Cómo funcionan los optimistic rollups (la guía completa)

Considerada alguna vez una idea marginal, Ethereum —la primera plataforma de contratos inteligentes del mundo— ha crecido considerablemente con los años, y ahora aloja casi 3,000 aplicaciones descentralizadas, más de 4,000 contratos inteligentes, y más de 90,000 transacciones diarias.

Pero el aumento de actividad en Ethereum ha tenido un costo: la escalabilidad.

Los límites en el tamaño de los bloques y en los tiempos de bloque, aunque necesarios para la descentralización y la seguridad, reducen la capacidad de Ethereum para escalar y aceptar más usuarios. El resultado es un conjunto de problemas que la mayoría de los usuarios de Ethereum conocen bien: comisiones de gas altas y transacciones lentas.

Escalar Ethereum de forma segura requiere aumentar su capacidad de throughput y latencia en la red sin introducir supuestos de confianza. Esto es lo que varias soluciones de escalado, como los rollups y sidechains de capa 2, intentan lograr.

Este artículo explora los Optimistic Rollups (ORUs), una clase de soluciones de rollup L2 diseñadas para que usar Ethereum sea más barato y rápido.

¿Qué son los optimistic rollups?

‍Los optimistic rollups son una construcción de capa 2 (L2) que mejora el throughput y la latencia en la capa base de Ethereum al mover el cómputo y el almacenamiento de datos fuera de la cadena. Un optimistic rollup procesa transacciones fuera de Ethereum Mainnet, reduciendo la congestión en la capa base y mejorando la escalabilidad.

La etiqueta "optimistic" señala una característica distintiva de los optimistic rollups: publican poca información sobre las transacciones on-chain y asumen automáticamente que todas las transacciones son válidas. Se llaman "rollups" porque agrupan ("roll up") miles de transacciones en lotes antes de enviarlas a Mainnet.

La arquitectura de un optimistic rollup

1. Ingresar al optimistic rollup

Los optimistic rollups usan contratos inteligentes desplegados en Ethereum para gestionar la interacción entre la cadena L2 y la blockchain L1 (Ethereum). Los usuarios del rollup deben depositar fondos en uno de estos contratos inteligentes antes de obtener un monto equivalente desbloqueado en el rollup.

Un tercero, conocido como sequencer, acredita al usuario con fondos en el rollup después de recibir prueba del depósito de este último en el contrato del rollup. Luego, el usuario queda libre para transaccionar en el rollup hasta agotar su saldo.

2. Usar el optimistic rollup

En el rollup, los usuarios firman transacciones y las envían al sequencer, quien es responsable de ordenarlas y ejecutarlas. El sequencer verifica las transacciones, comprime los datos en un bloque, y envía el lote a Ethereum como una sola transacción.

Esta es otra área donde entra en juego el contrato del rollup. El contrato on-chain almacena una "raíz de estado" ("state root"), que es una raíz de Merkle del estado del rollup. Veamos esto con más detalle:

Estado

Estado es un concepto que se refiere a la información disponible sobre una red en un momento específico. El "estado del rollup" describe la condición actual de la cadena L2 y especifica detalles como cuentas existentes, saldos, contratos inteligentes, etc.

Cada transacción realizada en el rollup provoca un cambio en su estado; por ejemplo, los saldos de Alice disminuirán después de que envíe 5 ETH a Bob. Por eso, las transacciones se denominan transiciones de estado, ya que el rollup pasa de un estado antiguo a un estado nuevo después de ejecutar una transacción.

Raíz de Merkle

Una raíz de Merkle permite a los usuarios codificar grandes cantidades de información usando hashes criptográficos. Las raíces de Merkle también facilitan verificar si un dato (por ejemplo, una transacción) forma parte de un conjunto de datos más grande (por ejemplo, un lote de transacciones).

Por lo tanto, la "raíz de estado" almacenada en el contrato del rollup es un compromiso criptográfico que verifica el estado del rollup en distintos momentos. Cuando un sequencer envía un lote de transacciones al contrato del rollup, debe incluir una raíz de estado previa y una raíz de estado posterior.

1. Raíz de estado previa (pre-state root): La raíz de estado antigua, que describe la condición del rollup antes de que se ejecutaran las transacciones enviadas.

2. Raíz de estado posterior (post-state root): La nueva raíz de estado, que describe la condición del rollup después de que se ejecutaron las transacciones enviadas.

Una vez que el sequencer envía el lote, el contrato verifica que la raíz de estado previa coincida con la raíz de estado existente. Si ambas coinciden, el contrato descarta la raíz de estado antigua y almacena la nueva raíz de estado propuesta por el sequencer.

Esto significa que las transacciones referenciadas en la raíz de estado posterior se vuelven finales y no pueden revertirse. Cabe notar que el sequencer no tiene que enviar prueba de la validez de las transacciones agrupadas.

