De la prueba en tiempo real al Rollup nativo: el final de la escalabilidad de Ethereum impulsada por ZK

Autor: imToken

Nota del editor: Ethereum está avanzando hacia una nueva era de escalabilidad de 10,000 TPS, y la tecnología de prueba de cero conocimiento (ZK) se está convirtiendo en el motor clave. Este es el segundo artículo de nuestra recopilación del "Mapa de ruta para Ethereum 10,000 TPS", que se centrará en los desafíos técnicos de la prueba en tiempo real, la lógica de participación del Prover, los desafíos de seguridad durante el proceso de cambio de L1, y cómo el "Rollup nativo" puede convertirse en la forma definitiva de escalabilidad ZK.

Si se considera que la ZK es el punto de partida para la reestructuración de la tecnología de Ethereum, entonces la "prueba en tiempo real" y el "Rollup nativo" son los elementos centrales de esta revolución de escalado.

En este artículo, continuaremos explorando cómo lograr pruebas ZK en tiempo real de nivel de 12 segundos en la red principal de Ethereum, cuáles son las barreras de hardware y los mecanismos de incentivos para convertirse en Prover, y cómo los Rollups nativos reescribirán el panorama de Ethereum L2.

01. Prueba en tiempo real: la pieza clave para la escalabilidad de Ethereum

En la hoja de ruta de Ethereum hacia 10,000 TPS, hay un punto de ruptura técnica indispensable: la prueba en tiempo real (real-time proving).

El cofundador de Succinct, Uma Roy, explicó así: "La prueba en tiempo real se refiere a la capacidad de completar el proceso de generación de prueba ZK para un bloque de la red principal de Ethereum en menos de 12 segundos".

¿Qué significa esto? Una vez que se implemente la prueba en tiempo real, Ethereum podrá incorporar su lógica de validación de bloques en el protocolo mismo y aumentar casi "ilimitadamente" el límite de Gas sin sacrificar la verificabilidad, logrando así una escalabilidad masiva de L1 (nota del editor: el tiempo de generación de cada bloque en la red principal de Ethereum es de 12 segundos, por lo que "en tiempo real" se refiere a completar la prueba dentro de cada ciclo de bloque).

Sin embargo, para lograr pruebas en tiempo real, la tecnología zkVM por sí sola no es suficiente, también es necesario realizar cambios en la capa del protocolo de Ethereum.

Ladislaus de la Fundación Ethereum señaló que se espera introducir un mecanismo clave en la actualización de Glamsterdam del próximo año: "desacoplamiento de la verificación de bloques y la ejecución inmediata", lo que proporcionará más tiempo al Prover para generar pruebas zkEVM dentro de un slot completo, logrando así un procesamiento verdaderamente en tiempo real.

En términos de implementación técnica, Succinct ha lanzado su último zkVM SP1 Hypercube, que puede generar pruebas en tiempo real para el 93% de los 10,000 bloques de la red principal en un clúster de 200 GPU.

Roy indicó que tienen confianza en que para finales de este año, podrán aumentar esta tasa de éxito al 99%. Aunque algunos bloques difíciles de manejar aún pueden llevar a que un número muy pequeño de bloques no pueda generar pruebas a tiempo, el diseño del protocolo ya ha considerado mecanismos de tolerancia a fallos, como permitir saltar ese bloque y continuar procesando el siguiente bloque.

Además, Ethereum está considerando reducir el tiempo de bloque de 12 segundos a 6 segundos (como otra propuesta potencial de Glamsterdam), lo que mejoraría significativamente la experiencia del usuario y la velocidad de confirmación de las transacciones, pero esto también ejerce una presión adicional sobre el ZK Prover: para los probadores, la dificultad de la tarea se ha duplicado.

Sin embargo, Roy no está preocupado, ya que la tecnología ZK mejora su rendimiento diez veces cada año, incluso si el tiempo de bloque se reduce a la mitad, podrá manejarlo.

En junio, Linea también anunció que su red puede lograr un 100% de actividades en cadena cubiertas por pruebas ZK. Aunque el TPS actual de Linea es solo 2, esto no es una limitación de rendimiento, sino una restricción causada por la demanda de uso.

