Optimistic Rollup vs. Zero-Knowledge Rollup: ¿En qué se diferencian?

Introducción

Con el aumento de la demanda de criptomonedas, muchas blockchains han alcanzado sus límites. Esto puede ocasionar congestión en la red y comisiones elevadas por transacción. Para resolver estos desafíos, se están desarrollando y probando distintas soluciones de escalabilidad que buscan incrementar el rendimiento y la velocidad de las transacciones. Estas soluciones se dividen principalmente en dos grupos: Layer 1 y Layer 2.

Las soluciones de escalabilidad de Layer 1, como el sharding, suponen cambios directos en la blockchain principal (también llamada cadena base o Layer 1). Por el contrario, las soluciones de Layer 2 operan sobre una blockchain Layer 1 ya existente. Ejemplos de soluciones Layer 2 son los state channels, sidechains y blockchain rollups.

Los blockchain rollups son protocolos diseñados para ofrecer mayor rendimiento y menores costes. Su objetivo es superar las limitaciones de muchas blockchains populares agrupando transacciones y reduciendo el tamaño de los datos, lo que permite procesar y almacenar transacciones de forma más eficiente. La creciente adopción de las criptomonedas y la tecnología blockchain ha llevado a los desarrolladores a explorar métodos de escalabilidad para ampliar la capacidad del sistema ante la demanda. Sharding, sidechains, state channels y rollups son algunas de las estrategias en desarrollo. Los blockchain rollups permiten delegar determinados procesos de transacción a una cadena secundaria, almacenando los datos de las transacciones en la blockchain principal Layer 1. En este artículo, analizamos dos tipos de rollups en el ecosistema de criptomonedas: Optimistic Rollups y Zero-Knowledge Rollups.

¿Qué son los Blockchain Rollups?

Los rollups son soluciones Layer 2 que agrupan datos de transacción y los trasladan fuera de la cadena principal (blockchain Layer 1). La ejecución de las transacciones se realiza off-chain, mientras que los activos se mantienen en un smart contract on-chain. Tras la ejecución, los datos de la transacción vuelven a la blockchain principal.

Cualquier solución Layer 1 puede, en teoría, implementar rollups para aumentar la eficiencia en el procesamiento de transacciones. Gracias a los rollups, una blockchain puede aumentar considerablemente el número de transacciones procesadas y registradas en un periodo de tiempo determinado. Esta mejora en la escalabilidad se consigue sin comprometer la seguridad proporcionada por la blockchain subyacente Layer 1.

Existen dos tipos principales de rollups en el ecosistema blockchain: Optimistic Rollups y Zero-Knowledge Rollups. Cada uno emplea mecanismos diferentes para validar transacciones y garantizar la seguridad, lo que los hace adecuados para distintos casos de uso y redes blockchain.

¿Qué son los Optimistic Rollups?

Los Optimistic Rollups son protocolos que incrementan el rendimiento de las transacciones agrupando múltiples transacciones en «batches» y procesándolas off-chain. Posteriormente, los datos de las transacciones se registran en la cadena principal mediante técnicas de compresión de datos para reducir costes y aumentar la velocidad. Según investigaciones en redes blockchain como la plataforma principal, los Optimistic Rollups pueden mejorar la escalabilidad de 10 a 100 veces respecto al procesamiento tradicional on-chain.

El término «optimistic» alude a la hipótesis de que todas las transacciones son válidas por defecto, permitiendo así un procesamiento más ágil. Este enfoque asume de forma optimista que los datos enviados a la cadena principal son correctos, verificando las transacciones solo si se impugnan. Este mecanismo reduce notablemente la carga computacional en la cadena principal, manteniendo la seguridad gracias a los esquemas fraud-proof.

¿Cómo validan las transacciones los Optimistic Rollups?

