Ethereum
¿Qué es un rollup de Ethereum o Bitcoin?
Un rollup es una herramienta utilizada por redes de criptomonedas para procesar múltiples transacciones de manera más rápida y económica fuera de la cadena principal. A este tipo de soluciones se las conoce como segundas capas (layer 2), que funcionan conectadas a una red principal como Ethereum, Solana e incluso Bitcoin, generalmente a través de contratos inteligentes que resumen grandes lotes de transacciones en una única transacción que se registra en la contabilidad de la red principal. En la práctica, un rollup permite reducir el valor de las comisiones para los usuarios.
El sistema de un rollup se encarga de administrar y validar transacciones de criptomonedas o tokens. Además, potencia lo que se ha denominado DeFi o finanzas descentralizadas. El objetivo de un rollup es resumir un conjunto de operaciones o datos para simplificar las operaciones computacionales de las redes principales, haciéndolas más eficientes y escalables.
El concepto de rollup (una palabra que se traduce como enrollar) surgió en los albores de la era de las criptomonedas. Proviene de una idea divulgada por Vitalik Buterin, cofundador de Ethereum, en 2014, cuando describió un sistema que entonces el denominó como “cadena sombra”.
Pese a que el planteamiento data de aquella fecha, la necesidad real de esta solución se presentó objetivamente como una respuesta al aumento de las aplicaciones descentralizadas y del uso de Ethereum para registrar tokens, que a partir de 2017 se convirtieron en tendencias en distintos mercados y han reunido una gran atención por parte de traders en todo el mundo.
Como consecuencia de ese creciente interés, Ethereum ha experimentado en distintos momentos oleadas de congestiones, lo que significa un incremento en el valor del gas (tarifa para ejecutar una transacción). Esta red, en promedio, tiene un límite teórico de procesamiento de 119 transacciones por segundo (TPS), lo que representa un obstáculo en la medida que crece la demanda de su uso.
Los problemas de congestión y de elevadas comisiones no son exclusivos de Ethereum. Bitcoin también ha experimentado la necesidad de alternativas que permitan una mayor eficiencia en el uso de su red principal. Esta red procesa entre 5 y 7 transacciones por segundo. Es así como han surgido propuestas de rollups (y otras soluciones de segunda capa) que prometen expandir el uso de esa red. Se estima que un rollup puede comprimir hasta 250.000 transacciones por bloque en Bitcoin.
Por esto, los rollups pueden verse como los canales rápidos de una autopista en estos sistemas de intercambio de valor, pues en comparación pueden procesar miles de transacciones por segundo. Sin embargo, esta no es la única característica que destaca de los rollups. Estos sistemas se han utilizado, en buena medida, para probar las capacidades de contratos inteligentes novedosos, especialmente enfocados en el trading de criptomonedas.
A lo largo de su corta historia, los rollups han evolucionado y se han ganado un lugar en los mercados de criptomonedas. Primero con la aparición en 2018 de Matic, quizá el primer rollup relevante de Ethereum, que luego se convertiría en Polygon, y luego con la llegada de ZkSync en 2019.
Peo estos no son los únicos rollups destacados, pues poco tiempo después, en 2021, aparecerían otros grandes de la industria como Optimism, Arbitrum e InmutableX. Ese año puede ser considerado como el momento en que los rollups despegaron.
1 ¿Qué tipos de rollup existen?
Desde que Bitcoin saltó a escena, muchos proyectos herederos de su tecnología han implementado distintas estrategias para resolver los problemas de transferencia de valor a través de Internet. Se caracterizan por presentar soluciones donde los protagonistas son la simplicidad y eficiencia al momento de hacer trading. Es así que existen dos tipos de rollups principales: los Zk-rollups y los Optimisc rollups. Ambos modelos poseen características únicas, con ventajas y desventajas propias. También se ha desarrollado otro método, a través de los llamados rollups soberanos.
Los más destacados, por su enfoque en la seguridad son probablemente los zk-rollups, que utilizan la denominada prueba de conocimiento cero (o zero knowledge proof, en inglés). Este protocolo criptográfico se enfoca en la privacidad y seguridad de las transacciones. Entre estos se encuentran proyectos como ZKSync, Loppring, Starknet, InmutableX y otros que funcionan en Ethereum.
¿Que es prueba de conocimiento cero?
Una prueba de conocimiento cero (ZK, por sus siglas en inglés) es un protocolo que permite a una parte (probador) demostrar a otra parte (verificador) que posee cierta información sin revelar dicha información en sí. Para ocultar la información utiliza criptografía. Podemos imaginar que alguien tiene una contraseña secreta para entrar a un club exclusivo. Un portero (verificador) le pide que demuestres que sabes la contraseña sin revelarla en voz alta.
Por su parte, los Optimistic rollups (u optimistas, por su significado en inglés) asumen que las transacciones fuera de la cadena principal son válidas y no publican pruebas de validez para los lotes de transacciones publicadas en la cadena. En su lugar, este tipo de rollups realiza pruebas de fraude para detectar los casos en que una transacción no posee cálculos correctos que permitan su validez. Para que un lote de transacciones enviadas a la cadena principal sea validado, se utiliza una ventana de tiempo que se denomina “periodo de desafío”, donde los interesados pueden ejecutar pruebas de fraude o pruebas de validez.
