Polygon ZK Rollups: todo lo que necesitas saber

Polygon (anteriormente MATIC Network) es una startup de Web3 que construye productos para escalar Ethereum y fomentar la adopción masiva.

El producto principal de la empresa, la sidechain de proof of stake (PoS) de Polygon, se ha convertido en una alternativa popular a Ethereum debido a sus bajas comisiones y transacciones más rápidas.

Actualmente, Polygon está desarrollando un conjunto de zero-knowledge rollups (ZK rollups) para aumentar el throughput de Ethereum sin sacrificar la descentralización ni la seguridad. Los ZK rollups procesan transacciones fuera de la cadena y reducen el cómputo en la capa base para lograr escalabilidad.

Esta guía explicará cómo funcionan los ZK rollups de Polygon y qué beneficios ofrecen. También veremos las distintas soluciones de ZK rollup de Polygon y las compararemos con los ZK rollups existentes.

¿Qué es un ZK rollup de Polygon?

Un zero-knowledge rollup de Polygon es una solución de escalabilidad que agrupa múltiples transacciones fuera de la cadena en una sola transacción on-chain. El esquema de ZK rollup de Polygon elimina la necesidad de que los mineros en Ethereum Mainnet verifiquen transacciones individuales, generando una prueba de validez (o prueba de conocimiento cero) para cada rollup.

Debido a que las pruebas de validez son demostrables matemáticamente, la red de Ethereum puede verificar la autenticidad de las transacciones agrupadas sin necesidad de confianza. Esto mejora la seguridad de los rollups, ya que la actividad maliciosa es mucho más difícil de llevar a cabo.

Más importante aún, las pruebas de validez (o pruebas de conocimiento cero) permiten la confirmación inmediata de las transacciones del rollup en la cadena principal. Los usuarios pueden mover fondos sin fricciones entre el rollup y la blockchain base (Ethereum) sin experimentar demoras.

En contraste, los Optimistic rollups (usados por Optimism y Arbitrum) imponen un período de espera antes de que los usuarios puedan retirar fondos. Esto limita la eficiencia de los rollups y reduce el valor para los usuarios.

La red de Polygon ha reiterado previamente su compromiso de escalar Ethereum mediante ZK rollups y planea invertir más de $1,000 millones en tecnología de conocimiento cero. Al menos cuatro productos en el stack de Polygon se basan en ZK rollups, incluyendo Zero, Hermez, Miden y Nightfall.

En la siguiente sección, revisamos cada solución de ZK rollup de Polygon y explicamos qué ofrece.

¿Qué es Polygon zero?

Polygon Zero es una solución de ZK rollup diseñada específicamente para reducir el costo computacional de generar pruebas de validez. Si bien los ZK rollups pueden aumentar la escalabilidad, su funcionalidad está limitada debido al proceso de generación de pruebas, que consume mucho tiempo y es costoso.

Polygon Zero resuelve este problema usando "pruebas recursivas", que son más rápidas que los sistemas de prover existentes. Estas pruebas recursivas provienen de Plonky2, un mecanismo de prueba desarrollado por el equipo detrás de Mir Protocol.

Mir Protocol era un proyecto que exploraba pruebas ZK recursivas para escalar aplicaciones descentralizadas hasta que el equipo fue adquirido por Polygon. El equipo principal de Mir Protocol continuó trabajando en pruebas escalables, lo que llevó al lanzamiento de Plonky2 a principios de enero de 2022.

Los sistemas de pruebas recursivas funcionan de manera distinta a los mecanismos de prover de ZK existentes. Con los proyectos existentes, la idea es generar pruebas un lote de transacciones a la vez. Sin embargo, esto puede tomar mucho tiempo.

Polygon Zero adopta un enfoque diferente al generar pruebas simultáneamente para cada transacción del lote. Luego, la máquina agrega múltiples pruebas de transacciones en una sola prueba que se envía a la red de Ethereum.

Este mecanismo reduce significativamente el esfuerzo que toma generar pruebas de validez confiables para los rollups de transacciones. Plonky2 de Polygon Zero puede generar una prueba recursiva en 0.17 segundos, lo que lo convierte posiblemente en el esquema de generación de pruebas ZK más rápido hoy en día.

