Cadenas de bloques modulares y Rollups: El futuro de Ethereum y más allá

Introducción a las Cadenas de Bloques Modulares

Antes de profundizar, es esencial entender por qué las discusiones sobre la modularidad de la cadena de bloques y los rollups a menudo van de la mano. La premisa central es que ambas estrategias buscan separar diversas funcionalidades de la cadena de bloques para mejorar el rendimiento general. Quédate con nosotros y todo cobrará sentido pronto.

Inicialmente, observemos las cadenas de bloques monolíticas, como las primeras versiones de Ethereum. Estos sistemas manejan todos los aspectos críticos —consenso, contratos inteligentes, disponibilidad de datos, ejecución de transacciones y liquidación— dentro de un marco de una sola capa. Aunque este enfoque unificado tiene sus méritos, inevitablemente se encuentra con problemas de escalabilidad ya que todas las operaciones se manejan dentro de una sola capa, dependiendo en gran medida del mismo grupo de nodos, lo que puede llevar a la congestión.

En contraste, consideremos las cadenas de bloques modulares contemporáneas. Estos sistemas adoptan un enfoque segmentado, dividiendo funciones esenciales en capas especializadas, con diferentes tareas realizadas por nodos distintos. Por ejemplo, la Capa de Liquidación finaliza las transacciones, creando un libro de contabilidad confiable, a menudo trabajando junto con los rollups para la ejecución. Su función principal es verificar pruebas y gestionar disputas relacionadas con los rollups. La Capa de Disponibilidad de Datos y la Capa de Consenso aseguran que los datos de las transacciones estén disponibles para el procesamiento y validación fuera de la cadena, críticos para el consenso de la red sobre el estado actual de la cadena de bloques. Los Contratos Inteligentes se ejecutan en la Capa de Ejecución, que procesa transacciones para aplicaciones descentralizadas (dApps). La Capa de Ejecución en sí está encargada de la gestión eficiente de transacciones y contratos inteligentes. Mientras tanto, los rollups proporcionan una solución de escalabilidad ejecutando transacciones fuera de la cadena e integrando los datos en una capa de ejecución en la cadena.

Teniendo esto en cuenta, los rollups como Arbitrum y Optimism han surgido como soluciones de escalabilidad para complementar las cadenas de bloques monolíticas como Ethereum, gestionando la ejecución fuera de la cadena. Sin embargo, en el ámbito de las cadenas de bloques modulares, juegan un papel crucial, actuando a menudo como una capa independiente que maneja el procesamiento de transacciones y devuelve los datos a la Capa 1. Esta conexión integral entre los rollups y los diseños modulares es la razón por la que a menudo se discuten juntos cuando se examina el futuro de la escalabilidad de la cadena de bloques. ¡Exploraremos este tema más a fondo en las próximas secciones! Mantente atento.

Cadenas de Bloques Monolíticas vs. Modulares

A estas alturas, ya estás familiarizado con cómo las cadenas de bloques monolíticas y modulares representan dos enfoques distintos en la arquitectura blockchain, cada uno con sus propias ventajas y obstáculos únicos. Sin embargo, en lugar de limitarnos a discutir la teoría, destaquemos las diferencias comparando ejemplos del mundo real de cadenas de bloques modulares con sus contrapartes monolíticas.

Comenzando con las cadenas de bloques monolíticas como Ethereum antes de las actualizaciones de Ethereum 2.0, la red enfrentó importantes desafíos de escalabilidad, principalmente debido a los altos costos de gas y la reducción de velocidad en las transacciones causada por la sobrecarga de la red. A medida que Ethereum se expandió, esta congestión se hizo más pronunciada; en arquitecturas monolíticas, cada nodo debe procesar y almacenar todas las transacciones, lo que limita el rendimiento y complica los esfuerzos de escalabilidad. Las mejoras posteriores han buscado mitigar estos problemas. El cambio a Ethereum 2.0 introdujo el mecanismo de consenso prueba de participación (PoS), y ha habido un aumento en las soluciones de escalabilidad de Capa 2 como Optimism, Arbitrum y zkSync. Sin embargo, el concepto de cadenas de bloques modulares es una innovación relativamente reciente a partir de 2024. Una cadena de bloques modular, como Celestia, divide las funciones de la blockchain en diferentes capas, como ejecución y consenso & disponibilidad de datos, permitiendo que los nodos se especialicen en capas específicas, aliviando así la carga general de la red.