Es importante señalar que el intervalo entre bloques de Linea es de solo 2 segundos, y las pruebas ZK se suben a la verificación de Ethereum L1 a través de contratos inteligentes. Este modelo podría ser una versión preliminar de la futura "ZKización" de la mainnet.

02, ¿es alto el umbral de hardware para los validadores de ZK de Ethereum?

Para generar pruebas ZK en tiempo real, no se puede prescindir de poderosos recursos de cálculo.

El objetivo técnico preliminar que la Fundación Ethereum ha establecido actualmente para Prover es: controlar el costo del hardware por debajo de 100,000 dólares, con un consumo de energía inferior a 10 kilovatios, aproximadamente equivalente al nivel de consumo de energía de una batería doméstica Tesla Powerwall.

Este número no suena "ligero"; Justin Bons, crítico de Ethereum y fundador de Cyber Capital, lo ha llamado "requisitos de hardware locos que superan con creces los nodos de validación de Solana", pero esto en realidad confunde dos roles completamente diferentes.

Ladislaus del equipo de coordinación del protocolo de la Fundación Ethereum señaló: las responsabilidades de Prover y Validator (validador) son diferentes y no deben confundirse: los validadores ejecutan nodos y participan en el consenso; mientras que la tarea de Prover es generar pruebas ZK, una vez que la prueba ZK de una transacción se genera correctamente, la red solo necesita verificar si la prueba es correcta, sin necesidad de ejecutar la transacción nuevamente.

Por esta razón, Ladislaus se mostró optimista, "mientras se pueda encontrar un probador honesto que cumpla con los requisitos de hardware, Ethereum podrá seguir funcionando de manera segura. Hemos decidido establecer el umbral por debajo de los centros de datos, e incluso si no se trata de grandes instituciones o centros de datos, cualquier desarrollador individual con capacidad técnica podrá ejecutar un Prover desde casa."

Actualmente, esta configuración de hardware de 100,000 dólares es solo un objetivo inicial. Sophia Gold, investigadora de la Fundación Ethereum, espera que antes de la conferencia de desarrolladores Devconnect en Argentina en noviembre de este año, los Prover principales cumplan con los estándares.

El cofundador de Succinct, Roy, prevé que para principios del próximo año, la demanda de GPU se puede reducir a alrededor de 16 tarjetas gráficas, y el costo total se mantendrá entre 10,000 y 30,000 dólares.

Mientras tanto, Succinct ha construido una red descentralizada compuesta por "cientos de Prover" en la red de prueba, generando un total de millones de pruebas.

La lógica central de este sistema es la prueba competitiva, es decir, todos los Prover participan en una puja, eligiendo un ganador en cada ronda para ejecutar la prueba zk, con el objetivo de que el participante con menor tiempo y coste gane, formando un mecanismo de puja similar a la potencia de cálculo.

Esto significa que, en el futuro de Ethereum impulsado por ZK, el espíritu de los mineros se manifestará de otra manera: simplemente, el rol cambiará de calcular bloques a calcular pruebas.

03, la migración de la red principal a la arquitectura ZK: una migración de sistema de alta dificultad.

Cambiar la mainnet L1 de Ethereum a una arquitectura de prueba de conocimiento cero (ZK) es otro desafío técnico casi del mismo nivel que la transición de 2022 de prueba de trabajo (PoW) a prueba de participación (PoS). Todo el proceso no solo requiere una reestructuración de la capa de protocolo, sino que también debe considerar cuidadosamente varios escenarios de borde potenciales y riesgos de seguridad, para evitar interrupciones en el funcionamiento de la red.

En una conferencia de EthProofs en julio de este año, el investigador Justin Drake mencionó varios posibles riesgos. Por ejemplo, atacantes malintencionados podrían insertar en el bloque lo que se llama "prover killer", lo que podría hacer que todo el mecanismo de verificación de la red fallara; o podría haber una caída drástica en la actividad de la red, haciendo que los ingresos por tarifas de transacción no sean suficientes para cubrir el costo de generar pruebas ZK, lo que afectaría la sostenibilidad de la red.