Polygon Zero está diseñado para ser compatible con la Ethereum Virtual Machine (EVM) y puede agrupar hasta 3,000 transacciones por bloque. Aunque Polygon Zero aún no está en producción, más avances en la investigación de criptografía podrían posicionarlo como el proyecto de ZK rollup dominante en el ecosistema de Ethereum.

¿Qué es Polygon hermez?

Polygon Hermez es un proyecto de ZK rollup cuyo objetivo principal es la descentralización, y según se dice es el único ZK rollup descentralizado que opera sobre la red de Ethereum.

La red Hermez usa un algoritmo de consenso novedoso, llamado proof of efficiency (PoE), para garantizar la descentralización y la seguridad de la red. Este sistema consiste en Sequencers y Aggregators, quienes en conjunto garantizan el funcionamiento del rollup. Los Sequencers aceptan transacciones y las incluyen en un lote, mientras que los Aggregators generan pruebas ZK que se envían a Ethereum.

En el sistema PoE, cualquiera puede convertirse en Sequencer o Aggregator, y existen incentivos criptoeconómicos integrados para fomentar el comportamiento honesto. Esto protege a Polygon Hermez de los problemas de centralización que afectan a otros ZK rollups, y también reduce las posibilidades de actividad maliciosa en la red.

El protocolo Hermez logra un throughput considerable utilizando tecnología de conocimiento cero probada. Puede incluir hasta 2,000 transacciones en un lote y genera pruebas SNARK (Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) para confirmar la validez de las transacciones en cada rollup.

Polygon hermez 2.0

Aunque Polygon Hermez ha estado activo desde 2021, su uso se ha mantenido bajo. Hermez carece de compatibilidad con EVM, por lo que su funcionalidad se limita a transferencias simples de tokens e intercambios atómicos.

Pero Polygon ha anunciado planes para llevar la compatibilidad con EVM a Hermez en el futuro. El proyecto, llamado "Hermez 2.0", incluirá la introducción de una zero-knowledge EVM (zkEVM) que combina el ZK rollup existente con una implementación de EVM.

Con Hermez 2.0, Polygon puede cumplir su promesa de escalar Ethereum mediante ZK rollups. El equipo de Polygon Hermez ya planea usar instrucciones de máquina (opcodes) nativas de EVM. Esto facilitará que los proyectos porten aplicaciones basadas en Ethereum a Polygon Hermez o lancen aplicaciones compatibles con EVM directamente en el rollup.

¿Qué es Polygon miden?

Polygon Miden es un ZK rollup de propósito general basado en STARK, con compatibilidad con EVM. STARK (Scalable Transparent Argument of Knowledge) es un tipo de prueba criptográfica con similitudes al sistema SNARK, más popular.

Algunos consideran que los ZK-STARKs son mejores que los ZK-SNARKs porque los primeros no necesitan una configuración de confianza (trusted setup) y pueden resistir ataques de computación cuántica. La desventaja es que los STARKs requieren pruebas más grandes, lo que los hace más costosos de usar.

Como ZK rollup compatible con EVM, Polygon Miden es bastante único. Otros ZK rollups basados en STARK (destacando StarkNet) no pueden soportar contratos inteligentes de Solidity, lo que limita su valor para los usuarios de Ethereum.

Polygon Miden se apoya en la Miden Virtual Machine (VM) para ejecutar lógica arbitraria y correr contratos inteligentes. Los desarrolladores pueden compilar fácilmente código escrito en Solidity o Vyper a Miden Assembly, el lenguaje usado para programar instrucciones de máquina en la Miden VM.

Polygon Miden puede procesar hasta 5,000 transacciones en un solo bloque, con nuevos bloques producidos cada cinco segundos. Aunque este ZK rollup existe por ahora solo como prototipo, se espera que aumente el throughput a más de 1,000 transacciones por segundo (TPS) al lanzamiento.

¿Qué es Polygon nightfall?

Polygon Nightfall es una solución de rollup empresarial desarrollada para facilitar transacciones privadas para instituciones, que se lanzó en Ethereum Mainnet el 17 de mayo de 2022. El proyecto es resultado de una colaboración entre Polygon Technology y el gigante corporativo Ernst & Young (EY).

Polygon Nightfall usa un diseño de rollup único que combina Optimistic rollups y criptografía de conocimiento cero. El uso de Optimistic rollups reduce los costos de transacción, mientras que la tecnología ZK protege las transacciones de miradas indiscretas.

Para empresas a gran escala que buscan transacciones blockchain escalables y privadas, Polygon Nightfall ofrece un caso de uso convincente.