Entendiendo los Rollups

Los rollups proporcionan una poderosa solución de escalabilidad, manteniendo vínculos esenciales con la cadena de bloques principal para mejorar la seguridad y la disponibilidad de datos. Esencialmente, consolidan múltiples transacciones en un solo lote, aliviando la carga operativa en la capa fundamental que maneja el consenso y la disponibilidad de datos.

Cómo Funcionan los Rollups

Si estás transfiriendo pequeñas cantidades de criptomonedas y puedes permitirte esperar unos minutos u horas para la confirmación, usar un rollup puede no ser necesario. Sin embargo, para transacciones más grandes, tiempos de confirmación más rápidos o altos volúmenes de transacciones, los rollups ofrecen beneficios significativos, mejorando la velocidad y la eficiencia.

A partir del 7 de octubre de 2024, las tarifas de gas para los rollups de Ethereum como Optimism, Arbitrum y zkSync típicamente oscilaban entre 0.001 a 0.02 ETH, 0.0015 a 0.015 ETH, y 0.001 a 0.005 ETH, respectivamente. Si tienes activos en Ethereum y buscas reducir las tarifas o los tiempos de transacción, utilizar un rollup es una opción práctica. Aquí está el proceso habitual: Inicia sesión en tu billetera, como MetaMask o WalletConnect, y si tus activos están en la red principal de Ethereum, los envías a través de un puente a un rollup, como zkSync. Una vez enviados, puedes realizar transacciones directamente entre direcciones zkSync. ¡Es sencillo y eficiente!

Entendiendo la Mecánica de los Rollups

Procesamiento Fuera de la Cadena: En el contexto de blockchains modulares como Celestia, la mayoría de las tareas computacionales, como la ejecución de transacciones y el procesamiento de contratos inteligentes, se realizan en la capa de rollup. Esta configuración alivia la congestión en la cadena principal ya que las transacciones no se ejecutan directamente en la blockchain. En su lugar, los rollups compilan numerosas transacciones en un solo lote para reducir la carga computacional.

Envío por Lotes: Después de que las transacciones son procesadas fuera de la cadena, se empaquetan en un solo lote y se envían a la blockchain principal. Este envío es compacto, conteniendo solo los datos esenciales necesarios para la verificación, lo cual es mucho menor que procesar cada transacción individualmente en la cadena base.

Disponibilidad de Datos en la Cadena: Aunque la ejecución ocurre fuera de la cadena, los datos deben seguir siendo accesibles para la verificación y propósitos de consenso. Los rollups publican pruebas de datos condensadas, ya sea Pruebas de Validez o Pruebas de Fraude, para facilitar la verificación transparente de transacciones en la cadena principal. Los rollups utilizan dos tipos de pruebas: Pruebas de Validez (empleadas por ZK-Rollups) y Pruebas de Fraude (utilizadas por Rollups Optimistas).

Dependencia de Seguridad de la Capa 1: Los rollups dependen de los mecanismos de seguridad y consenso de la Capa 1. En los rollups optimistas, cualquiera puede desafiar la validez de las transacciones a través de pruebas de fraude. En los ZK-rollups, la prueba de validez asegura que solo se procesen las transacciones correctas. ¡Profundizaremos en esto pronto, así que mantente atento!

Finalidad de las Transacciones: Una vez que un lote de transacciones es confirmado en la blockchain de Capa 1, esas transacciones se consideran finales. El tiempo de finalidad puede ser casi inmediato, dependiendo de si el rollup está basado en tecnología optimista o de conocimiento cero (ZK).

