¿Qué son los Validium y cómo funcionan?

En el ecosistema cripto, la escalabilidad es uno de los mayores desafíos a los que se enfrentan las redes blockchain. Ethereum, en particular, ha experimentado problemas de congestión y altas tarifas de gas, lo que ha limitado su capacidad para manejar un gran volumen de transacciones de manera eficiente. Para abordar estos problemas, se han desarrollado varias soluciones de Layer 2 (L2), y una de las más prometedoras es el Validium.

Validium es una solución de escalabilidad que utiliza pruebas de validez (como ZK-SNARKs o ZK-STARKs) para verificar transacciones fuera de la cadena principal de Ethereum. A diferencia de las ZK-Rollups, que almacenan datos de transacciones en la cadena principal, el Validium mantiene estos datos fuera de la cadena, lo que permite una mayor escalabilidad y reducción de costos. En este artículo, exploraremos en detalle qué son los Validium, cómo funcionan, sus ventajas y desventajas, y cómo se integran en el ecosistema de Ethereum.

¿Qué son las Validium?

Como ya mencionamos, Validium es una tecnología de escalabilidad de Layer 2 (Capa 2) diseñada para mejorar la capacidad de procesamiento de transacciones de la red Ethereum o compatibles. Su principal objetivo es reducir la carga en la cadena principal, permitiendo un mayor número de transacciones por segundo (TPS) y reduciendo los costos de gas.

Validium logra esto moviendo las transacciones fuera de la cadena principal y utilizando pruebas de validez (ZKP) para garantizar la integridad de estas transacciones. Las pruebas de validez son generadas por un operador o validador y luego verificadas por un contrato inteligente en la cadena principal de Ethereum. Si la prueba es válida, la cadena principal actualiza su estado para reflejar los cambios realizados en la cadena secundaria.

¿Cómo funcionan las Validium?

Para entender cómo funcionan las Validium, es útil desglosar el proceso en varios pasos:

Envío de transacciones

La primera etapa está en el envío de transacciones, en la que tenemos dos actores:

• Usuarios: Los usuarios envían sus transacciones al operador de la Validium.
• Operador: El operador recopila estas transacciones y las agrupa en lotes (batches).

En este proceso actúan los conocidos contratos de verificación (Verification Contract) y contrato prinicipal (Main Contract). El objetivo de estos contratos es crear la interfaz usuario-operador que permita el uso seguro y privado de la Validium.

Generación de pruebas de validez

En este punto, el operador envía el lote de transacciones a un circuito de prueba. El circuito de prueba genera una prueba de validez (ZK-SNARK o ZK-STARK) que verifica la corrección de las transacciones.

Commitments de estado

Una vez generada la prueba, comienza el proceso de commitments de estados de la red. Esto incluye tomar el estado de la Validium y almacenarse en un árbol de Merkle. La raíz de este árbol de Merkle (raíz de estado) se almacena en un contrato inteligente en la cadena principal de Ethereum.

La intención de esto, es mantener un seguimiento de los distintos estados de la Validium, para que los usuarios y cualquier interesado pueda verificar que la información es correcta. Esto es lo que permite la trazabilidad y la auditabilidad de las Validium.

Actualización de estado

Finalmente, el operador calcula una nueva raíz de estado después de ejecutar las transacciones. El operador envía la nueva raíz de estado y la prueba de validez al contrato inteligente en la cadena principal. Si la prueba de validez es verificada, el contrato inteligente actualiza el estado de la Validium.

Un ejemplo de todo este funcionamiento lo podemos ver en Polygon 2.0, el cual planea usar una zkEVM Validium, para toda su operativa. De esta manera, Polygon 2.0 apunta a superar en escalabilidad a las actuales soluciones Layer 2 sobre Ethereum, como es el caso de Arbitrum y Optimistic, y para ello han dejado saber muchos de los avances que nos encontraremos en Polygon 2.0.

Ventajas y desventajas de las Validium

Este funcionamiento de la Validium permite crear Layer 2 que cuentan con un gran número de ventajas, entre las que destacamos:

1. Alto TPS: las Validium pueden procesar hasta 9000 transacciones por segundo, lo que es significativamente más que los 15-25 TPS de la cadena principal de Ethereum.
2. Menor carga en la cadena principal: al mantener los datos de transacción fuera de la cadena, se reduce la carga en la cadena principal, lo que permite un mayor número de transacciones.
3. Bajos costos de gas: al reducir la cantidad de datos que se publican en la cadena principal, los costos de gas se reducen significativamente.
4. Eficiencia del capital: los usuarios pueden retirar sus fondos de manera rápida y sin retrasos, lo que aumenta la eficiencia del capital.
5. Pruebas de conocimiento cero (ZKP): las pruebas de conocimiento cero (ZKP) garantizan que las transacciones sean válidas sin revelar información sensible, mejorando la privacidad de los usuarios.
6. Rápida confirmación de transacciones: las transacciones en la Validium se confirman rápidamente, lo que es ideal para aplicaciones que requieren transacciones rápidas y confiables, como exchanges descentralizados y plataformas de juegos.

Desventajas de las Validium

Por supuesto, no todo es perfecto. Las Validium también traen algunos nuevos problemas o incrementan algunos ya conocidos. Entre esas desventajas podemos destacar:

1. Dependencia del operador: los usuarios deben confiar en el operador para procesar las transacciones correctamente, lo que puede llevar a problemas de centralización.
2. Riesgo de censura: si el operador actúa de manera maliciosa, puede censurar transacciones o congelar fondos.
3. Dependencia de proveedores de datos: la Validium depende de proveedores de datos para almacenar y proporcionar datos de transacción. Si estos proveedores fallan o actúan de manera maliciosa, los usuarios pueden no poder acceder a sus fondos.
4. Compatibilidad con contratos inteligentes: integrar la Validium con contratos inteligentes existentes en Ethereum puede ser desafiante debido a posibles incompatibilidades de estructura de datos. Esto conlleva a problemas de interoperabilidad con ciertos smart contracts, por lo que es necesario reescribir código de estos contratos para hacerlos totalmente compatibles y seguros de usar con las Validium.