Para mejorar la eficiencia, los Optimistic Rollups consideran válidas las transacciones por defecto. Esto podría hacer pensar que la seguridad se sacrifica en favor de la velocidad, pero estos rollups emplean esquemas fraud-proof con un periodo de resolución de disputas («challenge period»). Durante este periodo, cualquier observador puede solicitar la verificación de las transacciones procesadas.

Si se detectan errores en un batch, el protocolo rollup los corrige reejecutando las transacciones incorrectas y actualizando el bloque correspondiente. Aquellos que hayan aprobado transacciones inválidas serán penalizados mediante mecanismos de slashing, lo que mantiene la integridad del sistema. El challenge period dura normalmente varios días, brindando tiempo suficiente a los validadores para identificar y denunciar actividades fraudulentas.

El mecanismo fraud-proof permite a los validadores presentar pruebas de que una transición de estado ha sido incorrecta. Si la prueba es válida, el sistema revierte la transacción fraudulenta y penaliza al operador responsable. Esta estructura de incentivos económicos asegura que los operadores estén motivados para procesar las transacciones de forma honesta.

Limitaciones de los Optimistic Rollups

Aunque los Optimistic Rollups eliminan procesos de validación de transacciones complejos, presentan un periodo de challenge que los Zero-Knowledge Rollups no requieren. Esto aumenta el tiempo de finalización de las transacciones procesadas, por lo que los usuarios deben esperar más para tener la garantía de que sus transacciones son irreversibles.

El tiempo de finalización de las cadenas que usan Optimistic Rollups también es inferior al de los ZK Rollups. El tiempo de finalización mide cuánto debe esperar un usuario para tener la certeza de que una transacción no será revertida. Los retiros en Optimistic Rollups se retrasan porque debe transcurrir el challenge period antes de liberar los fondos. Por el contrario, los retiros en ZK Rollups son inmediatos tras la verificación de una prueba válida por el smart contract.

Algunos expertos consideran que los Optimistic Rollups son menos eficientes en la gestión de datos comparados con los ZK Rollups. En los Optimistic Rollups, todos los datos de las transacciones deben publicarse on-chain para finalizar las operaciones, lo que incrementa el volumen de datos en la blockchain principal. Los ZK Rollups solo requieren que se publiquen pruebas válidas, reduciendo considerablemente la huella de datos y los costes asociados.

Otra limitación es el posible aumento de la latencia durante periodos de alta actividad. Cuando muchos usuarios impugnan transacciones al mismo tiempo, el proceso de resolución de disputas puede saturarse y retrasar la finalización. A pesar de estos inconvenientes, los Optimistic Rollups siguen siendo populares por su simplicidad y compatibilidad con la infraestructura actual de smart contracts.

¿Qué son los Zero-Knowledge Rollups?

Los Zero-Knowledge Rollups (ZK Rollups) son protocolos que agrupan transacciones en batches para ejecutarlas fuera de la cadena principal. Para cada batch, un operador de ZK Rollup envía un resumen de los cambios requeridos tras la ejecución y además proporciona pruebas de validez que demuestran que esos cambios son correctos. Estas pruebas son mucho más ligeras que los propios datos de las transacciones, haciendo que la verificación sea más rápida y económica.

En las redes blockchain, los ZK Rollups reducen los datos a través de técnicas de compresión al registrar las transacciones como calldata, lo que disminuye las comisiones para los usuarios. Gracias a la naturaleza matemática de las pruebas de validez, la cadena principal puede verificar la corrección de los cálculos off-chain sin reejecutar todas las transacciones. Este método proporciona fuertes garantías de seguridad y una escalabilidad mucho mayor.

Los ZK Rollups emplean técnicas criptográficas avanzadas para generar pruebas que confirman la validez de las transiciones de estado. Estas pruebas se crean con algoritmos matemáticos complejos que aseguran la integridad de los datos sin revelar los detalles de la transacción. Esta combinación de privacidad y eficiencia convierte a los ZK Rollups en una solución atractiva para distintas aplicaciones blockchain.

¿Cómo validan las transacciones los ZK Rollups?

