Blockchains modulares y rollups: el futuro de Ethereum y más allá

Introducción a las Blockchains Modulares

Antes de profundizar en el tema, es necesario comprender por qué se habla tanto de rollups de blockchain como de modularidad. Lo más importante es que ambos conceptos abordan el desarrollo de diferentes funcionalidades de la blockchain para mejorar su rendimiento. Comprenderán de qué hablo, así que tengan paciencia.

Comencemos con las blockchains monolíticas como la inicial de Ethereum. Estas blockchains gestionan todos los componentes clave (consenso, contratos inteligentes, disponibilidad de datos, ejecución de transacciones y liquidación) dentro de un marco de una sola capa. Sin embargo, si bien este diseño integrado funciona, también plantea desafíos de escalabilidad, ya que todo se gestiona en una sola capa, basándose en el mismo conjunto de nodos, lo que genera cuellos de botella.

Compare esto con las blockchains modulares modernas. Estas emplean un mecanismo diferente al dividir las funciones clave en capas especializadas donde se ejecutan diferentes tareas en distintos nodos. La capa de liquidación, por ejemplo, finaliza los resultados de las transacciones, formando un libro contable de confianza minimizada, generalmente en combinación con la ejecución de rollups. Su propósito principal es proporcionar verificación de pruebas y resolución de disputas para los rollups. La Capa de Disponibilidad de Datos y la Capa de Consenso facilitan la disponibilidad de los datos de las transacciones para la validación y el procesamiento fuera de la cadena, ya que esto es crucial para que la red alcance un consenso sobre el estado de la blockchain. Los Contratos Inteligentes son código que se ejecuta en la capa de ejecución, la cual procesa las transacciones para las dApps. La Capa de Ejecución procesa las transacciones y los contratos inteligentes, y garantiza que todo el trabajo computacional se realice eficientemente. Los rollups son una solución de escalado que ejecuta transacciones fuera de la cadena y envía los datos a una capa de ejecución dentro de la cadena.

Enfoque de blockchains monolíticas vs. modulares

Dicho esto, las acumulaciones como Arbitrum y Optimism se convirtieron en una solución de escalado para blockchains monolíticas como Ethereum, al realizar la ejecución fuera de la cadena.

Sin embargo, se han vuelto esenciales en este enfoque modular, sirviendo a menudo como una capa independiente que procesa transacciones y publica datos en la Capa 1. Esta estrecha relación entre las acumulaciones y la arquitectura modular es la razón por la que se las suele analizar conjuntamente al explorar el futuro de la escalabilidad de las blockchains. ¡Profundizaremos en este tema en las siguientes secciones! Manténganse al tanto. Blockchains monolíticas vs. modulares. Ya saben que las blockchains monolíticas y las modulares son dos formas arquitectónicas diferentes en la construcción de blockchains, cada una con sus ventajas y desventajas. Pero en lugar de hablar de teoría, expliquemos las diferencias y comparemos algunas blockchains modulares de uso real con sus equivalentes monolíticos.

Comenzando con cadenas de bloques monolíticas como Ethereum, antes de las actualizaciones de Ethereum 2.0, presentaba problemas de escalabilidad debido a los altos costos del gas y la lentitud de las transacciones debido a la congestión de la red.

La congestión, a medida que Ethereum crecía, al ser monolítico y con cada nodo procesando y almacenando cada transacción, restringía el rendimiento y dificultaba el escalado.

Sin embargo, desde entonces se han realizado numerosas actualizaciones para implementar estas mejoras. La transición a Ethereum 2.0 introdujo el mecanismo de consenso de prueba de participación (PoS). Hemos visto un auge en soluciones de escalado de capa 2 como Optimism, Arbitrum y zkSync. Sin embargo, el paradigma de la cadena de bloques modular es relativamente nuevo y uno de los desarrollos más recientes a partir de 2024. Una cadena de bloques modular, como Celestia, separa la funcionalidad de la cadena de bloques en capas, como la ejecución, el consenso y la disponibilidad de datos. Esto lleva a que ya no todos los nodos tengan que hacerlo todo. Los nodos pueden especializarse en una capa y, en general, la carga de la red es menor. 

Entendiendo los Rollups

Los Rollups generalmente ofrecen una solución de escalado robusta, sin necesidad de desconectarse de la cadena de bloques principal para garantizar la seguridad y la disponibilidad de los datos. En esencia, "rollups" múltiples transacciones en un lote, reduciendo la carga en la capa base necesaria para el consenso y la disponibilidad de los datos.

Cómo funcionan los Rollups:

Si realiza pequeñas transferencias de criptomonedas y tiene tiempo para esperar unos minutos u horas a que se verifique su transacción, es posible que no necesite un Rollup. Pero si necesita transacciones grandes, tiempos de confirmación más rápidos o realiza muchas transacciones, los Rollups son una gran ventaja.