Diferentes Tipos de Rollups Explicados

Rollups Optimistas: Plataformas como Optimism y Arbitrum son ejemplos prominentes de rollups optimistas, junto con otros como Base, Metis y Cartesi. Mejoran el rendimiento de Ethereum manejando transacciones fuera de la cadena y asumen que las transacciones son válidas por defecto, de ahí el término "optimista". En lugar de verificar cada transacción en la cadena, los rollups optimistas envían un resumen del lote de transacciones a la Capa 1 de Ethereum, reduciendo así las demandas computacionales y de almacenamiento. Esto difiere de los ZK-rollups, que utilizan pruebas criptográficas para afirmar la validez de las transacciones.

La seguridad de los rollups optimistas se basa en pruebas de fraude, permitiendo a los usuarios impugnar transacciones inválidas durante un período de disputa específico. Después del procesamiento fuera de la cadena, se proporciona una ventana —a menudo una semana o más— para que cualquiera pueda desafiar transacciones sospechosas presentando una prueba de fraude. Si se encuentra fraude, la transacción se re-ejecuta para verificar su corrección. Este enfoque equilibra la escalabilidad con la seguridad, permitiendo que la mayoría de las transacciones procedan sin verificación inmediata pero manteniendo la capacidad de revertir acciones malévolas.

Los rollups optimistas como Arbitrum y Optimism reducen las tarifas de gas y aumentan el rendimiento de las transacciones, haciéndolos adecuados para dApps destinadas a minimizar costos y mejorar el rendimiento. Sin embargo, el mayor tiempo de finalidad debido al período de desafío puede ser una desventaja para operaciones sensibles al tiempo.

ZK Rollups: Una Mirada más Detallada

Los rollups de Conocimiento Cero (ZK) utilizan pruebas criptográficas para validar transacciones de manera eficiente y segura, especialmente dentro del ecosistema Ethereum. Contrario a los rollups optimistas, los ZK rollups verifican cada transacción en un lote usando pruebas criptográficas, asegurando que todas sean válidas. El uso de estas pruebas hace que los ZK rollups sean una opción segura, particularmente valiosa para aplicaciones que necesitan finalidad inmediata y confiable.

Los ZK rollups procesan transacciones fuera de la cadena pero difieren en su método de validación: generan pruebas de validez (zk-SNARKs) para lotes de transacciones, confirmando su integridad antes de la presentación a la cadena principal.

Después de esto, los ZK rollups crean una prueba criptográfica precisa conocida como zk-SNARK para cada lote de transacciones. Esta prueba certifica la validez de todas las transacciones en el lote sin revelar ningún detalle subyacente ni requerir que la blockchain principal ejecute cada transacción individualmente.

Después de generar el zk-SNARK, solo esta prueba y una mínima cantidad de datos relacionados con el lote necesitan ser transmitidos a la cadena de bloques principal. Esto reduce significativamente la carga de datos y las tarifas de gas. Una vez enviados, la cadena principal verifica la prueba zk-SNARK contra los datos proporcionados. Si es válida, todo el lote se confirma inmediatamente sin más escrutinio, permitiendo una finalidad casi instantánea. Este rápido proceso de verificación mejora enormemente la experiencia del usuario, especialmente para aplicaciones sensibles al tiempo.

En cuanto a seguridad y confianza, los ZK rollups aprovechan la seguridad de la cadena de bloques de Capa 1 subyacente (como Ethereum) mientras mantienen una alta confianza en la validez de las transacciones mediante pruebas criptográficas. Este enfoque mitiga eficazmente los riesgos de fraude asociados con los períodos de desafío de los rollups optimistas.

Los ZK rollups ofrecen ventajas notables. Mejoran la escalabilidad al aumentar el rendimiento de las transacciones mientras reducen las tarifas de gas mediante la compresión eficiente de múltiples transacciones en una sola prueba. Con una finalidad casi instantánea a través de zk-SNARKs, son ideales para aplicaciones que requieren confirmación inmediata, como pagos y comercio. Además, mejoran la privacidad al mantener ocultos los detalles individuales de las transacciones dentro de las pruebas enviadas a la cadena de bloques principal.