La única vez que se requiere una prueba es si un verificador reporta una transacción de rollup fraudulenta mediante una prueba de fraude. Explicaremos el mecanismo de una prueba de fraude más adelante en este artículo.

3. Salir del optimistic rollup

Supongamos que Alice (la usuaria) ya tuvo suficiente de este negocio de rollups y quiere retirar sus fondos del contrato del rollup en Ethereum Mainnet. Para hacer esto, necesita una prueba de Merkle que —sí, lo adivinaste— demuestre que su transacción está incluida en la raíz de estado del rollup.

Construir la prueba de Merkle requiere tener acceso a los datos de la transacción original, que se espera que proporcione el sequencer. Si todo sale bien, Alice obtiene los datos, crea la prueba de Merkle, y la envía al contrato del rollup.

Pero depender del sequencer para obtener los datos de la transacción introduce supuestos de confianza. Un sequencer podría actuar de mala fe, ejecutar una transacción que transfiera el token de Alice a su propia wallet, y negarle los datos que necesita para probar la propiedad de los fondos. Incluso algo menos malicioso, como que un sequencer quede fuera de línea, puede amenazar la descentralización y seguridad de los optimistic rollups.

Los optimistic rollups resuelven este problema exigiendo a los sequencers que publiquen los datos completos de la transacción en la capa de ejecución principal de Ethereum. Esta información se publica en Ethereum Mainnet como "calldata", que es más barato que almacenarla en la memoria o el almacenamiento de la Ethereum Virtual Machine (lo cual reduce aún más las comisiones del rollup).

Esto logra dos objetivos:

1. Si un sequencer queda fuera de línea, otro sequencer puede usar los datos de la transacción para reconstruir el estado del rollup y continuar produciendo bloques.

2. Alice (la usuaria) puede descargar los datos ella misma y usarlos para crear una prueba de Merkle.

El uso de disponibilidad de datos on-chain es lo que hace que los optimistic rollups sean considerablemente más seguros que otras soluciones de escalado. Con los datos de las transacciones almacenados en Ethereum, los fondos de los usuarios siempre están seguros, mientras Ethereum siga operativo.

Así, de una forma u otra, Alice logra crear una prueba de Merkle para probar la propiedad de los fondos. Sin embargo, debe esperar a que transcurra el período de disputa antes de retirar sus fondos. En los optimistic rollups, el período de disputa es un intervalo de 1 a 2 semanas entre el envío de una solicitud de retiro y la obtención de los fondos solicitados.

Durante este período, cualquiera puede publicar una prueba de fraude alegando que una transacción determinada, o un lote de transacciones, es inválido. Si la prueba de fraude tiene éxito, se penaliza (slashing) el bono del sequencer (proporcionado como garantía de comportamiento honesto), los "fondos" de Alice se revierten, y el "denunciante" (llamado verificador) es recompensado por su esfuerzo.

Si nadie impugna la solicitud de retiro de Alice, entonces ella puede obtener sus fondos del contrato del rollup después de 1 a 2 semanas.

¿Qué es una prueba de fraude?

Una prueba de fraude es una afirmación de que una transición de estado (es decir, una transacción) es inválida y que, en consecuencia, todo el lote debe revertirse. Aunque son complejas, las pruebas de fraude dependen en gran medida de las raíces de estado (mencionadas antes) para funcionar.

El proceso comienza cuando una parte (verificador) detecta una discrepancia entre el estado del rollup referenciado en la raíz de estado en la cadena L1 y el estado real de la cadena del rollup.

Un ejemplo sería que el sequencer envíe una raíz de estado posterior que reduzca los saldos de Alice en 5 ETH y aumente el saldo de Bob en la misma cantidad, aunque Alice nunca realizó una transferencia.

El verificador puede "impugnar" esta transición de estado y demostrar su invalidez. Esto es posible porque el verificador descarga los datos de cada transacción, los aplica a su propia copia del estado del rollup, y calcula la raíz de estado posterior.

Si la raíz de estado posterior del sequencer coincide con la del verificador, no pasa nada. Sin embargo, si la raíz de estado posterior del sequencer es diferente —probablemente porque incluye una transacción falsa, como la del caso de Alice—, entonces el verificador puede activar un cálculo de prueba de fraude.

¿Cómo funcionan las pruebas de fraude?

Aquí una descripción general del proceso de prueba de fraude:

1. El verificador inicia una impugnación y proporciona la siguiente información:

   a. La transición de estado en disputa

   b. La raíz de estado previa

   c. Los datos de estado del rollup

   d. Su versión de la raíz de estado posterior.

   2. La transacción se reproduce en un entorno aislado (sandbox) en la cadena L1 usando, entre otras cosas, la información proporcionada por el impugnador.