Casos de Uso de las Validium

Las Validium tienen una amplia gama de aplicaciones en el ecosistema blockchain, especialmente en áreas donde la escalabilidad y la eficiencia son cruciales.

Finanzas Descentralizadas (DeFi)

• Plataformas de trading: Las Validium pueden utilizarse para crear plataformas de trading descentralizadas más rápidas y con menores costos de gas. Esto mejora la experiencia del usuario y hace que las plataformas DeFi sean más accesibles.
• Plataformas de préstamos: Las Validium pueden facilitar la generación de plataformas de préstamos (lending y borrowing) más eficientes, permitiendo un mayor volumen de transacciones y reduciendo los costos asociados.

Juegos y NFTs

• Transacciones en juegos: Las Validium pueden facilitar transacciones en juegos, permitiendo interacciones más rápidas y menores costos. Esto mejora la experiencia del jugador y hace que los juegos sean más atractivos.
• Mercados de NFTs: Las Validium pueden mejorar la eficiencia de los mercados de NFTs, permitiendo un mayor volumen de transacciones y reduciendo las tarifas de gas.

Gestión de cadena de suministro

• Rastreo de productos: Las Validium pueden utilizarse para rastrear productos en la cadena de suministro de manera eficiente y transparente. Esto permite a los fabricantes y distribuidores seguir sus productos sin sobrecargar la cadena principal de Ethereum.

Seguridad de las Validium

La seguridad es un aspecto crucial en cualquier solución de escalabilidad. Las Validium ofrecen una seguridad robusta, pero también presentan algunas diferencias en comparación con otras soluciones de Layer 2.

• Pruebas de validez: las pruebas de validez utilizadas en las Validium, como ZK-SNARKs y ZK-STARKs, garantizan que las transacciones sean válidas sin revelar información sensible. Esto proporciona una seguridad sólida y una privacidad mejorada.
• Verificación en la cadena principal: las pruebas de validez son verificadas por un contrato inteligente en la cadena principal de Ethereum, lo que asegura que las transacciones no puedan ser alteradas o revertidas una vez que se han confirmado. Sin embargo, parte de este proceso depende de proveedores, por lo que se necesita de un elemento de confianza que lleva a la centralización.

Comparación con ZK-Rollups

Pero si las comparamos con las ZK-Rollups, debemos tener en cuenta lo siguiente:

• ZK-Rollups: las ZK-Rollups almacenan datos de transacción en la cadena principal, lo que proporciona una mayor seguridad y resistencia a la censura. Sin embargo, esto limita la escalabilidad y aumenta los costos de gas.
• Validium: por su parte, las Validium mantienen los datos de transacción fuera de la cadena, lo que permite una mayor escalabilidad y reducción de costos, pero introduce un mayor riesgo de centralización y dependencia de proveedores de datos.

Comparación con Optimistic Rollups

Otra solución de escalabilidad son las Optimistic Rollups, y en este caso, la comparativa con las Validium nos coloca dos puntos a tener en cuenta:

• Optimistic Rollups: las Optimistic Rollups utilizan pruebas de fraude para garantizar la validez de las transacciones. Si se detecta una transacción fraudulenta, se puede revertir. Sin embargo, esto introduce un período de disputa, lo que puede ralentizar las transacciones.
• Validium: en cambio, las Validium no requieren períodos de disputa, lo que permite una confirmación más rápida de transacciones. Sin embargo, la dependencia de proveedores de datos puede ser un punto débil.

Compatibilidad con la EVM

Otro punto importante es la compatibilidad con la Máquina Virtual de Ethereum (Ethereum Virtual Machine – EVM), la cual es crucial para la adopción de soluciones de escalabilidad en redes EVM compatibles. En ese sentido, las Validium están trabajando en mejorar su compatibilidad con la EVM para permitir la ejecución de contratos inteligentes y aplicaciones descentralizadas (dApps) de manera más eficiente.

Sin embargo, esta solución se enfrenta a algunos desafiós entre los que destacamos:

• Optimización de Opcodes: la ejecución de instrucciones EVM en un circuito de prueba de conocimiento cero puede ser compleja y costosa. Algunos proyectos están trabajando en la optimización de opcodes EVM para mejorar la eficiencia.
• Desarrollo de zkEVM: los zkEVM (Máquinas Virtuales de Ethereum de Conocimiento Cero) son una solución prometedora que permite la ejecución de contratos inteligentes fuera de la cadena y la generación de pruebas de validez para verificar la ejecución en la cadena principal de Ethereum.

Avanzando en la escalabilidad

Queda claro en este punto, que las Validium representan una solución prometedora para abordar los desafíos de escalabilidad en la red Ethereum. Al mover las transacciones fuera de la cadena principal y utilizar pruebas de validez, esta opción de escalabilidad permite un mayor número de transacciones por segundo y reducen los costos de gas.

Sin embargo, también presentan desafíos en términos de centralización y disponibilidad de datos. Pese a ello, las Validium ofrecen una amplia gama de aplicaciones en el ecosistema de blockchain, desde finanzas descentralizadas hasta juegos y gestión de cadena de suministro. Con una seguridad robusta, y los esfuerzos continuos para mejorar la compatibilidad con la EVM, esta tecnología demuestra estar abriendo nuevas posibilidades para la adopción de la tecnología blockchain de forma masiva.