entre las dos cadenas de bloques. Cuando desea realizar transacciones más rápido, puede transferir activos de la cadena principal a la sidechain y realizar transacciones en la sidechain. Una vez completado, transfiera los activos nuevamente a la cadena principal.

Plasma es una solución de expansión de capa 2 propuesta en 2017 por Joseph Poon, uno de los impulsores de Lightning Network, y Vitalik Buterin, el fundador de Ethereum. Se trata de una evolución de la cadena lateral.

La cadena Plasma es una cadena de bloques independiente construida fuera de Ethereum, también conocida como subcadena, al igual que las ramas de un árbol, Ethereum es el tronco, también conocido como la cadena raíz. Cada subcadena puede implementar un contrato inteligente personalizado en Ethereum, que se puede utilizar para gestionar diferentes negocios. Se puede construir otra capa de subcadenas sobre la cadena Plasma para formar una red Plasma con forma de árbol. El principio de funcionamiento de Plasma es dividir las grandes tareas informáticas en tareas más pequeñas y asignarlas a cada subcadena para su procesamiento. Los resultados procesados se resumen capa por capa y se envían a la capa superior, logrando así un procesamiento rápido y de bajo costo de una gran cantidad de cálculos complejos.

Plasma requiere el envío de la raíz Merkle de las transacciones que se produjeron en la cadena Plasma. Cuando un usuario intenta mover sus activos de la cadena Plasma a la cadena raíz, el usuario puede enviar una rama Merkle de la última transacción que envió los activos a Plasma. Esto inicia un período de desafío en el que cualquiera puede intentar demostrar que la rama Merkle del usuario es fraudulenta. Si la rama Merkle es fraudulenta, se puede enviar una prueba de fraude. Dado que la cadena de bloques raíz solo rastrea la raíz Merkle, tiene que procesar muchos menos datos que las transacciones que ocurren en la cadena principal, lo que mejora la escalabilidad de la cadena raíz.

Plasma es una tecnología de cadena lateral de Ethereum no regulada. No regulada significa que, incluso si la cadena Plasma sufre un ataque malicioso o los validadores se confabulan para hacer el mal, los activos de la cadena Plasma pueden devolverse de forma segura a la cadena raíz. Esta es también la mayor diferencia entre Plasma y las cadenas laterales que necesitan confiar en sus propios modelos de seguridad para proteger los activos de los usuarios. La solución representativa de Plasma es Polygon 1.0 (Matic).

Pero Plasma tiene tres defectos fatales:

1. La cadena Plasma requiere que un operador publique el compromiso de la raíz de Merkle en la cadena raíz. El operador puede realizar un ataque de disponibilidad de datos, es decir, negarse a publicar ciertas transacciones en la cadena. En este caso, la falta de transacciones para construir pruebas de fraude impide que los usuarios retiren sus activos;

2. Cuando un usuario intenta retirar activos de la cadena Plasma, debe enviar una solicitud de transacción de salida y luego esperar un período de tiempo, conocido como período de desafío. En cualquier momento durante el período de desafío, cualquier usuario puede desafiar la salida de otro usuario proporcionando una prueba de que la salida no es válida;

3. Los usuarios deben supervisar y verificar todas las transacciones en la cadena Plasma para detectar el comportamiento malicioso de los nodos y salir de manera oportuna. Sin embargo, la verificación de transacciones es costosa y este requisito de supervisión agrega una gran cantidad de gastos generales a la participación en la cadena Plasma.

Debido a las deficiencias de Plasma, este se ha visto envuelto en un cuello de botella en su desarrollo desde 2019. En ese momento, John Adler, un investigador de escalabilidad de capa 2 en ConsenSys, propuso la solución Optimistic Rollup. Dado que todavía utiliza pruebas de fraude, resuelve principalmente el problema de disponibilidad de datos de Plasma.

Por otro lado, Vitalik Buterin fue pionero en la introducción de la tecnología de prueba de conocimiento cero en 2018 para probar la validez de los cambios de estado de los bloques, que también es el prototipo de ZK Rollup. La prueba de conocimiento cero fue propuesta por primera vez por S. Goldwasser, S. Micali y C. Rackoff a principios de la década de 1980. Se refiere a la capacidad del probador de convencer al verificador de que una determinada afirmación es correcta sin proporcionar ninguna información útil al verificador. En otras palabras, el probador prueba al verificador y le hace creer que sabe o tiene un determinado mensaje, pero el proceso de prueba no puede filtrar ninguna información sobre el mensaje probado al verificador.

zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-interactive Arguments of Knowledge) es un esquema de prueba de conocimiento cero general ampliamente utilizado. Convierte cualquier proceso informático en la forma de varios circuitos de compuerta y utiliza una serie de propiedades matemáticas de polinomios para convertir los circuitos de compuerta en polinomios, generando así pruebas no interactivas. Se puede aplicar en varios escenarios comerciales complejos.

