Verkle Trees vs. STARKs: ¿Cuál es el mejor camino hacia la validación sin estado en Ethereum? Descúbrelo aquí.

La red de Ethereum podría avanzar hacia la validación sin estado a medida que crecen sus necesidades de almacenamiento y verificación de datos. El cofundador Vitalik Buterin propone 2 soluciones para esta transición: los árboles Verkle y los STARKs.

¿Cómo se comparan los STARKs como alternativa a los Árboles Verkle?

Vitalik Buterin ha publicado otro blog para explicar el posible futuro de la red. En este blog, Buterin se centra en la validación sin estado, donde los nodos pueden verificar bloques sin almacenar el estado completo de Ethereum. Tocando el tema de The Verge, explica que antes estaba enfocado en hacer que el protocolo de Ethereum fuera eficiente al reducir los requisitos computacionales para la verificación. Sin embargo, añade que el objetivo ahora es verificar la cadena con SNARKs.

Tanto los árboles Verkle como los STARKs buscan reducir los requisitos computacionales para la verificación de bloques. Mientras tanto, los SNARKs—argumentos sucintos no interactivos de conocimiento—también son parte del futuro de Ethereum.

• Los árboles Verkle permitirían a los nodos verificar los bloques de Ethereum generando pruebas compactas, lo que reduciría la necesidad de que los nodos almacenen todo el estado. Sin embargo, los árboles Verkle podrían enfrentar limitaciones potenciales con la computación cuántica en el futuro. Buterin cree que esta tecnología compleja es ahora más viable y podría omitir por completo los árboles Verkle.
• The Verge tiene dos objetivos principales. El primero es reducir la cantidad de datos que un nodo necesita almacenar para verificar transacciones de Ethereum. El segundo es hacer que los requisitos computacionales para la verificación sean tan bajos que incluso dispositivos móviles y relojes inteligentes puedan participar en la red.

Por lo tanto, independientemente de la ruta que tome Ethereum para la verificación sin estado—Verkle o STARKs—el objetivo es abordar el tamaño creciente de los datos. Buterin declaró: «Los datos de estado en bruto aumentan ~30 GB por año, y los clientes individuales deben almacenar algunos datos adicionales para poder actualizar el trie eficientemente.»

Cómo la implementación de la Verificación sin Estado podría simplificar la configuración de nodos

Notablemente, el creciente tamaño de los datos de Ethereum ha dificultado a los validadores configurar y actualizar sus nodos. Por esta razón, Buterin aboga por la validación sin estado para resolver este problema, permitiendo a los nodos verificar bloques sin almacenar todos los datos. Este proceso permite a los nodos verificar bloques utilizando un testigo que incluye valores del estado y pruebas criptográficas. Sin embargo, para que la validación sin estado funcione eficientemente, se necesitaría reemplazar la estructura de árbol Patricia de Merkle actual de Ethereum, ya que no es ideal para crear pruebas compactas y fáciles de verificar.

Conforme la verificación sin estado incorpora Árboles Verkle o STARKs, ¿qué ruta sería mejor para Ethereum? Ambos métodos tienen fortalezas y debilidades. Los árboles Verkle utilizan compromisos vectoriales basados en curvas elípticas, que crean pruebas compactas pero pueden seguir siendo vulnerables a ataques cuánticos futuros. También son más fáciles de implementar con la arquitectura actual de Ethereum. Por otro lado, los STARKs ofrecen tamaños de prueba más pequeños—alrededor de 100-300 kB en comparación con los 2.6 MB de Verkle—y tiempos de prueba potencialmente más rápidos. Sin embargo, requieren más poder computacional y aún no están completamente integrados en el sistema de Ethereum.

Ethereum necesita volverse más rápido y eficiente no solo para verificar bloques sino también para otras aplicaciones. Esto incluye Mempools, Listas de Inclusión y Clientes Ligeros. Todos estos casos de uso aparentemente requieren un gran número de pruebas para verificar elementos como saldos de cuentas y la validez de transacciones. Por lo tanto, podrían usarse ramas de Merkle más simples en lugar de pruebas STARK. Buterin especifica que las ramas de Merkle son actualizables y podrían proporcionar una ventaja.