A partir del 7 de octubre de 2024, los precios del gas en rollups de Ethereum como Optimism, Arbitrum y zkSync oscilaban entre 0,001 y 0,02 ETH, 0,0015 y 0,015 ETH y 0,001 y 0,005 ETH, respectivamente.

Por lo tanto, si tienes criptomonedas en Ethereum y quieres ahorrar comisiones o tiempo, usar un rollup es una buena opción.

Esto es lo que suele ocurrir: abres tu billetera, por ejemplo, MetaMask o WalletConnect, y si tu saldo está en la red principal de Ethereum, lo conectas a un rollup, como zkSync.

Después, puedes enviar transacciones entre cuentas de zkSync. ¡Sencillo y eficiente! Pero, ¿cómo funciona en segundo plano un rollup?

1. Procesamiento fuera de la cadena: En blockchains modulares como Celestia, la mayor parte del trabajo computacional fuera de la cadena, como la ejecución de transacciones y el procesamiento de contratos inteligentes, se realiza en la capa de rollup, aliviando la congestión de la cadena principal. En lugar de ejecutar cada transacción directamente en la blockchain principal, los rollups agregan millones de transacciones en un solo paquete, lo que reduce la sobrecarga computacional.
2. Envío por lotes: Una vez procesadas fuera de la cadena, se envían juntas en un envío por lotes a la cadena principal. El envío tiene un tamaño mínimo y contiene únicamente datos relevantes para la verificación, mucho más pequeños en comparación con el procesamiento de cada transacción por separado en la cadena base.
3. Disponibilidad de datos en la cadena: La ejecución se realiza fuera de la cadena, pero los datos deben estar disponibles para su verificación y para lograr el consenso. Los rollups publican pruebas de datos comprimidos (pruebas de validez o de fraude) para permitir la verificación de transacciones abiertas en la cadena principal. Hay dos tipos de pruebas de rollup disponibles: Pruebas de Validez (utilizadas por los ZK-Rollups) y Pruebas de Fraude (utilizadas por los Optimistic Rollups).
4. Dependencia de Seguridad de Capa 1: Los rollups aún dependen de la seguridad y el consenso de la cadena de Capa 1. Si el rollup es optimista, cualquiera puede cuestionar la validez de las transacciones mediante pruebas de fraude. En los ZK-Rollups, la prueba de validez garantiza que solo se acepten transacciones válidas. ¡Hablaremos de eso en un segundo, esperen!
5. Finalidad de la Transacción: Una vez que el lote de transacciones se liquida en la blockchain de Capa 1, las transacciones dentro del lote son definitivas. Dependiendo de si el rollup es optimista o basado en ZK, la finalización puede ocurrir prácticamente al instante.

Hora de hablar sobre los diferentes tipos de rollups, porque seguro que tienen preguntas.

Explicación de los Optimistic Rollups

Optimism y Arbitrum son implementaciones muy populares de rollups optimistas, pero otras soluciones destacadas son Base, Metis y Cartesi.

Otras soluciones destacadas son Base, Metis y Cartesi.

Los rollups optimistas son una categoría de solución de escalado de Capa 2 diseñada para aumentar el rendimiento de Ethereum mediante la ejecución de transacciones fuera de la cadena.

Los rollups optimistas consideran las transacciones válidas por defecto, de ahí el nombre "optimista" para referirse a este método de verificación.

En lugar de verificar todas las transacciones dentro de la cadena, los rollups optimistas simplemente reportan un resumen por lotes de una transacción a la Capa 1 de Ethereum, descargando la carga computacional y de almacenamiento de la Capa 1 y disminuyendo la carga computacional y de almacenamiento para la Capa 1. Esto es bastante diferente de los rollups zk, que se basan en pruebas criptográficas para verificar la validez de las transacciones. El modelo de seguridad de los rollups optimistas se basa en pruebas de fraude, y los usuarios pueden impugnar las transacciones fraudulentas dentro de un período de disputa. Una vez que las transacciones se liquidan fuera de la cadena, existe un plazo —normalmente varias semanas— en el que cualquiera puede impugnar una transacción dudosa proporcionando una prueba de fraude. Al detectar fraude, el sistema vuelve a ejecutar la transacción para verificar su legitimidad. Equilibra la escalabilidad y la seguridad al permitir que la mayoría de las transacciones se realicen sin verificación directa, pero con los medios para deshacer actividades maliciosas. Los rollups optimistas como Arbitrum y Optimism ofrecen beneficios de escalabilidad mediante la reducción de las tarifas de gas y una mayor capacidad de transacciones, lo que los hace ideales para dApps optimizadas para reducir las tarifas de gas y ampliar la capacidad de transacción. La desventaja radica en un mayor tiempo de finalización debido al período de desafío, lo que los hace menos adecuados para operaciones con plazos límite.