Pero un punto que zk-SNARK no puede evitar es la configuración de confianza centralizada, lo que significa que en una configuración de confianza, varias partes generan una clave parcial para iniciar la red y luego destruyen la clave. Si la información confidencial de la clave utilizada para crear la configuración de confianza no se destruye, entonces esta información confidencial puede usarse para falsificar transacciones mediante una verificación falsa.

El algoritmo Plonk propuesto por el equipo de investigación Aztec en 2019 resolvió el problema de universalidad de zk-SNARK. Es decir, la configuración confiable es independiente de la aplicación. Solo se requiere una configuración confiable para satisfacer todas las aplicaciones. Además, la configuración confiable se puede actualizar de forma arbitraria. Siempre que haya un participante confiable, se puede garantizar la seguridad de la configuración confiable. Se puede decir que la introducción del algoritmo Plonk ha acelerado enormemente el desarrollo de ZK Rollup.

Pista de enrollado

En cuanto a la trayectoria de Rollup, la competencia actual es muy feroz. Entre los Rollups de Capa 2 que se han lanzado en la red principal, los Optimistic Rollups aún ocupan la mayor parte del TVL. La razón principal es que Optimistic Rollups es la primera solución Rollup completa que se implementa. Sin embargo, con la madurez de la tecnología ZK Rollups, cada vez más personas han comenzado a prestar atención y participar en el ecosistema ZK Rollups.

Acumulaciones optimistas

Los rollups optimistas se basan en la suposición optimista de que la mayoría de las transacciones son válidas y permiten impugnaciones y reversiones cuando se descubre un fraude. El contrato de capa 1 de rollup no verifica directamente el nuevo estado enviado por la capa 2, sino que prepara un período de impugnación para cada nuevo estado enviado. Dado que rollup envía toda la información de la transacción a la cadena principal y la hace pública, cualquiera puede verificar la actualización del estado (especialmente cuando la actualización del estado involucra su propia billetera). Si el nuevo estado es incorrecto, el validador puede generar una prueba de fraude para el estado incorrecto y enviarla durante el período de impugnación, invalidando así la actualización del estado incorrecto.

Las soluciones representativas de Optimistic Rollups son Arbitrum y Optimism.

Arbitrum lanzó oficialmente su red principal en septiembre de 2021 y actualmente es el protocolo de capa 2 con el TVL más alto.

Actualmente, hay tres redes principales en el ecosistema Arbitrum, incluidas Arbitrum One, Arbitrum Nova y Arbitrum Orbit.

• Arbitrum One es la cadena Rollup principal del ecosistema actual de Arbitrum. Todos sus datos de transacciones se almacenan en la red principal de Ethereum. La mayoría de las aplicaciones ecológicas de L2 y en cadena que solemos mencionar se ejecutan en esta red principal.

• Arbitrum Nova es una nueva red construida sobre la tecnología AnyTrust, diseñada para juegos, aplicaciones sociales y casos de uso de DApp de alto rendimiento. Los datos de transacciones de la red se almacenan fuera de la cadena y son administrados por el Comité de Datos DAC.

• Arbitrum Orbit es un conjunto de herramientas de código abierto para crear redes de capa 3, que ayuda a los desarrolladores a implementar y crear sus propias cadenas. Los desarrolladores pueden crear sus propias cadenas Rollup y AnyTrust (capa 3) basadas en el conjunto de herramientas Orbit y elegir una de las cadenas, Arbitrum One o Arbitrum Nova, como capa de liquidación para lograr la expansión.

Optimism lanzó su red principal en agosto de 2021 y actualmente tiene el segundo TVL más grande en la Capa 2, solo superado por Arbitrum.

Optimism logra la equivalencia de EVM. Los contratos inteligentes de Solidity en Ethereum pueden ejecutarse en la capa 2 de Optimism sin crear funciones adicionales. Los desarrolladores pueden cambiar sin problemas a Optimism para desarrollar aplicaciones.

OP Stack es un conjunto de herramientas modular de código abierto lanzado por Optimism, que cubre la capa de disponibilidad de datos, la capa de ejecución, la capa de liquidación, la capa de gobernanza, etc. Los desarrolladores pueden usar el conjunto de herramientas OP Stack para ensamblar una red de Capa 2 personalizada según sus propias necesidades. Por esta razón, OP Stack introdujo el concepto de supercadena en Optimism. Supercadena se refiere a un grupo de cadenas de bloques de Capa 2 (también conocidas como cadenas OP) construidas sobre OP Stack. En la actualidad, hay docenas de redes de Capa construidas sobre OP Stack, incluidos proyectos de peso pesado como Base, opBNB, Magi y Worldcoin.

