De las pruebas en tiempo real a los Rollups nativos: La etapa final del escalado de Ethereum impulsado por ZK

Autor: imToken

Nota del editor: Ethereum se dirige hacia una nueva era de escalabilidad con 10.000 TPS, y la tecnología de prueba de conocimiento cero (ZK) se está convirtiendo en una fuerza impulsora clave. Este artículo es el segundo de nuestra "Hoja de ruta de Ethereum de 10.000 TPS", centrándose en las dificultades técnicas de las pruebas en tiempo real, la lógica de participación del Prover, los desafíos de seguridad durante el cambio de L1 y cómo el "Rollup nativo" se convierte en la forma definitiva de escalabilidad ZK.

Si la ZK-ización es el punto de partida de la reconstrucción tecnológica de Ethereum, entonces la "prueba en tiempo real" y el "Rollup nativo" son los enlaces de implementación centrales de esta revolución de expansión.

En este artículo, continuaremos explorando en profundidad cómo lograr una prueba ZK en tiempo real de 12 segundos en la mainnet de Ethereum, cuál es el umbral de hardware y el mecanismo de incentivos para convertirse en un Prover, y cómo el Rollup nativo reescribirá el panorama de Ethereum L2.

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

En la hoja de ruta de Ethereum hacia los 10.000 TPS, hay un avance tecnológico indispensable: la prueba en tiempo real.

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

¿Qué significa esto? Una vez que se logre la prueba en tiempo real, Ethereum podrá incorporar su lógica de verificación de bloques en el protocolo mismo y aumentar el límite de gas casi "arbitrariamente" sin sacrificar la verificabilidad, logrando así una expansión masiva de L1 (Nota del editor: El tiempo de generación de cada bloque en la mainnet de Ethereum es de 12 segundos, por lo que "tiempo real" significa que la prueba se completa dentro de cada ciclo de bloque).

Sin embargo, para lograr la prueba en tiempo real, la tecnología zkVM por sí sola no es suficiente, y también se requieren cambios en la capa de protocolo de Ethereum.

Ladislaus de la Fundación Ethereum señaló que se espera introducir un mecanismo clave en la actualización de Glamsterdam el próximo año: "desacoplamiento de la verificación de bloques y la ejecución inmediata", que proporcionará al Prover (verificador) más tiempo para generar pruebas zkEVM dentro de una ranura completa, logrando así un procesamiento en tiempo real verdadero.

En términos de implementación técnica, Succinct ha lanzado su último zkVM SP1 Hypercube, que puede generar pruebas para el 93% de los 10.000 bloques de la mainnet en tiempo real en un clúster de 200 GPUs.

Roy expresó confianza en que podrían aumentar esta tasa de éxito al 99% para fin de año. Si bien algunos bloques difíciles aún podrían impedir que se generen pruebas en un número muy pequeño de bloques, el diseño del protocolo incorpora mecanismos de tolerancia a fallos, como permitir omitir dichos bloques y continuar con el siguiente.

Además, Ethereum está considerando reducir el tiempo de bloque de 12 segundos a 6 segundos (como otra propuesta potencial para Glamsterdam), lo que mejorará significativamente la experiencia del usuario y la velocidad de confirmación de transacciones, pero esto también ejerce presión adicional sobre el ZK Prover - para el verificador, la dificultad de la tarea se duplica.

Sin embargo, Roy no está preocupado. Después de todo, el rendimiento de la tecnología ZK puede mejorarse 10 veces cada año, por lo que puede hacer frente incluso si el tiempo de bloque se reduce a la mitad.

En junio, Linea también anunció que el 100% de las actividades en cadena en su red están cubiertas por pruebas ZK. Aunque el TPS actual de Linea es solo 2, esto no es una limitación de rendimiento, sino que está limitado por las necesidades de uso.

Vale la pena señalar que el intervalo de bloque de Linea es de solo 2 segundos, y la prueba ZK se carga en Ethereum L1 para su verificación a través de contratos inteligentes. Este modelo puede ser el precursor de la "ZKización" de la futura mainnet.

02. ¿Es alto el umbral de hardware para el prover ZK de Ethereum?

Generar pruebas ZK en tiempo real requiere potentes recursos informáticos.

Los objetivos técnicos iniciales de la Fundación Ethereum para Prover son mantener los costos de hardware por debajo de $100.000 y el consumo de energía por debajo de 10 kilovatios, aproximadamente equivalente al consumo de energía de una batería doméstica Tesla Powerwall.

Este número no suena "ligero" en absoluto. El crítico de Ethereum Justin Bons (fundador de Cyber Capital) lo llamó "requisitos de hardware locos que superan con creces los nodos validadores de Solana", pero esto en realidad confunde dos roles completamente diferentes.

Ladislaus del equipo de coordinación de protocolos de la Fundación Ethereum señaló que Prover y Validator tienen diferentes responsabilidades y no deben confundirse. Los validadores ejecutan nodos y participan en el consenso, mientras que la tarea del 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 volver a ejecutar la transacción.

Debido a esto, Ladislaus expresó optimismo: "Siempre que se pueda encontrar un prover honesto que cumpla con los requisitos de hardware, Ethereum puede seguir operando de manera segura. Deliberadamente bajamos el umbral por debajo del centro de datos. Incluso si no es una gran institución o centro de datos, cualquier desarrollador individual con capacidades técnicas puede ejecutar Prover en casa".

Actualmente, esta configuración de hardware de $100.000 es solo un objetivo inicial. La investigadora de la Fundación Ethereum, Sophia Gold, predice que el Prover convencional cumplirá con el estándar antes de la Conferencia de Desarrolladores Devconnect Argentina en noviembre de este año.