Este "entorno aislado" es un contrato inteligente que se ejecuta en Ethereum, el cual funciona además como una máquina virtual (VM).

3. Si el cálculo resulta en una raíz de estado posterior que coincide con la del impugnador, entonces sabemos que el sequencer efectivamente publicó un lote con una transición de estado inválida.

El lote inválido (y otros) publicados después serán revertidos, restaurando el rollup a su estado anterior.

Cabe señalar que el mecanismo de prueba de fraude es más complicado de lo descrito aquí.

Este artículo sobre pruebas de fraude en rollups puede brindar contexto adicional.

¿Cuál es la diferencia entre las pruebas de fraude y las pruebas de validez?

Una prueba de fraude se diferencia de una prueba de validez principalmente porque se calcula on-chain. Las pruebas de validez (también llamadas pruebas de conocimiento cero) se calculan off-chain (es decir, en el rollup) y se verifican en Ethereum.

Como se explica en nuestro artículo comparando distintos tipos de pruebas de conocimiento cero, una prueba de validez, como un SNARK o un STARK, se usa para demostrar la validez de las transacciones realizadas off-chain. Esta es la base de un zero-knowledge rollup.

En un ZK-rollup, se produce una prueba de validez para cada lote usando los datos de las transacciones como entradas. Esta prueba de validez se envía junto con el lote a Ethereum Mainnet y se verifica mediante un contrato on-chain. Esto significa que las transacciones pueden declararse válidas de inmediato, sin esperar una impugnación (como en los optimistic rollups).

Otra diferencia entre las pruebas de fraude y las pruebas ZK es que estas últimas son algo más fáciles de verificar on-chain. Todo lo que el contrato inteligente necesita hacer es ejecutar la prueba de validez para determinar la validez de las transacciones agrupadas. Con una prueba de fraude, se debe reproducir toda la transición de estado antes de completar el cálculo de la prueba de fraude.

¿Cuáles son las diferencias entre optimistic rollups y zk rollups?

La diferencia principal entre los optimistic rollups y los ZK rollups proviene del soporte de los primeros para contratos inteligentes, los retiros retrasados, la dependencia de incentivos criptoeconómicos, y las propiedades de seguridad.

Aquí una comparación detallada entre optimistic rollups y ZK rollups:

¿Cuáles son las principales blockchains de optimistic rollup?

Las principales blockchains de optimistic rollup son Arbitrum, Optimism, Metis Andromeda, y Boba Network en términos de Total Value Locked (TVL). A continuación, una descripción general de los distintos optimistic rollups (ORUs):

1. Arbitrum

Arbitrum es un proyecto de optimistic rollup diseñado para mejorar los costos y la velocidad de las transacciones de los usuarios de Ethereum, moviendo el cómputo y el almacenamiento de datos fuera de la cadena. La Arbitrum Virtual Machine (AVM) soporta contratos inteligentes compatibles con EVM, lo que permite a los usuarios usar sus aplicaciones favoritas por una fracción de los costos de Ethereum.

2. Optimism

Optimism es una cadena optimistic rollup compatible con EVM que aprovecha las garantías de seguridad de Ethereum. Optimism usa una construcción de optimistic rollup (OR) para agrupar miles de transacciones off-chain y ahorrarles comisiones de gas a los usuarios.

3. Metis andromeda

Metis Andromeda es un protocolo L2 escalable, de bajo costo y funcional, basado en optimistic rollups. El stack único de Metis Andromeda puede aplicarse a distintos casos de uso, incluyendo apps, DAOs, y DeFi.

4. Boba network

Boba Network es un L2 de Ethereum que escala el throughput con diseños de optimistic rollup. Boba Network ofrece un servicio de Liquidity Provider (LP) que permite a los usuarios retirar fondos de inmediato sin esperar a que transcurra un período de impugnación de siete días.

¿Qué blockchains o proyectos de optimistic rollup tienen tokens?

Los siguientes proyectos de optimistic rollup tienen tokens:

• Optimism (OP)
• Boba Network (BOBA)
• Metis Andromeda (METIS)

Herramientas para optimistic rollups

Los optimistic rollups son soluciones útiles para escalar aplicaciones e interactuar con contratos inteligentes de forma más rentable y eficiente. Pero primero, necesitarás varias herramientas para usar los optimistic rollups de forma fácil y segura.