Los ZK Rollups utilizan Zero-Knowledge Proofs (ZKPs) para validar transacciones. Los ZKPs los genera una parte llamada «prover», que quiere convencer a otra parte, el «verifier», de que posee cierta información, validando la transacción sin revelar los datos reales.

El proceso funciona así:

1. Generación de prueba: El prover crea una prueba matemática que solo él puede generar, basada en el conocimiento de los datos de la transacción. Esta prueba se construye con algoritmos criptográficos que garantizan validez y unicidad.

2. Verificación de prueba: El verifier utiliza la prueba matemática para confirmar la validez de la transacción sin acceder a los datos subyacentes. El proceso de verificación es eficiente y puede ser ejecutado rápidamente por la blockchain principal.

3. Preservación de la privacidad: Es posible demostrar la validez de la información sin revelar su contenido, manteniendo la privacidad y asegurando la corrección. Esta propiedad resulta especialmente valiosa en aplicaciones que requieren confidencialidad, como transacciones financieras o verificación de identidad.

Los fundamentos matemáticos de las Zero-Knowledge Proofs garantizan que el verifier no pueda extraer información de la transacción más allá de su validez. Esta garantía criptográfica proporciona seguridad y privacidad, haciendo que los ZK Rollups sean ideales para aplicaciones donde la confidencialidad de los datos es fundamental.

Ventajas de los ZK Rollups

Los ZK Rollups pueden ofrecer un alto nivel de seguridad si se implementan correctamente. Una característica clave es el uso de pruebas de validez zero-knowledge, que aseguran que la red solo puede operar en un estado válido y que los operadores no pueden robar fondos de los usuarios ni comprometer el sistema. La naturaleza criptográfica de estas pruebas hace que sea matemáticamente imposible manipular el sistema sin ser detectado.

Otra ventaja importante es que los usuarios no necesitan monitorizar la red. Los ZK Rollups almacenan todos los datos on-chain y exigen pruebas de validez para cada transición de estado, así que los operadores no pueden cometer fraude y los usuarios no tienen que preocuparse por el comportamiento de la red. Este diseño trustless elimina la necesidad de vigilancia constante y reduce la carga sobre los usuarios.

Además, los ZK Rollups permiten a los usuarios retirar fondos a la mainnet sin necesidad de cooperar con operadores, demostrando la propiedad mediante la disponibilidad de datos. Así, los usuarios conservan siempre el control sobre sus activos, incluso si el operador del rollup es malicioso o queda inoperativo. La opción de realizar retiros forzosos supone un mecanismo de seguridad adicional para proteger los fondos.

Al igual que los Optimistic Rollups, los ZK Rollups ejecutan procesos off-chain para aumentar la velocidad de procesamiento de transacciones. Al trasladar los cálculos fuera de la cadena principal, los ZK Rollups alcanzan un rendimiento muy superior manteniendo la seguridad de la blockchain Layer 1. Esta combinación de rapidez, seguridad y eficiencia posiciona a los ZK Rollups como una solución prometedora para escalar redes blockchain.

También ofrecen finalización inmediata en los retiros, ya que las transacciones se consideran finales en cuanto la cadena principal verifica la prueba de validez. Esto elimina los periodos de espera de los Optimistic Rollups y permite a los usuarios acceder a sus fondos de forma más rápida.

Diferencias entre ZK Rollups y Optimistic Rollups

La siguiente tabla resume las diferencias clave entre Optimistic Rollups y ZK Rollups:

Mecanismo de validación: Los Optimistic Rollups presuponen la validez de las transacciones y emplean pruebas de fraude para impugnar las incorrectas durante un periodo de disputa. Los ZK Rollups utilizan pruebas criptográficas para demostrar matemáticamente la corrección de las transacciones antes de finalizarlas en la cadena principal.

Tiempo de finalización: Los Optimistic Rollups presentan tiempos de finalización más largos por el challenge period, que suele durar varios días. Los ZK Rollups ofrecen finalización inmediata tras verificar la prueba de validez, permitiendo a los usuarios acceder a sus fondos mucho más rápido.