Nightfall todavía está en producción, aunque el equipo de Polygon anunció recientemente el lanzamiento de una versión beta en Ethereum Mainnet. La arquitectura del ZK rollup se apoya en los siguientes componentes:

Nightfall contracts

Los Nightfall Contracts son contratos inteligentes que rigen la actividad en la cadena L2. También administran el sistema de Block Proposers y son responsables de seleccionar, rotar y expulsar Block Proposers.

Block proposers

Son nodos responsables de validar y agrupar transacciones en lotes, para luego enviarlas a la blockchain L1.

Challengers

Los Challengers son nodos seleccionados para garantizar el comportamiento honesto de los Block Proposers. Pueden crear pruebas de fraude y enviarlas on-chain para impugnar bloques inválidos.

Liquidity providers

Los Liquidity Providers (LPs) monitorean la cadena L2 y proveen liquidez a los usuarios que desean retirar fondos hacia Ethereum. Los LPs son fundamentales para el funcionamiento de Polygon Nightfall, ya que resuelven el problema de los retiros retrasados que afecta a otros sistemas de Optimistic rollup.

Polygon Nightfall facilita el intercambio seguro y con protección de privacidad de tokens ERC-20, ERC-1155 y ERC-777. Con una tasa estimada de 100 TPS, Nightfall funciona bien para clientes empresariales que desean realizar transacciones rápidas y privadas en Ethereum.

¿En qué se diferencian los ZK rollups de Polygon de otros zero-knowledge rollups?

Los ZK rollups de Polygon se diferencian de otros diseños de zero-knowledge rollup en cuanto a velocidad, costo y capacidad de soportar cómputo compatible con EVM.

Los ZK rollups de Polygon son más rápidos

Una desventaja asociada con los ZK rollups tradicionales, como StarkNet o zkSync, es el costo computacional de generar pruebas de validez. A menudo, las ineficiencias en los mecanismos de prueba contrarrestan los beneficios de los ZK rollups.

Por el contrario, los ZK rollups de Polygon están diseñados para reducir el costo computacional de crear pruebas. Uno de los ZK rollups de Polygon, Polygon Zero (usando Plonky2), puede generar pruebas ZK recursivas en 170 milisegundos.

Los ZK rollups de Polygon son compatibles con EVM

Si bien zkSync lanzó recientemente una implementación de zero-knowledge EVM, la mayoría de los ZK rollups son incompatibles con Ethereum. Por ejemplo, usar StarkNet requiere aprender Cairo, un lenguaje Turing-completo para ejecutar programas en el StarkNet OS.

La implicación es que estos sistemas no pueden extender las capacidades de Ethereum como lo hacen los ZK rollups de Polygon. Los usuarios no pueden acceder a aplicaciones basadas en Ethereum en dichos ZK rollups, mientras que los desarrolladores no pueden aprovechar eficazmente los efectos de red de Ethereum.

Los ZK rollups de Polygon son más económicos de usar

El stack de zero-knowledge rollups de Polygon está diseñado para minimizar los costos involucrados en el uso de L2s. Los ZK rollups suelen recibir críticas porque generar pruebas de validez requiere hardware especializado y costoso, cuyo costo se traslada a los usuarios.

Los ZK rollups de Polygon, como Polygon Zero, buscan simplificar los esquemas de prueba, lo que permitiría que incluso dispositivos de menor capacidad puedan participar. Por ejemplo, las pruebas de generación de Plonky2 se realizaron en una PC de nivel de consumidor.

Además, los ZK rollups de Polygon ofrecen tamaños de prueba más pequeños que otros mecanismos de prover de ZK. Plonky2, mencionado anteriormente, puede generar pruebas de tan solo 45kb. Esto no solo elimina la centralización de hardware, sino que reduce la carga de costos para los usuarios finales.

¿Por qué son importantes los ZK rollups de Polygon?

Los ZK rollups de Polygon son importantes por su escalabilidad, menores comisiones de transacción y seguridad.

1. Escalabilidad

Los zero-knowledge rollups son una parte importante del esfuerzo por escalar Ethereum sin comprometer la descentralización ni la seguridad. Los ZK rollups, como Polygon Zero y Polygon Hermez, pueden aumentar el throughput a miles de transacciones por segundo.

