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Prefacio
En el panorama en constante evolución de la criptografía y la cadena de bloques, pocas innovaciones han atraído tanta atención como las pruebas de conocimiento cero (ZK). Las pruebas de conocimiento cero, que alguna vez fueron un concepto académico oscuro en los artículos teóricos de informática, han pasado rápidamente del papel a la red principal, convirtiéndose en la piedra angular de la próxima generación de infraestructura criptográfica.
En esencia, las pruebas de conocimiento cero desafían una suposición de larga data en los sistemas digitales: que la verificación requiere exponer información.Ya sea para iniciar sesión en una aplicación, verificar identidad o confirmar una transacción, siempre hemos necesitado revelar cierta información para ganarnos la confianza.La tecnología de prueba de conocimiento cero rompe este compromiso, permitiéndonos probar hechos sobre identidades, datos o cálculos sin revelar información subyacente.
Además de la protección de la privacidad, las pruebas de conocimiento cero permiten escalabilidad, interoperabilidad y verificación sin confianza a escala global.Desde paquetes acumulativos de ZK que escalan el rendimiento de blockchain hasta sistemas de cumplimiento e identidad que preservan la privacidad, las pruebas de conocimiento cero están redefiniendo lo que es posible en criptografía.
Resumen
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Las pruebas de conocimiento cero (ZK) pueden verificar información como la identidad, el saldo o la validez de la transacción sin revelar los datos subyacentes.
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Aunque la tecnología de prueba de conocimiento cero se propuso por primera vez en la década de 1980, sólo recientemente se ha vuelto práctica debido a los avances en la informática, la criptografía y la tecnología blockchain.
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ZK Proofs impulsa las transacciones privadas, la identidad descentralizada, la votación DAO y la interoperabilidad entre cadenas, al tiempo que escala Ethereum al empaquetar miles de transacciones en una única prueba a través de ZK Rollup.
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Aunque es computacionalmente intensivo, el algoritmo acumulativo ZK tiene una finalidad instantánea, tarifas más bajas y una seguridad más sólida, lo que lo coloca por delante de los esquemas optimistas.
¿Qué es una prueba de conocimiento cero?
La prueba de conocimiento cero (ZK) es un método criptográfico que permite a una parte (el probador) demostrarle a otra parte (el verificador) que una determinada afirmación es verdadera sin revelar por qué la afirmación es verdadera ni ninguna información adicional.
Por ejemplo, Alice quiere demostrarle a Bob que conoce la contraseña de una puerta oculta en una cueva, pero no puede decirle la contraseña directamente.Entra en la cueva, abre la puerta y sale por el otro lado.Bob no pudo ver cómo lo hizo, pero sabía que ella debía conocer la contraseña.
La metáfora clásica de la prueba de conocimiento cero – Chainlink
Tradicionalmente, la verificación requiere la divulgación de cierta información: como información de identidad, contraseñas o datos.Las pruebas de conocimiento cero dan la vuelta a este modelo, demostrando identidad, autenticidad o propiedad sin exponer los datos en sí.
En un sistema digital, esto significa que puedes:
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Puedes demostrar que tienes 18 años o más sin revelar tu fecha de nacimiento.
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Demostrar fondos suficientes sin revelar el saldo de la billetera
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Probar la validez de la transacción sin revelar el contenido de la transacción.
Esta capacidad de “probar sin revelar información” es la base de un sistema que mantiene la privacidad, la seguridad y la transparencia, y la prueba de conocimiento cero puede aprovechar estas dos características.
¿Cómo funcionan?
Las pruebas de conocimiento cero se basan en estructuras matemáticas esotéricas y primitivas criptográficas, pero conceptualmente se reducen a tres propiedades básicas:
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integridad: Si la afirmación es verdadera, un probador honesto puede convencer al verificador de que es verdadera.
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Solidez: Si una afirmación es falsa, ningún probador de trampas podrá convencer al verificador de que la afirmación es falsa.
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Conocimiento Cero: El verificador no aprende nada más que que la afirmación es verdadera.
En realidad, existen varios tipos de pruebas de conocimiento cero, pero la discusión actual se centra en dos tipos: pruebas de conocimiento cero interactivas y no interactivas.