Acumulaciones de ZK

ZK Rollups utiliza tecnología de prueba de conocimiento cero para garantizar que las transacciones procesadas fuera de la cadena sean válidas y correctas, lo que proporciona mayor seguridad y eficiencia. Después de que el estado cambia, la plataforma de Capa 2 de Rollup debe proporcionar una prueba de conocimiento cero de la corrección del cambio de estado y enviarla a la cadena principal junto con el cambio de estado. El contrato en la cadena principal verificará la prueba para determinar la corrección de la actualización del estado. En comparación con la solución Optimistic Rollup, ZK Rollup no necesita establecer un largo período de desafío para finalizar la transacción de Capa 2, ni necesita depender de la suposición de que se descubrirán actualizaciones de estado incorrectas durante el período de desafío.

Las soluciones representativas son zkSync, StarkNet, Polygon zkEVM y Scroll.

ZK Rollups es el primer proyecto zkEVM que se pone en marcha en la red principal, basado en pruebas de conocimiento cero, lo que permite verificar las transacciones sin revelar los datos subyacentes. Una de las principales características de zkSync es el uso de transferencias optimistas, que permite a los usuarios enviar y recibir transacciones sin esperar a que se confirmen en la cadena de bloques Ethereum. Esto reduce significativamente los tiempos de transacción y permite un mayor rendimiento de las transacciones. Además de utilizar pruebas de conocimiento cero y transferencias optimistas, zkSync también utiliza varias otras tecnologías para mejorar la escalabilidad y la seguridad. Estas tecnologías incluyen la agregación de firmas, que permite comprimir varias firmas en una sola firma, y el soporte multicadena, que ayuda a zkSync a interactuar con otras redes de cadenas de bloques.

StarkNet utiliza la solución de escalado de zkSTARK, un sistema de prueba de conocimiento cero que permite a los usuarios demostrar la exactitud de un cálculo sin revelar los datos subyacentes. Esto permite una mayor privacidad y seguridad en la red y la capacidad de realizar cálculos complejos sin la necesidad de confiar en un tercero. StarkNet también aprovecha la fragmentación, una tecnología que permite dividir una cadena de bloques en múltiples cadenas más pequeñas, o fragmentos, que se pueden procesar en paralelo. Esto permite un mayor rendimiento y tiempos de transacción más rápidos, ya que cada fragmento se puede procesar independientemente de los demás.

Polygon 2.0 lanza su tecnología ZK Rollups, llamada Polygon zkEVM. Esta tecnología resuelve el problema de escalabilidad de la cadena de bloques Ethereum mediante el uso de pruebas de conocimiento cero, lo que hace que las transacciones en la red Ethereum sean más rápidas y económicas, y esta implementación es compatible a nivel de bytecode en lugar de a nivel de lenguaje.

Scroll es un ZK Rollup compatible con EVM que admite el mismo lenguaje de programación y contratos inteligentes que Ethereum, lo que permite a los desarrolladores migrar fácilmente sus aplicaciones existentes a la red Rollup sin realizar ninguna modificación en su código.

Resumir

Debido a sus propios problemas de rendimiento, la cadena de bloques no puede satisfacer las necesidades actuales. Se espera que las soluciones de expansión optimistas y basadas en el conocimiento cero resuelvan el cuello de botella del rendimiento de la cadena de bloques y mejoren la velocidad y el rendimiento de las transacciones sin sacrificar la descentralización y la seguridad. Los rollups mejoran el rendimiento de la cadena de bloques al transferir los cálculos fuera de la cadena, es decir, empaquetando una gran cantidad de transacciones en un bloque Rollup y generando una prueba de validez para el bloque fuera de la cadena. El contrato inteligente en la capa 1 solo necesita verificar la prueba para aplicar directamente el nuevo estado, lo que puede lograr un menor Gas y una mayor seguridad en la cadena.

A corto plazo, es probable que los Optimistic Rollups ganen en los cálculos generales de EVM, mientras que los ZK Rollups pueden ganar en pagos simples, transacciones y otros escenarios de aplicación específicos. La razón principal es que, si bien los Zk Rollups son más rápidos y eficientes que los Optimistic Rollups, no brindan una manera fácil para que los contratos inteligentes existentes migren a la Capa 2.

Sin embargo, gracias al desarrollo de aplicaciones tecnológicas emergentes como blockchain y computación privada en los últimos años, la tecnología de prueba de conocimiento cero se ha convertido en una tecnología importante para generar confianza. A mediano y largo plazo, con la mejora de la tecnología ZK-SNARK, los ZK Rollups ganarán en todos los escenarios y se convertirán en la respuesta final al plan de expansión de Ethereum.

Este artículo proviene de Internet: Ethereum Layer 2 Rollup Wars

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