Mientras tanto, la comunidad de Ethereum también debe enfrentar el trabajo restante. Según Buterin, esto incluye el análisis de costos de gas con EIP-4762. Este observará cómo cambiar las tarifas de gas para clientes sin estado afectaría a Ethereum. Y dado que el cambio a sin estado es complejo, también necesita probarse el proceso de transición. Se informa que también es necesario analizar la seguridad de nuevas funciones hash compatibles con STARK como Poseidon, que han sido menos probadas. Realizar análisis de seguridad de nuevas funciones hash y sistemas de prueba como SHA256 también es un paso crucial.

Ethereum deberá considerar la criptografía segura contra cuántica

Según Buterin, los 3 algoritmos Verkle, STARK con funciones hash conservadoras y con nuevas funciones hash tienen compensaciones. Explica que los árboles Verkle están más listos para el despliegue pero no son resistentes a cuántica y son más difíciles de probar en sistemas avanzados como los SNARKs. Los enfoques basados en hash (STARKs) pueden ofrecer tiempos de sincronización más rápidos para los nodos, pero la tecnología aún necesita más desarrollo y análisis de seguridad. Los árboles Verkle también permiten actualizaciones fáciles (útiles para mempools y listas de inclusión) pero son más difíciles de trabajar para ciertas pruebas criptográficas avanzadas (SNARKs).

Para abordar estas compensaciones, Buterin propone Merkle trelliles basadas en redes como una alternativa segura para la cuántica. Sin embargo, integrarla en la estructura actual de Ethereum sería complejo. Otra opción es introducir gas multidimensional para separar la brecha de eficiencia entre escenarios de caso medio y peor caso. Esto significa que el gas multidimensional podría permitir a Ethereum reducir el número de hashes necesarios en casos extremos. Con eso, Ethereum podría retrasar el cálculo de la raíz del estado al siguiente bloque y aumentar el tiempo disponible para generar pruebas.

La ruta hacia la escalabilidad de Ethereum abordará la carga de almacenamiento

El blog de Buterin también subraya que las pruebas de validez para la EVM actualmente enfrentan desafíos en seguridad y tiempos de prueba. El desafío de escalabilidad y descentralización de Ethereum también implica abordar los desafíos de generación de pruebas. El EIP-4444 sugiere implementar validación sin estado y expiración del historial para reducir la carga de almacenamiento de datos en los clientes. Además de eso, las pruebas de validez actuales necesitan optimización para mejorar la velocidad y eficiencia. Buterin sugiere estrategias como la paralelización y el uso de hardware avanzado para ayudar a acelerar este proceso.

The Verge será una transformación para Ethereum, enfocándose en sin estado y verificación eficiente. La compatibilidad con STARK será, según se informa, importante para varias otras mejoras de la red PoS para que pueda escalar. Con los desafíos que quedan, también existen compensaciones asociadas con la implementación de estas tecnologías.

FAQs

• ¿Qué son los árboles Verkle y los STARKs?

  Los árboles Verkle y los STARKs son dos métodos propuestos para permitir la validación sin estado en Ethereum, reduciendo la necesidad de almacenamiento de datos completo y mejorando la eficiencia de verificación de bloques.

• ¿Por qué es importante la validación sin estado para Ethereum?

  La validación sin estado es crucial porque permite a los nodos verificar bloques sin tener que almacenar todo el estado de Ethereum, lo cual aborda el crecimiento de datos y simplifica la configuración de nodos.

• ¿Qué desafíos enfrenta Ethereum para integrar tecnologías como STARKs?

  Integrar STARKs en Ethereum enfrenta desafíos de desarrollo y análisis de seguridad, además de requerir más poder computacional y adaptaciones en la arquitectura actual del sistema.