Algunos de los rollups optimistic más destacados que funcionan en Ethereum en la actualidad son Optimism, Arbitrium o Base, que aunque no es un rollup convencional, porque posee su propia cadena de capa 1, comparte características de los rollups optimistic, como los tipos de prueba de fraude que ejecuta. Algunos rollups como Gnosis o Metis se consideran híbridos, pues involucran procedimientos tanto de los optimistic como pruebas de conocimiento cero.
¿Qué es la prueba de fraude?
La prueba de fraude es un mecanismo que permite cuestionar la validez de una transacción sospechosa. El objetivo de este tipo de pruebas es incentivar un buen comportamiento, pues existen recompensas para las pruebas exitosas y penalizaciones monetarias para quienes incurran en fraude. Uno de los principales problemas de este mecanismo consiste en que requiere una constante comunicación de los participantes, lo que puede relentecer el proceso.
Aunque los principales rollups de la industria de las criptomonedas utilizan Ethereum como el sistema principal para respaldar y transferir valor, están surgiendo numerosos proyectos, con estas características, que utilizan Bitcoin. Sin embargo, dada las restricciones de programación inherentes a este sistema, los proyectos que desarrollan rollups enfrentan algunos desafíos técnicos. Por ejemplo, aquellos que se relacionan con la introducción de información de distintos entornos en el historial de transacciones de Bitcoin.
En otras palabras, los rollups que se ejecutan en Bitcoin son de difícil compatibilidad puesto que en la actualidad requieren software que funcione como puente o que contribuya con la “traducción” de la información externa para ser admitida en los formatos del sistema.
La dificultad de ejecutar rollups en Bitcoin
Varios desarrolladores de Bitcoin han promovido el uso de rollups en esa red para mejorar la escalabilidad del sistema. Pero los cambios en el código principal de Bitcoin que facilitarían la compatibilidad de los rollups en Bitcoin no se han implementado. Aun así, existen tecnologías novedosas como el protocolo BitVM que permite ejecutar programas computacionales fuera de la cadena principal y validar sus operaciones en el sistema, lo que lo convierte en una poderosa herramienta para ejecutar rollups.
Por su parte, los rollups soberanos se definen como una solución de capa 2 con los beneficios de una blockchain principal. Es decir, depositan la confianza de la seguridad de las transacciones en el desempeño de una red propia, de ahí la soberanía que las describe. En otras palabras, este tipo de rollups publica bloques o paquetes de transacciones que son ejecutadas y verificadas en una blockchain propia, que es administrada por nodos independientes de la cadena principal.
Los rollups soberanos no utilizan un contrato inteligente anclado a la cadena principal, por lo que sus desarrolladores afirman que no necesitan puentes, y publican los paquetes de transacciones como datos no procesados.
2 ¿Cómo funciona un rollup?
Cada uno de los modelos de rollup existentes es, como mencionamos, un carril rápido de una autopista. Y podemos imaginar que cada uno de estos carriles posee una construcción y leyes de tránsito específicas.
Ahora bien, estas leyes no son inflexibles, porque depende de cada proyecto la forma en que las transacciones se ejecutarán. Y debido a que existen distintas maneras de transportar los datos de las transacciones a través de estos canales, independientemente del tipo de operación que desea ejecutar un usuario, bien sea que se trate de un préstamo, de un apalancamiento o de compra y venta de criptomonedas, los usuarios obtendrán distintos beneficios de acuerdo con el tipo de rollup que elijan.
La arquitectura de los rollups
Si observamos estas autopistas desde la distancia, podemos ver su arquitectura. Están fundamentalmente compuestas de dos elementos principales.
El primero de estos elementos es un contrato inteligente en la cadena principal. Se puede decir que el protocolo del rollup vive en la cadena principal. Este contrato inteligente, también conocido como puente o bridge, se encarga de almacenar bloques de transacciones, monitorear las actualizaciones de estado en el rollup y rastrear los depósitos de los usuarios. Se trata de un administrador de las transacciones que luego se incluirán en el registro contable de la cadena principal, bien sea Ethereum, Bitcoin, Solana u otro sistema.
El otro elemento es una máquina virtual separada de la cadena principal. Aquí se registran y validan las transacciones del rollup. En términos técnicos, este protocolo sirve como capa secundaria para ejecutar las transacciones del rollup y generar el estado de esas transacciones. Es en esta instancia donde se realizan las pruebas de validez que luego serán verificadas en la cadena principal, además de garantizar la disponibilidad de los datos.
Con esto en mente podemos comparar los principales modelos de rollup, tanto los Zk-rollup como los Optimisc, para comprender su funcionamiento.
Los rollup optimistic asumen que todas las transacciones que se realizan en la capa 2 son verdaderas hasta que se demuestre lo contrario, de allí que se denominen optimistas. En cambio, los ZK-rollup utilizan un mecanismo complejo llamado prueba de conocimiento cero, que permite validar las transacciones sin dar demasiada información sobre cada una de ellas. El uso de prueba de conocimiento cero por parte de los ZK-rollup acarrea un mayor costo de hardware.