Ladislaus del equipo de coordinación del protocolo de la Fundación Ethereum indicó que todo el proceso de transición podría llevar años, prestando especial atención a los riesgos de seguridad. La máquina virtual ZK (zkVM), como una tecnología compleja que aún se encuentra en una etapa temprana, tiene una alta probabilidad de presentar diversas vulnerabilidades. Sin embargo, a medida que el ecosistema madura, podemos mejorar gradualmente su viabilidad y robustez en Ethereum L1 mediante la introducción de sistemas de prueba diversificados (proof diversity), la mejora de los mecanismos de incentivo y la verificación formal.

Mientras tanto, Ethereum también planea una reestructuración fundamental de su capa de consenso, es decir, construir una nueva estructura llamada "Beam Chain", con el objetivo de ser amigable con la optimización ZK desde el diseño inicial. Drake incluso declaró que en el futuro, todo el trabajo de validación de datos de Ethereum podrá realizarse en la CPU de una computadora portátil común.

04, la red principal "Snarkizada": el Rollup nativo está en camino

Mientras se integra zkEVM en la red principal de Ethereum, otra visión a largo plazo también comienza a surgir gradualmente: Rollup nativo (Native Rollup).

Actualmente, los Rollups (ya sean del tipo Optimistic o ZK) utilizan sistemas de prueba independientes, cuya seguridad depende de sus propios mecanismos de validadores o ordenadores, y existe cierta suposición de confianza entre ellos y la red principal de Ethereum.

La visión de "Rollup nativo" es completamente diferente: al integrar zkEVM en la red principal, permite que los validadores de Ethereum L1 verifiquen directamente las pruebas de transición de estado de Rollup, logrando así un L2 que sea verdaderamente validado por la red principal y garantizado en seguridad por la red principal.

Esto requiere agregar una parte clave de código "execute precompile" en el cliente L1 de Ethereum, lo que permite a los validadores verificar directamente las pruebas de transferencia de estado ZK generadas por L2, tal como dijo Ladislaus, coordinador de protocolo de la Fundación Ethereum, "los validadores L1 consumirán estas pruebas de ejecución de Rollup y verificarán su corrección."

En otras palabras, si el Rollup nativo se convierte en realidad, entonces en el futuro, ya sea una transacción que ocurra en L1 o una transacción que ocurra en el Rollup nativo, su liquidación final y seguridad estarán garantizadas por el mismo grupo de validadores de Ethereum, y el nivel de confianza será completamente equivalente.

Esto significa que depositar 10 millones de dólares en un Rollup nativo tendrá la misma seguridad que depositar directamente en la red principal de Ethereum.

El responsable del proyecto Linea, Declan Fox, ha declarado que su objetivo a largo plazo es convertirse en un Rollup nativo. Él cree que esto es una "versión mejorada" del esquema de fragmentación de ETH 2.0: en lugar de operar rígidamente 64 cadenas de fragmentos idénticos, se trata de construir un sistema Rollup heterogéneo de manera altamente programable y personalizable, para atender diferentes escenarios y necesidades de los usuarios.

A diferencia de la arquitectura de fragmentación homogénea de ETH 2.0 en el pasado, los Rollup nativos pueden ser heterogéneos, lo que ofrece a los usuarios finales una experiencia de aplicación más diversa y diferenciada.

A pesar de que el Rollup nativo aún no se ha incorporado oficialmente a la hoja de ruta de Ethereum, con el lanzamiento oficial de zkEVM y la reestructuración gradual de la arquitectura L1, es evidente que se ha convertido en una tendencia tecnológica previsible, estableciendo interfaces y lógica de precompilación.

Ladislaus resumió que "al llevar EVM a Snark (es decir, integrar capacidades de prueba ZK) y avanzar en Rollup nativos, Ethereum presenta una alta colaboración técnica, ya que ambos comparten la pila de tecnología ZK subyacente". Por supuesto, este proceso aún necesita ser gobernado por la comunidad de Ethereum, formando un EIP (propuesta de mejora de Ethereum), y finalmente implementarse en un hard fork.

Si todo va bien y hay expectativas optimistas, tal vez se pueda presentar el EIP correspondiente a fin de año y lanzarlo en la bifurcación posterior a la actualización de Glamsterdam.

Sin embargo, este cronograma sigue teniendo una alta incertidumbre, por lo que debe ser considerado con precaución.

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