Soluciones líderes como zkSync y StarkWare se han vuelto esenciales para el ecosistema de Ethereum debido a su eficiencia y la implementación innovadora de la tecnología de conocimiento cero. A octubre de 2024, las tarifas de gas para los zk-rollups como zkSync oscilan entre 0.001 y 0.005 ETH, lo que los hace rentables mientras proporcionan transacciones más rápidas.

El Concepto de L2-MEV

El Valor Máximo Extraíble (MEV) representa las ganancias obtenidas al manipular el orden de las transacciones en las redes de blockchain. Desde su definición formal en el documento "Flash Boys 2.0" (2019), el MEV ha ganado importancia, especialmente con el auge de las soluciones de Capa 2. Los bots de arbitraje buscan MEV en operaciones DEX, mientras que los mineros y validadores pueden explotar el orden de las transacciones para obtener beneficios.

En los rollups, el secuenciador juega un papel crucial en la extracción de MEV al gestionar el orden de las transacciones y la presentación de bloques a la Capa 1. Actualmente, la mayoría de los rollups de Ethereum L2 operan con un secuenciador centralizado único que controla el orden de las transacciones, ejerciendo una influencia significativa sobre la extracción de MEV.

El potencial de extracción de MEV varía en los rollups según sus mecanismos de secuenciación. El modelo de "Primero en llegar, primero en ser servido" de Arbitrum limita la manipulación del MEV procesando transacciones en el orden de recepción. Por el contrario, el secuenciador de Optimism tiene mayor discreción sobre el orden de las transacciones, aunque salvaguardias como ventanas de tiempo restringen la explotación completa.

Dado el enfoque centrado en rollups de Ethereum, que prevé que el 99% de toda la actividad eventualmente ocurra en L2 a medida que los rollups maduren, diseñar rollups con mecanismos efectivos de mitigación de MEV es crucial para la equidad y eficiencia de la red.

Impacto del L2-MEV en Ethereum

La adopción de Capa 2 ha transformado el ecosistema de Ethereum, especialmente en cuanto a la dinámica de MEV. A medida que Ethereum escala a través de rollups, la secuenciación de transacciones y la extracción de MEV se trasladan a las redes L2, donde los secuenciadores influyen significativamente en el orden de las transacciones. Esto crea varias implicaciones:

Compromisos de Escalabilidad:

• Las soluciones L2 mejoran la escalabilidad de Ethereum.

• Los secuenciadores centralizados crean riesgos de extracción de MEV.

• Se necesita equilibrio entre la escalabilidad y el orden justo de las transacciones.

Descentralización de Secuenciadores:

• Esfuerzos continuos para descentralizar los roles de secuenciadores.

• Sistemas de secuenciadores competitivos reducen los riesgos de MEV.

• Se alinea con los objetivos de descentralización de Ethereum.

Incentivos Económicos:

• Las subastas de MEV distribuyen beneficios a validadores/usuarios.

• Reajuste de incentivos para reducir el impacto negativo del MEV.

• Asegura una distribución más amplia del valor.

Experiencia del Usuario:

• L2-MEV puede afectar las tarifas y la finalidad.

• Los rollups bien diseñados minimizan el impacto del MEV.

• Tarifas de gas más bajas apoyan una adopción más amplia.

Consideraciones de Seguridad:

• La seguridad de Capa 2 es cada vez más importante.

• La gestión del MEV es crucial para la confianza en la red.

• Un diseño adecuado de rollups mejora la seguridad.

Mientras que los rollups avanzan la escalabilidad de Ethereum, presentan desafíos relacionados con L2-MEV que requieren atención cuidadosa a la descentralización, la transparencia y el realineamiento económico para mantener la escalabilidad y equidad de Ethereum.