2. Bajas comisiones de transacción

Las comisiones de gas exorbitantes han sido el principal obstáculo para los usuarios de Ethereum. Al sacar las transacciones de la cadena principal y descongestionar la red, los ZK rollups de Polygon pueden reducir considerablemente las comisiones de transacción de Ethereum.

3. Seguridad

Los ZK rollups se basan en criptografía sólida y tienen un umbral de seguridad más alto que otros diseños de rollup. En lugar de depender de incentivos económicos o supuestos de confianza, como los Optimistic rollups, los ZK rollups dependen de garantías criptográficas para asegurar la seguridad de la red.

Los ZK rollups de Polygon publican los datos de las transacciones en Ethereum, por lo que los usuarios pueden confiar en que Ethereum haga cumplir las transacciones realizadas en la cadena Layer 2 (L2). Por esta razón, los ZK rollups se encuentran entre las soluciones más preferidas para los problemas de escalabilidad de Ethereum.

4. Innovación

Las limitaciones de Ethereum en cuanto a escalabilidad pueden restringir lo que los desarrolladores pueden lograr. Con las ganancias en capacidad de procesamiento derivadas de la implementación de los ZK rollups de Polygon, es probable que los desarrolladores de Ethereum encuentren nuevos casos de uso y se expandan hacia nuevas áreas.

Conclusión

Los zero-knowledge rollups están entre las soluciones más elogiadas para los problemas de escalabilidad de Ethereum. Con el compromiso de Polygon de integrar ZK rollups, aumenta la posibilidad de escalar Ethereum.

Los ZK rollups de Polygon tienen el potencial de aumentar masivamente las capacidades de procesamiento de Ethereum y de impulsar la adopción masiva. Alchemy está comprometido con escalar Ethereum y ofrece soporte para desarrolladores que construyen en Polygon.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un ZK rollup de Polygon?

Un zero-knowledge rollup de Polygon es una solución de escalabilidad que agrupa múltiples transacciones fuera de la cadena en una sola transacción on-chain, utilizando pruebas de validez para permitir una verificación sin confianza sin sacrificar la seguridad ni la descentralización.

¿En qué se diferencian los ZK rollups de Polygon de otros ZK rollups?

Los ZK rollups de Polygon ofrecen una generación de pruebas más rápida (alrededor de 170 milisegundos), tamaños de prueba más pequeños (45KB), compatibilidad con EVM para facilitar la migración de aplicaciones de Ethereum, y costos más bajos gracias a requisitos de hardware de nivel de consumidor.

¿Qué es Polygon zero y cómo funciona?

Polygon Zero es una solución de ZK rollup que usa pruebas recursivas de Plonky2 para reducir los costos computacionales, generando pruebas de validez en 0.17 segundos y agrupando hasta 3,000 transacciones por bloque con compatibilidad total con EVM.

¿Qué hace único a Polygon hermez entre los ZK rollups?

Polygon Hermez es el único ZK rollup descentralizado que opera en Ethereum, usando un sistema de consenso Proof-of-Efficiency donde cualquiera puede convertirse en Sequencer o Aggregator, soportando hasta 2,000 transacciones por lote.

¿Cómo se comparan los ZK rollups de Polygon con los optimistic rollups?

Los ZK rollups de Polygon ofrecen finalidad inmediata de las transacciones mediante pruebas de validez criptográficas, mientras que los Optimistic rollups requieren períodos de espera y dependen de incentivos económicos en lugar de garantías matemáticas para la seguridad.

¿Qué es Polygon miden?

Polygon Miden es un ZK rollup basado en STARK y compatible con EVM que puede procesar hasta 5,000 transacciones por bloque cada cinco segundos, apuntando a más de 1,000 TPS en su lanzamiento usando la Miden Virtual Machine.

¿Qué beneficios ofrecen los ZK rollups de Polygon para la escalabilidad de Ethereum?

Aumentan el throughput a miles de transacciones por segundo, reducen significativamente las comisiones de gas, mantienen un alto nivel de seguridad mediante pruebas criptográficas, y publican los datos de las transacciones en Ethereum para heredar su protección.

¿Para qué está diseñado Polygon nightfall?

Polygon Nightfall es una solución de rollup empresarial que combina Optimistic rollups y criptografía de conocimiento cero para facilitar transacciones privadas para instituciones, soportando tokens ERC-20, ERC-1155 y ERC-777 con aproximadamente 100 TPS.