Rollups ZK: Análisis a fondo

Los rollups de conocimiento cero (ZK) ofrecen una solución de alta gama para el escalado, aprovechando las pruebas criptográficas para la validación y eficiencia de las transacciones, específicamente para Ethereum. A diferencia de los rollups optimistas, que asumen que las transacciones son válidas hasta que se establezca lo contrario, los rollups ZK utilizan pruebas criptográficas para garantizar que todas las transacciones dentro de un lote sean realmente válidas. El uso de pruebas criptográficas convierte a los rollups ZK en una opción robusta y segura, especialmente para usos donde la inmediatez y la firmeza de alta confianza son cruciales. El funcionamiento de los rollups ZK implica una serie de pasos clave. En primer lugar, al igual que los rollups optimistas, los rollups ZK ejecutan transacciones fuera de la cadena. Sin embargo, la diferencia radica en el enfoque mediante el cual autentican estas transacciones: los rollups ZK generan Pruebas de validez electrónica (zk-SNARK) de transacciones en lotes, lo que permite verificar la integridad antes de enviarlas a la cadena principal. Posteriormente, para cada lote de transacciones, los rollups de ZK generan una breve prueba criptográfica denominada zk-SNARK (Argumento de Conocimiento Conciso y No Interactivo de Conocimiento Cero). Esta prueba verifica la exactitud de todas las transacciones dentro de un lote sin exponer información subyacente y sin requerir que la cadena de bloques principal valide cada transacción.

Una vez generado el zk-SNARK, solo es necesario enviar la prueba y un pequeño segmento de datos específicos del lote a la blockchain principal.

Esto reduce la cantidad de datos y las comisiones de gas para procesar las transacciones.

Tras la publicación, la blockchain principal verifica la prueba zk-SNARK con los datos proporcionados.

Si es correcta, todo el lote se considera válido sin más comprobaciones, lo que resulta en una finalización casi instantánea.

Este rápido mecanismo de verificación mejora considerablemente la experiencia del usuario, especialmente en aquellos casos de uso donde la sincronización es crucial.

En cuanto a seguridad y confianza, los rollups ZK heredan la seguridad de la blockchain base de Capa 1 (por ejemplo, Ethereum) y disfrutan de un alto nivel de confianza en la exactitud de las transacciones gracias a las pruebas criptográficas. Este enfoque disminuye la posibilidad de fraude que puede ocurrir durante el período de desafío de los rollups optimistas.

Las ventajas de los rollups ZK son considerables. Mejoran considerablemente la escalabilidad mediante un gran multiplicador en el rendimiento de las transacciones con menores costes de gas, ya que comprime eficazmente múltiples transacciones en una sola prueba. Gracias a la finalidad casi instantánea que ofrecen los zk-SNARK, son especialmente ideales para aplicaciones donde las transacciones requieren confirmación inmediata, como pagos y operaciones comerciales. Además, los zk rollups refuerzan el anonimato del usuario, ya que los detalles de las transacciones específicas se ocultan en las pruebas que se presentan a la blockchain principal, lo que los hace ideales para aplicaciones con requisitos de confidencialidad. Ofertas populares de zk rollups, como zkSync y StarkWare, se han integrado al ecosistema Ethereum gracias a su eficiencia. Estas ofertas han ganado terreno en el ecosistema Ethereum gracias a su eficiencia y al uso de tecnología de conocimiento cero de última generación. Las comisiones de gas de zk-rollups como zkSync, a octubre de 2024, oscilaban entre 0,001 ETH y 0,005 ETH, lo cual representa un gran atractivo para los usuarios que buscan ahorrar dinero y realizar transacciones a mayor velocidad.

El concepto L2-MEV

MEV, o Valor Máximo Extraíble, es la ganancia obtenida al reordenar las transacciones en las redes blockchain. Desde su definición formal en el artículo "Flash Boys 2.0" de 2019, el MEV ha sido un tema candente, especialmente con la llegada de soluciones L2 como los rollups. El MEV es lo que los bots de arbitraje intentan extraer en las transacciones DEX, y los mineros y validadores pueden obtener ganancias de las transacciones reordenadas. El secuenciador también desempeña un papel fundamental en la extracción de MEV en los rollups, gestionando el orden de las transacciones y el envío de bloques a la Capa 1. El problema radica en que la mayoría de los rollups L2 de Ethereum existentes cuentan con un único secuenciador centralizado que domina el orden de las transacciones. Este secuenciador centralizado tiene un gran control sobre la extracción de MEV, lo que afecta el orden de las transacciones y las ganancias. Sin embargo, la cantidad de MEV extraíble varía entre rollups según el mecanismo de secuenciación. En el sistema "First Come, First Serve" de Arbitrum, la ordenación de las transacciones se realiza en orden de recepción, con menos margen para la manipulación del MEV.