En los primeros diseños, las pruebas de conocimiento cero eran interactivas.El probador y el verificador entablan una conversación bidireccional, en la que el verificador plantea desafíos aleatorios y el probador proporciona pruebas en respuesta, generando confianza conjuntamente en la veracidad de una declaración.Aunque este modelo funciona en teoría, en un entorno blockchain a menudo resulta difícil para todas las partes interactuar en tiempo real, por lo que no es muy eficiente.
Para hacerlo más práctico, los criptógrafos desarrollaron pruebas de conocimiento cero no interactivas (NIZK), que solo requieren que el probador envíe un mensaje al verificador.Los más famosos son los zk-SNARK, que son capaces de generar pruebas extremadamente compactas y verificarlas en milisegundos.Otra variante son los zk-STARK, que no requieren una configuración confiable y proporcionan un nivel de seguridad poscuántica.
Cómo funcionan los zk-SNARK – Midnight Network
Básicamente, estos sistemas permiten a los probadores generar «huellas digitales» matemáticas de cálculos eficientes.Luego, el verificador puede verificar esa huella digital sin volver a hacer todo el cálculo.Esta es exactamente la razón por la que son tan poderosos en el escalamiento de blockchain: se pueden verificar miles de transacciones de manera rápida y económica simplemente verificando una única prueba criptográfica.
¿Cuándo se inventaron las pruebas de conocimiento cero?
Las pruebas de conocimiento cero se remontan a mediados de la década de 1980, cuando los investigadores Shafi Goldwasser, Silvio Micali y Charles Rackoff introdujeron el concepto en su artículo fundamental «La complejidad del conocimiento de los sistemas de prueba interactivos» (1985).
Sus primeros modelos teóricos sentaron las bases para décadas posteriores de innovación criptográfica, pero no fue hasta la década de 2010, gracias a las mejoras en la eficiencia computacional y el auge de la tecnología blockchain, que las pruebas de conocimiento cero se volvieron prácticas.
Proyectos como Zcash, lanzado en 2016 y uno de los primeros en implementar pruebas de conocimiento cero a escala, utilizan zk-SNARK para permitir transacciones privadas en un libro de contabilidad público.Desde entonces, la tecnología de prueba de conocimiento cero ha evolucionado significativamente, haciendo que generar pruebas sea más eficiente y más rápido, y han surgido nuevos marcos (como zk-STARKs, Halo y PLONK) que hacen que sea más fácil de usar para los desarrolladores y más adecuado para el escalado de sistemas en el mundo real.
¿Cuáles son las aplicaciones de las pruebas de conocimiento cero en el campo del cifrado?
El escenario de aplicación más intuitivo y conocido son las transacciones que preservan la privacidad.Las pruebas de conocimiento cero permiten a los usuarios realizar transacciones en una cadena de bloques pública sin exponer información confidencial, como montos de transacciones o contrapartes.Zcash es pionero en esta tecnología, al introducir un mecanismo de «transacciones blindadas» para proteger la privacidad del usuario y al mismo tiempo mantener una integridad verificable en la cadena.Sobre esta base, proyectos como Tornado Cash, Aztec y Railgun han extendido la tecnología a prueba de conocimiento cero a Ethereum, permitiendo interacciones privadas de contratos inteligentes y transacciones confidenciales de DeFi.
Cómo funciona Tornado Cash – Elíptica
Además de la protección de la privacidad, las pruebas de conocimiento cero están revolucionando el mundo de la identidad digital y el cumplimiento normativo. Admite la divulgación selectiva, lo que permite a los usuarios probar sus hechos específicos sin revelar datos personales.Por ejemplo, los usuarios pueden demostrar que han pasado la verificación KYC sin revelar su nombre, o confirmar que no están en una lista de sanciones sin proporcionar información de identificación.Este principio subyace a los sistemas de identidad de conocimiento cero emergentes como Proof of Personhood, Polygon ID y zkPass de Worldcoin.
Polygon ID: un sistema de identidad que admite pruebas de conocimiento cero – Polygon
Las pruebas de conocimiento cero también tienen poderosas aplicaciones en la votación y la gobernanza. En las organizaciones autónomas descentralizadas (DAO), pueden facilitar un proceso de votación anónimo pero verificable, garantizando resultados transparentes y al mismo tiempo protegiendo la privacidad de la identidad de los votantes individuales.Esto ayuda a reducir el riesgo de coerción o represalias y fomenta una participación más honesta en la toma de decisiones colectiva, reforzando así los principios democráticos de la gobernanza descentralizada.