Eficiencia de datos: Los Optimistic Rollups requieren publicar todos los datos de las transacciones on-chain para su verificación. Los ZK Rollups solo necesitan pruebas de validez compactas, reduciendo considerablemente el volumen de datos en la blockchain y los costes asociados.

Complejidad computacional: Los Optimistic Rollups son más fáciles de implementar y requieren menos potencia de cálculo para procesar transacciones. Los ZK Rollups suponen cálculos criptográficos complejos para generar pruebas de validez, lo que exige más recursos pero proporciona mayor seguridad.

Modelo de seguridad: Los Optimistic Rollups dependen de incentivos económicos y de que al menos un validador honesto impugne las transacciones fraudulentas. Los ZK Rollups ofrecen garantías de seguridad criptográficas que hacen imposible enviar transiciones de estado inválidas.

Tiempo de retiro: Los retiros en Optimistic Rollups se retrasan por el challenge period, que puede ser de una semana o más. Los retiros en ZK Rollups son inmediatos tras la verificación de la prueba de validez, brindando acceso más rápido a los fondos.

Compatibilidad: Los Optimistic Rollups suelen ser más compatibles con la infraestructura actual de smart contracts y más fáciles de integrar en los ecosistemas blockchain existentes. Los ZK Rollups pueden exigir modificaciones en los smart contracts para funcionar con sistemas zero-knowledge, aunque esto está mejorando progresivamente.

Estas diferencias muestran los compromisos entre ambos enfoques. Los Optimistic Rollups ofrecen simplicidad y facilidad de integración, mientras que los ZK Rollups proporcionan mayor seguridad y finalización más rápida a cambio de mayor complejidad computacional.

¿Cuál es el futuro de los ZK Rollups y los Optimistic Rollups?

El futuro de los ZK Rollups y los Optimistic Rollups continúa evolucionando, con gran potencial de crecimiento e innovación. A medida que crecen la adopción de criptomonedas y blockchain, los rollups tendrán un papel cada vez más relevante en la mejora de la eficiencia y escalabilidad de las redes.

Las redes blockchain experimentarán con distintas soluciones de escalabilidad, como sharding, rollups y protocolos Layer 0. También surgirán nuevas soluciones junto a las tecnologías rollup existentes. Es probable que se desarrollen enfoques híbridos que combinen las ventajas de Optimistic y ZK Rollups, aportando soluciones flexibles para casos de uso concretos.

Los avances en criptografía zero-knowledge han hecho que los ZK Rollups sean más prácticos y eficientes. A medida que maduran, es previsible una adopción más amplia de ZK Rollups gracias a su seguridad superior y finalización más rápida. Sin embargo, los Optimistic Rollups seguirán siendo relevantes, especialmente en aplicaciones donde la simplicidad y la compatibilidad con la infraestructura existente son prioritarias.

La competencia entre distintas soluciones rollup beneficiará al ecosistema blockchain fomentando la innovación y mejorando el rendimiento. A medida que avance la investigación y surjan nuevas técnicas, podría producirse una convergencia hacia diseños óptimos que equilibren seguridad, eficiencia y usabilidad.

La interoperabilidad entre distintos rollups y blockchains Layer 1 será clave para el futuro de la escalabilidad blockchain. Los proyectos enfocados en construir puentes y protocolos de comunicación entre rollups permitirán un ecosistema blockchain más conectado y eficiente.

Conclusión

Con el aumento de la demanda de criptomonedas y los desafíos para las blockchains existentes, los desarrolladores han propuesto diversas soluciones de escalabilidad. En este artículo hemos analizado las diferencias fundamentales entre dos tipos de rollups: Optimistic Rollups y ZK Rollups.