Sin embargo, el secuenciador de Optimism posee un mayor control sobre el orden de las transacciones, lo que permite una mayor flexibilidad para la extracción de MEV.

Aun así, Optimism cuenta con controles, es decir, ventanas de tiempo para la publicación de transacciones, que limitan el uso máximo de esta capacidad por parte del secuenciador.

Con la hoja de ruta de Ethereum orientada a rollups, y mirando hacia el futuro, cuando el 99 % de todo ocurrirá en L2 a medida que los rollups se desarrollen plenamente, implementar rollups con mecanismos para reducir la carrera de extracción de MEV será crucial para garantizar la equidad y la eficiencia en la red.

Impacto de L2-MEV en Ethereum

La adopción de la Capa 2 ha cambiado el ecosistema de Ethereum, especialmente la dinámica del Valor Máximo Extraíble (MEV). Con el avance de Ethereum con rollups, la secuenciación de transacciones y la dinámica de extracción de MEV se trasladan a estas redes L2, donde los secuenciadores, ya sean centralizados o descentralizados, controlan el orden de las transacciones. Esto genera una serie de implicaciones para Ethereum en su conjunto:

1. Escalabilidad con Contrapartidas

   Las soluciones L2 como Optimism y Arbitrum mejoran considerablemente la escalabilidad de Ethereum al prescindir de su blockchain de Capa 1. Sin embargo, la centralización de secuenciadores genera un cuello de botella que puede aumentar el potencial de extracción de MEV. La hoja de ruta de Ethereum, centrada en la acumulación, seguramente ofrecerá una mayor escalabilidad, pero altera el equilibrio con la secuenciación justa de las transacciones.

   Los secuenciadores centralizados sin restricciones pueden aprovechar la ordenación de las transacciones a costa del espíritu descentralizador de Ethereum, lo que podría impulsar los precios al alza o favorecer ciertas transacciones, sacrificando así el espíritu descentralizado de Ethereum.

2. Descentralización de secuenciadores

   Uno de los esfuerzos actuales contra la extracción de MEV es la descentralización de la función de secuenciador. Implementar protocolos de secuenciación descentralizados o sistemas de secuenciadores competitivos puede neutralizar los ataques de MEV y estar en línea con los objetivos de descentralización de Ethereum. Las acumulaciones pueden reducir potencialmente el abuso de MEV. Esto es especialmente significativo dado que Ethereum está cada vez más abierto a las tecnologías L2. La descentralización estaría en consonancia con el objetivo a largo plazo de Ethereum de descentralizar y aumentar la seguridad general de la red.

3. Incentivos económicos y subastas MEV

   A medida que MEV se vuelve más común, ya existen algunas plataformas L2 que están probando subastas MEV, en las que las ganancias de la extracción de MEV se destinan a los validadores o usuarios finales, en lugar de al secuenciador. Este protocolo podría redistribuir los incentivos económicos para despriorizar los efectos negativos de MEV, de modo que el valor se recupere en todo el ecosistema Ethereum, en lugar de concentrarse solo en unos pocos.

4. Experiencia del usuario y comisiones de gas

   La extracción L2-MEV puede generar comisiones de transacción más altas y un retraso en la finalización, especialmente en rollups con secuenciadores centralizados que pueden reordenar las transacciones para obtener ganancias. Por el contrario, rollups más descentralizados o con mayor ingeniería que minimizan la extracción de MEV pueden ofrecer una experiencia más económica, con menor latencia y más segura.

   La reducción de los precios del gas en las capas 2 también podría permitir una adopción más amplia de Ethereum. Sin embargo, el desafío radica en garantizar la equidad en la ordenación de las transacciones entre estas soluciones.

5. Consideraciones de seguridad

   Cuantas más transacciones se procesen en la Capa 2, más dependerá la seguridad de Ethereum de las técnicas de gestión de MEV en los rollups de Capa 2. Los rollups malintencionados que facilitan la extracción excesiva de MEV podrían reducir la confianza en la red, mientras que los rollups con pruebas de fraude/validez, secuenciadores descentralizados y límites de MEV mejorarán la seguridad y la descentralización de Ethereum.

En concreto, si bien las soluciones L2, como los rollups, ofrecen un camino convincente para la escalabilidad de Ethereum, también plantean nuevos problemas para la L2-MEV de Ethereum. El éxito del futuro de Ethereum basado en rollups depende de la resolución de estos problemas mediante la descentralización, la apertura y el reequilibrio económico, lo que permitirá que Ethereum sea escalable y justo.