Otra ventaja de la prueba de conocimiento cero está en el campo de la verificación entre cadenas.En un entorno de múltiples cadenas, establecer confianza entre diferentes cadenas de bloques tradicionalmente ha requerido intermediarios o complejos mecanismos de conexión.Las pruebas de conocimiento cero ofrecen una solución más elegante: una prueba generada en una cadena puede probar la validez de su estado y la otra cadena puede verificar la prueba de forma independiente.Esto permite una interoperabilidad sin confianza, permitiendo que diferentes blockchains se comuniquen de forma segura sin depender de validadores centralizados.
La tecnología ZK también está mejorando la escalabilidad de Ethereum a través de ZK Rollup.Al empaquetar miles de transacciones en una única prueba criptográfica, estos paquetes acumulativos reducen significativamente la carga de datos en cadena al tiempo que garantizan la seguridad.El resultado es un procesamiento de transacciones más rápido, de menor costo y más eficiente, lo que sienta las bases para que Ethereum pueda hacer frente a aplicaciones a gran escala sin comprometer su naturaleza descentralizada.
Explicación detallada del paquete acumulativo de ZK
De todas las aplicaciones basadas en pruebas de conocimiento cero, el paquete acumulativo de ZK es sin duda la más transformadora.Resuelven uno de los mayores desafíos de las criptomonedas: la escalabilidad de blockchain.
Desde el nacimiento de la tecnología blockchain, todas las cadenas de bloques se han enfrentado al trilema de la cadena de bloques: es decir, todas las cadenas de bloques solo pueden lograr dos de los tres atributos principales: seguridad, escalabilidad y descentralización.Las cadenas de bloques como Ethereum, aunque seguras y descentralizadas, siguen siendo lentas y costosas.Cada transacción debe ser verificada por todos los nodos, lo que crea cuellos de botella, limita el rendimiento, aumenta las tarifas del gas y reduce gravemente la disponibilidad de la cadena de bloques.
Rollup es una solución de Capa 2 que ejecuta transacciones fuera de la cadena y luego publica información agregada en la cadena principal o Capa 1 (generalmente Ethereum). El resumen se divide principalmente en dos tipos: resumen optimista y resumen ZK.
En ZK Rollup, se empaquetan cientos o miles de transacciones fuera de la cadena.El probador genera una prueba de conocimiento cero (también llamada prueba de validez) que indica que todas las transacciones empaquetadas cumplen con las reglas de la cadena de bloques.Esta prueba única se envía luego a la cadena principal, que puede verificarla de forma rápida y concluyente.
Cómo funciona ZK Rollup – Messari
Este diseño reduce significativamente el volumen de datos de la Capa 1 y la carga computacional al tiempo que mantiene las mismas garantías de seguridad que el procesamiento de cada transacción individualmente, eliminando así los cuellos de botella de velocidad y escala de la Capa 1.
Algunos proyectos representativos del paquete acumulativo de ZK incluyen:
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zkSyncEra: Desarrollado por Matter Labs, utiliza zk-SNARK para una finalidad rápida.
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Starknet: Construido sobre zk-STARK, enfatizando la escalabilidad y la transparencia
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Polígono zkEVM: Una implementación sin conocimiento de Ethereum Virtual Machine (EVM), que la hace totalmente compatible con los contratos inteligentes existentes en Ethereum.
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Encendedor: Una plataforma DEX sostenible construida sobre un paquete acumulativo de ZK personalizado que utiliza zk-SNARK, específicamente Plonky2.
Ventajas del paquete acumulativo ZK
Al comprimir miles de transacciones en una única prueba criptográfica, los paquetes acumulativos de ZK pueden aumentar significativamente el rendimiento, permitiendo que cadenas de bloques como Ethereum manejen más actividad sin sacrificar la descentralización o la seguridad.