Aquí varias herramientas de optimistic rollup para desarrolladores y usuarios finales:

Puentes cross-chain hacia blockchains de capa 2 optimistic

Aunque los optimistic rollups están construidos sobre la capa base de Ethereum, los activos en ambas cadenas no son nativamente compatibles. Sin embargo, puedes transferir fondos de una cadena L1, como Ethereum, a un optimistic rollup usando puentes cross-chain:

Aquí ejemplos de puentes que conectan cadenas L1 con distintos rollups L2:

Puentes hacia y desde Arbitrum

• Arbitrum Token Bridge
• cBridge
• Hop Protocol
• Synapse Protocol
• Anyway Bridge
• DeGate Bridge

Puentes hacia y desde Optimism

• Connext
• Celer Bridge
• Li.Fi
• Optimism Bridge
• Poly Network
• Via Protocol
• Synapse Protocol
• Across

Puentes hacia y desde metis andromeda

• Metis Bridge
• cBridge
• AnySwap
• Synapse Protocol

Puentes hacia y desde boba network

• Across
• Boba Standard Token Bridge/Fast Token Bridge
• cBridge
• Synapse Protocol

Testnets de optimistic rollup

Un testnet es una red blockchain pública que simula el comportamiento de una red principal asociada (Mainnet). Los testnets no usan fondos reales, a diferencia de una blockchain real, lo que permite a los desarrolladores desplegar y probar contratos inteligentes con un riesgo mínimo.

Algunos optimistic rollups tienen versiones de testnets de Ethereum, como Rinkeby, que puedes usar para probar tu dApp:

1. Optimism Ethereum Kovan Testnet

El Optimistic Ethereum Kovan Testnet es una cadena optimistic rollup compatible con EVM diseñada para fines de prueba. Al igual que Optimism en Ethereum Mainnet, el Optimistic Ethereum Kovan Testnet está diseñado para transacciones más rápidas y económicas que las que se pueden obtener en L1.

2. Arbitrum Rinkeby Testnet

Offchain Labs, el equipo detrás de Arbitrum, lanzó una cadena de rollup equivalente a EVM en la red Rinkeby. El Arbitrum Rinkeby testnet permite a los desarrolladores desplegar contratos inteligentes en Solidity en el rollup de Arbitrum sin descargar software. También incluye un explorador de blockchain y un puente para mover tokens ERC-20/ERC-721.

3. Boba network Rinkeby Testnet

Boba Network es otro proyecto con una cadena de rollup compatible con EVM en el testnet Rinkeby. Puedes solicitar ETH de testnet con el faucet de Rinkeby de Alchemy para crear o probar tus contratos inteligentes.

Conclusión

Los optimistic rollups son una parte importante de los esfuerzos por escalar Ethereum usando arquitectura de capa 2. Los optimistic rollups se construyen sobre la seguridad y descentralización de Ethereum, mientras ofrecen comisiones más baratas y transacciones más rápidas.

Alchemy soporta dos proyectos líderes basados en optimistic rollups, Arbitrum y Optimism. Regístrate gratis hoy y descubre cómo puedes escalar tu dApp con optimistic rollups basados en Ethereum.

Preguntas frecuentes

¿Qué son los optimistic rollups?

Los optimistic rollups son soluciones de escalado de capa 2 que mejoran el throughput y la latencia de Ethereum al mover el cómputo y el almacenamiento de datos fuera de la cadena, asumiendo que todas las transacciones son válidas a menos que se impugnen.

¿Cómo se depositan fondos en un optimistic rollup?

Los usuarios depositan fondos en contratos inteligentes desplegados en Ethereum, y un sequencer les acredita montos equivalentes en el rollup después de recibir prueba del depósito.

¿Qué es el período de impugnación en los optimistic rollups?

El período de impugnación es un intervalo de 1 a 2 semanas después de enviar una solicitud de retiro, durante el cual cualquiera puede publicar una prueba de fraude para impugnar transacciones inválidas antes de que los fondos puedan retirarse.

¿Qué rol cumple el sequencer?

El sequencer ordena y ejecuta las transacciones, comprime los datos de las transacciones en bloques, envía los lotes a Ethereum como transacciones individuales, y acredita a los usuarios con fondos después de los depósitos.

¿En qué se diferencian los optimistic rollups de los ZK rollups?

Los optimistic rollups asumen que las transacciones son válidas y usan pruebas de fraude solo cuando se impugnan, mientras que los ZK rollups usan pruebas de validez para cada lote y permiten retiros inmediatos sin períodos de espera.

¿Qué es una prueba de fraude?

Una prueba de fraude es una afirmación de que una transición de estado es inválida, activada cuando un verificador detecta una discrepancia entre el estado del rollup y presenta evidencia para revertir el lote fraudulento.

¿Por qué los optimistic rollups tienen retrasos en los retiros?

El retraso de 1 a 2 semanas en los retiros permite tiempo suficiente para que los verificadores detecten e impugnen cualquier transacción fraudulenta antes de que se liberen los fondos del contrato del rollup.

¿Cuáles son las principales blockchains de optimistic rollup?

Las principales blockchains de optimistic rollup por Total Value Locked son Arbitrum, Optimism, Metis Andromeda, y Boba Network.