El cofundador de Succinct, Roy, espera que para principios del próximo año, el requisito de GPU se pueda reducir a aproximadamente 16 tarjetas gráficas, y el costo total se controlará entre $10.000 y $30.000.

Al mismo tiempo, Succinct ha construido una red descentralizada que consta de "cientos de provers" en la red de prueba, generando millones de pruebas en total.

La lógica central de este sistema es la prueba competitiva, es decir, todos los Provers participan en la licitación, y se selecciona un ganador en cada ronda para ejecutar la prueba zk. El objetivo es permitir que los participantes con menor tiempo y costo ganen, formando un mecanismo de licitación de potencia de cálculo.

Esto significa que en el futuro impulsado por ZK de Ethereum, el espíritu de los mineros reaparecerá en otra forma, excepto que su rol ha cambiado de calcular bloques a calcular pruebas.

03. Cambio de la mainnet a la arquitectura ZK: Una migración de sistema altamente difícil

Cambiar la mainnet L1 de Ethereum a una arquitectura de prueba de conocimiento cero (ZK) es otro desafío técnico de casi el mismo nivel después de la transición de prueba de trabajo (PoW) a prueba de participación (PoS) en 2022. Todo el proceso no solo requiere la reconstrucción de la capa de protocolo, sino también una consideración cuidadosa de varios escenarios de borde potenciales y riesgos de seguridad para prevenir interrupciones de la red.

En una conferencia EthProofs en julio, el investigador Justin Drake describió varios riesgos potenciales. Por ejemplo, un atacante malicioso podría insertar un llamado "asesino de prover" en un bloque, inutilizando el mecanismo de verificación de toda la red. Alternativamente, una caída repentina en la actividad de la red podría resultar en tarifas de transacción insuficientes para cubrir el costo de generar pruebas ZK, afectando la sostenibilidad de la red.

Ladislaus del Equipo de Coordinación de Protocolos de la Fundación Ethereum declaró que todo el proceso de transición podría llevar varios años, con especial atención a los riesgos de seguridad. La Máquina Virtual ZK (zkVM) es una tecnología compleja todavía en sus primeras etapas, y es muy probable que haya varias vulnerabilidades. Sin embargo, a medida que el ecosistema madura, su viabilidad y robustez en L1 de Ethereum se pueden mejorar gradualmente mediante la introducción de diversos sistemas de prueba (diversidad de pruebas), mecanismos de incentivos mejorados y verificación formal.

Al mismo tiempo, Ethereum también planea reestructurar fundamentalmente su capa de consenso, es decir, construir una nueva estructura llamada "Beam Chain". El objetivo es ser optimizado para ZK y amigable desde el principio del diseño. Drake incluso dijo que en el futuro, todo el trabajo de verificación de datos de Ethereum podrá completarse en la CPU de una laptop ordinaria.

04. "Snarkización" de la mainnet: El Rollup nativo está llegando

Mientras la mainnet de Ethereum está integrando zkEVM, otra visión a largo plazo está emergiendo gradualmente: Rollup nativo.

Los Rollups actuales (ya sean de tipo Optimistic o ZK) utilizan un sistema de prueba independiente, cuya seguridad depende de su propio mecanismo de validador o clasificador, y existen ciertas suposiciones de confianza entre ellos y la mainnet de Ethereum.

La visión del "Rollup nativo" es completamente diferente: al integrar zkEVM en la mainnet, los validadores L1 de Ethereum pueden verificar directamente la prueba de transición de estado del Rollup, realizando así un L2 que es verdaderamente verificado y asegurado por la mainnet.

Esto requiere agregar un código clave "execute precompile" al cliente L1 de Ethereum, permitiendo a los validadores verificar directamente la prueba de transferencia de estado ZK generada por L2. Como dijo Ladislaus, el coordinador de protocolo de la Fundación Ethereum, "los validadores L1 consumirán las pruebas de ejecución de estos Rollups 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 Rollup nativo, su liquidación final y seguridad estarán garantizadas por el mismo grupo de validadores de Ethereum, y el nivel de confianza será exactamente el mismo.

Esto significa que depositar $10 millones en un Rollup nativo será tan seguro como depositarlos directamente en la mainnet de Ethereum.

Declan Fox, líder del proyecto Linea, dijo que su objetivo a largo plazo es convertirse en un Rollup nativo. Él cree que esta es una "versión mejorada" de la solución de fragmentación de ETH 2.0: ya no ejecutar rígidamente 64 cadenas de fragmentos con la misma estructura, sino construir un sistema de Rollup heterogéneo de manera altamente programable y personalizable para servir diferentes escenarios y necesidades de usuario.

A diferencia de la arquitectura de fragmentación homogénea de ETH 2.0 en el pasado, el Rollup nativo puede ser heterogéneo, proporcionando a los usuarios finales una experiencia de aplicación más diversa y diferenciada.

Aunque el Rollup nativo aún no se ha incluido oficialmente en la hoja de ruta de Ethereum, con el lanzamiento oficial de zkEVM y la reconstrucción gradual de la arquitectura L1, preestablecer interfaces y lógica precompilada para ello se ha convertido claramente en una tendencia tecnológica previsible.

Ladislaus concluyó: "Ethereum tiene un alto grado de sinergia técnica entre Snarkificar el EVM (es decir, integrar capacidades de prueba ZK) y promover Rollups nativos, ya que ambos comparten la pila tecnológica ZK subyacente". Por supuesto, este proceso aún necesita pasar por la gobernanza de la comunidad de Ethereum, formar una EIP (Propuesta de Mejora de Ethereum) y, en última instancia, implementarse en un hard fork.

Si todo va bien y somos optimistas, la EIP relevante puede presentarse a finales de año y lanzarse en el fork después de la actualización de Glamsterdam.

Sin embargo, este cronograma sigue siendo muy incierto y debe verse con precaución.