Los Optimistic Rollups suponen un enfoque más sencillo con mecanismos fraud-proof y tiempos de finalización más largos, adecuados para aplicaciones donde la facilidad de implementación es relevante. Los ZK Rollups proporcionan mayores garantías de seguridad mediante pruebas criptográficas de validez y ofrecen finalización inmediata, siendo ideales para aplicaciones que requieren confirmaciones rápidas y alta seguridad.

A medida que las tecnologías rollup se prueban y perfeccionan, es posible que un tipo destaque en ciertos casos de uso, mientras que ambos enfoques podrían coexistir para satisfacer distintas necesidades dentro del ecosistema blockchain. La adopción generalizada de los rollups puede aumentar notablemente la escalabilidad de las blockchains, permitiendo más usuarios y aplicaciones.

El éxito de estas tecnologías dependerá de su capacidad para equilibrar seguridad, eficiencia y usabilidad, cubriendo las necesidades tanto de usuarios como de desarrolladores. Conforme evolucione la tecnología, los rollups desempeñarán un papel central en la escalabilidad de las blockchains y la adopción de tecnologías descentralizadas.

FAQ

¿Cuáles son los principios básicos de Optimistic Rollup y Zero-Knowledge Rollup?

Optimistic Rollup asume la validez de las transacciones por defecto y desafía las inválidas si es necesario. Zero-Knowledge Rollup utiliza pruebas criptográficas para verificar la validez de todas las transacciones antes de su liquidación. Ambos mejoran la escalabilidad de la blockchain.

¿Cuáles son las diferencias entre Optimistic Rollup y Zero-Knowledge Rollup en velocidad y coste de transacción?

Optimistic Rollup ofrece mayor velocidad y menores costes de transacción gracias a una verificación más simple, aunque requiere un periodo de challenge. Zero-Knowledge Rollup proporciona mayor seguridad con pruebas criptográficas, pero implica menor velocidad y mayor coste computacional en la generación de pruebas.

¿Cuál es más seguro, Optimistic Rollup o Zero-Knowledge Rollup?

Zero-Knowledge Rollup es generalmente más seguro gracias al uso de pruebas criptográficas avanzadas, mientras que Optimistic Rollup depende de la detección de fraude y puede ofrecer garantías de seguridad más reducidas.

¿Cómo funciona el mecanismo fraud-proof de Optimistic Rollup?

Optimistic Rollup emplea una ventana de challenge durante la cual los compromisos de estado pueden ser impugnados antes de su finalización. Si la impugnación prospera, el compromiso se invalida y se sustituye sin revertir las transacciones. El sequencer publica raíces de estado en Ethereum para su verificación.

¿Qué ventajas y desventajas tienen los Zero-Knowledge Rollups frente a los Optimistic Rollups?

Zero-Knowledge Rollups ofrecen mayor seguridad mediante pruebas criptográficas y finalización inmediata sin periodos de challenge. Sin embargo, requieren cálculos más complejos y mayor coste de desarrollo. Optimistic Rollups son más sencillos y económicos de implementar, pero dependen de periodos de resolución de disputas para su seguridad.

¿Cuáles son los principales proyectos Optimistic Rollup?

Los proyectos Optimistic Rollup más destacados son Arbitrum, Optimism, opBNB y COMBO. Estas soluciones mejoran la eficiencia y reducen las comisiones de transacción.

¿Cuáles son los principales proyectos Zero-Knowledge Rollup?

Entre los proyectos ZK Rollup más importantes se encuentran StarkNet, zkSync, Polygon zkEVM, Aztec y Scroll. Estas soluciones utilizan pruebas zero-knowledge para aumentar la escalabilidad y el throughput de Ethereum.

¿Debo elegir Optimistic Rollup o Zero-Knowledge Rollup?

La elección depende de tus necesidades: los Optimistic Rollups son adecuados para procesamiento EVM general y menor complejidad, mientras que los Zero-Knowledge Rollups destacan en aplicaciones como pagos, ofreciendo mayor privacidad. Ten en cuenta los requisitos de tu caso de uso.