La seguridad es otro beneficio clave.A diferencia de los paquetes acumulativos Optimistic, que se basan en incentivos financieros y un período de desafío de una semana para detectar fraude, los paquetes acumulativos ZK utilizan pruebas de validez matemática para garantizar la corrección por adelantado. Una vez que la prueba se verifica en la cadena, la transacción subyacente es definitiva e inmutable, lo que elimina la latencia y la incertidumbre.
Esto también significa confirmaciones más rápidas. Las transacciones en un paquete acumulativo de ZK se liquidan tan pronto como se verifican sus pruebas correspondientes, lo que brinda a los usuarios acceso casi inmediato a los resultados finales en comparación con los tiempos de espera comunes en los sistemas Optimistic.
La rentabilidad es otra ventaja importante.Debido a que ZK Rollups solo envía una cantidad muy pequeña de datos a la cadena de bloques Layer-1, las tarifas del gas se reducen significativamente, lo que hace que sea más barato para los usuarios y las aplicaciones ejecutarse en Ethereum.
Aún más interesante es que el paquete acumulativo de ZK abre la puerta a una mayor protección de la privacidad.Dado que está construido sobre criptografía de conocimiento cero, en teoría la confidencialidad podría integrarse directamente en el propio paquete acumulativo, permitiendo transacciones privadas y verificables a escala.
La principal limitación actualmente son los requisitos computacionales.Generar pruebas de conocimiento cero todavía consume muchos recursos y requiere hardware potente y técnicas de criptografía avanzadas.Sin embargo, los avances continuos, especialmente en aceleración de hardware, diseño de circuitos y pruebas de recursividad, están reduciendo constantemente estos costos, lo que hace que cada generación de acumulaciones de ZK sea más eficiente.
Comparación con el resumen optimista
Los paquetes acumulativos optimistas, como Arbitrum y Optimism, siguen una filosofía diferente.Por defecto, todas las transacciones fuera de la cadena son válidas. Sólo cuando alguien cuestione esta suposición, el sistema solicitará una «prueba de fraude» para verificar la disputa, un proceso que suele tardar aproximadamente una semana.Este modelo funciona bien en la práctica, pero introduce retrasos en la confirmación final de las transacciones y se basa en incentivos para que los participantes detecten e informen actividades no válidas.
El paquete acumulativo de ZK viene con una prueba de validez de conocimiento cero para cada lote de transacciones, lo que confirma matemáticamente su exactitud antes de escribirse en la cadena principal, proporcionando así una finalidad instantánea y una mayor seguridad, pero también trae consigo una mayor complejidad técnica y una mayor cantidad de cálculo.
Esencialmente, los dos modelos representan diferentes compensaciones.Optimistic Rollup es más fácil de implementar y actualmente domina el espacio de capa 2 de Ethereum debido a su simplicidad y total compatibilidad con la máquina virtual Ethereum (EVM).El resumen de ZK es más complejo y requiere un uso computacional más intensivo, pero ofrece el potencial de acuerdos más rápidos, menores costos y privacidad integrada.
Conclusión
Las pruebas de conocimiento cero representan un cambio de paradigma en la forma en que abordamos la confianza, la privacidad y la verificación en los sistemas digitales.Esta teoría criptográfica abstracta, que se originó en la década de 1980, se ha convertido en una de las tecnologías más prometedoras que impulsan el desarrollo de la próxima generación de infraestructura descentralizada.
En el espacio de las criptomonedas, las pruebas de conocimiento cero impulsan las transacciones privadas, la identidad descentralizada, la interoperabilidad entre cadenas y, lo más importante, arquitecturas acumulativas escalables que aumentan exponencialmente el rendimiento y al mismo tiempo mantienen la seguridad a nivel de Ethereum.Su alcance de aplicación también se extiende más allá de blockchain a áreas como las finanzas, la inteligencia artificial y la verificación de datos.
Aunque la aplicación de pruebas de conocimiento cero aún se encuentra en una etapa relativamente temprana, su trayectoria de desarrollo ya es clara.Las pruebas de conocimiento cero están pasando de ser una tecnología novedosa en criptografía a una parte inevitable de la construcción de infraestructura.Si blockchain va a escalar a miles de millones de usuarios y al mismo tiempo garantizar la privacidad y la descentralización, entonces las pruebas de conocimiento cero bien pueden ser la clave para desbloquear ese futuro.