Otra diferencia entre estos dos sistemas está en la cantidad de información que transmiten a la red principal. Los ZK-rollups transmiten una cantidad de datos menor que su contra parte, los rollups optimistic. Esto se debe a que los ZK-rollups no validan cada una de las transacciones, sino que demuestran la validez del estado final de las transacciones agrupadas en un lote. Por su parte, los optimistic publican en la cadena principal los datos de las transacciones, como las direcciones involucradas, los montos y las firmas digitales.
Disponibilidad de los datos en cadena
Los rollups publican el estado de las transacciones como calldata (o llamados de datos), en el caso de Ethereum, un tipo de almacenamiento de información que permite que un contrato inteligente lea los datos que proporciona otro contrato inteligente. De esta manera cualquier persona o empresa puede usar la información anclada en la cadena principal, verificarla o retar su validez. En el caso de Bitcoin, los datos se almacenan en una parte de la transacción denominada testigo.
Del lado de los usuarios, hay una diferencia fundamental en el tiempo de espera para validar e incluso para retirar fondos de un rollup. Mientras los ZK-rollups validan las transacciones de manera casi inmediata, los optimistic requieren un tiempo de espera que puede demorar días, debido a que se utiliza ese tiempo para dar oportunidad a los involucrados de retar la validez de una transacción. En el caso de los retiros, los rollups optimistic pueden demorar desde un par de días hasta dos semanas.
Este tiempo de espera es necesario para que los validadores (nodos especializados) puedan admitir una prueba de fraude en el caso de que sea necesaria, si se sospecha que una transacción puede ser fraudulenta.
¿Quién verifica las pruebas en un rollup?
La validación de las transacciones de los rollups depende de operadores especializados (que en algunos casos son entidades centralizadas y en otros participantes en un sistema de prueba de participación). La tarea la llevan a cabo nodos especiales denominados secuenciadores o validadores, que ejecutan las pruebas de conocimiento cero necesarias, en el caso de los ZK-rollups, o verifican las disputas o retos en el caso de los optimistic.
3 Ventajas y desventajas de usar rollups
El debate sobre que tipo de rollup es más útil para escalar redes como Ethereum, Solana e incluso Bitcoin sigue en pie. Antes de usar un rollup, puede ser útil conocer las ventajas y desventajas de los principales modelos.
ZK-rollups
Ventajas:
Los Zk-rollups pueden minimizar las tarifas que pagan los usuarios al reducir el costo de publicar datos en la cadena principal.
Las pruebas de validez o pruebas de conocimiento cero evitan que los operadores transmitan transacciones no válidas y garantizan la exactitud de la información almacenada.
Ofrecen también una finalización rápida de las transacciones, porque no hay que esperar tiempos de disputa para validarlas. Además, debido a que se basan en pruebas criptográficas sin confianza, la seguridad no depende de operadores incentivados, como en los rollups optimistic.
Desventajas:
El costo de realizar los cálculos y las pruebas es sustancial, debido al uso de hardware especializado, lo que puede incrementar el costo de las transacciones para usuarios.
El uso de hardware especializado puede contribuir al control o centralización de algunos actores, reduciendo el número de participantes y aumentando el riesgo de que operadores maliciosos congelen o censuren transacciones.
Los operadores o secuenciadores además pueden influir en el orden de las transacciones seleccionadas en cada lote.
Además, construir ZK-rollups que sean compatibles con la EVM de Ethereum o con Bitcoin es difícil, debido a la complejidad de la prueba de conocimiento cero.
Optimistic rollups
Ventajas:
Los rollups optimistas reducen los costos de operar, debido a que no es necesario usar pruebas criptográficas para cada bloque, y asumen que cada transacción es válida al menos que se formule una disputa o reclamo con prueba de fraude.
Debido a que los datos de las transacciones se almacenan en la red principal (Ethereum, Solana, Bitcoin) ofrecen transparencia, seguridad y resistencia a la censura.
Las pruebas de fraude pueden ser ejecutadas o solicitadas por cualquier nodo de la red de la capa 2, debido a que no se requiere hardware especializado.
Estos rollups se basan en incentivos económicos para asegurar un comportamiento adecuado de los operadores y usuarios.
Además, los desarrolladores de Ethereum pueden desarrollar nuevas dapps y contratos inteligentes entre las cadenas principales y secundarias con mayor facilidad, debido a la compatibilidad de estos sistemas con la EVM.
Desventajas:
Los largos periodos de retiro de hasta una semana, que requieren las pruebas de fraude o el periodo de disputa, pueden ser un problema para los usuarios.
Los operadores centralizados de ciertos proyectos pueden influir en el orden de las transacciones seleccionadas por cada lote. Además, si no hay nodos honestos, un operador malicioso puede robar fondos mediante la publicación de bloques no válidos.
Puede existir un aumento en el costo de operar un rollup debido a que hay que publicar todos los datos de las transacciones en la cadena principal.