Instituto CoinEx | Cuando la ZK se une a la minería: ¿Es la minería ZK el nuevo camino para los mineros?

11 min readOct 13, 2022

El tan esperado traspaso de Ethereum a PoS llegó finalmente a su fin el 15 de septiembre. Y en ese momento, los mineros de PoW que habían aportado años de potencia de cálculo al desarrollo de Ethereum también se han quedado sin trabajo.

Según datos de whattomine, la potencia de cálculo de toda la red Ethereum seguía siendo de 840 Th/s el 14 de septiembre, y más de un millón de máquinas de minería seguían funcionando en vísperas a la fusión de Ethereum, la mayoría de las cuales eran máquinas de minería GPU. Aunque estas máquinas de minería ya no pueden minar Ethereum, esto no significa que abandonen el sector. Aparte de vender los equipos, puede haber varias salidas, entre ellas:

Cambio a otros proyectos de cadenas públicas que soportan la minería en la GPU, como ETC.
Participar en otros protocolos de la Web 3 para proporcionar potencia informática.
Transformación a operador de centros de datos.
Minería ZK

Entre ellas, la minería ZK, que antes era una solución relativamente marginal, ha ido captando la atención de la gente. La minería ZK se refiere al método en el que las máquinas calculan Pruebas de Conocimiento Cero proporcionando potencia de cálculo basada en el algoritmo de Pruebas de Conocimiento Cero (ZKP). Según el informe Hardware Acceleration for Zero Knowledge Proofs publicado por Paradigm este año, la importancia de la minería ZK fue altamente valorada, y la oportunidad para los mineros/proveedores de ZK podría ser de un tamaño similar al mercado de la minería Proof of Work. Varios escenarios de la minería ZK incluyen el almacenamiento descentralizado, la cadena pública L1, el escalamiento L2, etc. Este artículo enumerará estos escenarios, incluyendo los principios básicos y el último estado de los proyectos representativos.

Almacenamiento descentralizado: Filecoin

Filecoin anunció la introducción de soluciones de GPU para ZKP ya en la etapa de testnet en 2019, y ha estado utilizando zk-SNARKs en la mainnet desde 2021. El equipo, Protocol Labs, incluso se dedicó a desarrollar la tecnología, y ha lanzado un sitio de investigación llamado zk-SNARKs for the World que revisó el trabajo realizado para implementar la criptomoenda ZK en la red de Filecoin. Afirmaron que Filecoin es una de las mayores redes que han desplegado zk-SNARKs hasta la fecha. Filecoin genera entre 6 y 7 millones de pruebas zk al día, utilizando principalmente GPUs para generar pruebas en paralelo.

Tanto la Prueba de Replicación (PoRep) como la Prueba de Tiempo Espacial (PoSt) en el Mecanismo de prueba de almacenamiento de Filecoin utilizan zk-SNARKs para la compresión. Los mineros de almacenamiento ejecutan el PoRep cuando se produce la primera transacción de almacenamiento, demostrando que almacenan una copia físicamente única de los datos, y cada PoRep en la cadena incluye 10 pruebas SNARKs separadas. En comparación, el PoSt se ejecuta repetidamente para demostrar que siguen proporcionando espacio de almacenamiento para los mismos datos durante un período de tiempo, y la etapa final de PoSt comprime estas pruebas en una única prueba zk-SNARK.

Aunque el proceso de creación de zk-SNARKs para Filecoin es costoso desde el punto de vista computacional, ahorra efectivamente los costes asociados al almacenamiento de bloques y al ancho de banda de la red. En comparación con las pruebas originales, las zk-SNARK son pequeñas, lo que permite almacenarlas de forma eficiente en la cadena de bloques. Por ejemplo, una prueba que ocuparía cientos de KB en la cadena Filecoin puede comprimirse a sólo 192 bytes utilizando zk-SNARKs. Con la ayuda de los zk-SNARKs, cada prueba puede mantenerse pequeña y válida, lo que minimiza la presión de almacenamiento en cada nodo de la red Filecoin, evita ocupar mucho ancho de banda de la red y permite a los validadores completar el proceso de verificación de forma rápida y barata.

En abril de 2022, el equipo anunció Lurk, un lenguaje de programación para zk-SNARKs recursivos que apoya el desarrollo del protocolo Filecoin de diversas maneras. Por ejemplo, la integración de Lurk con la máquina virtual de Filecoin (FVM) permite a la red de Filecoin ejecutar contratos inteligentes que pueden probarse utilizando zk-SNARKs.

Es fácil descubrir que los zk-SNARKs jugarán un papel más importante en la red Filecoin. Como dicen en su blog:

“El conocimiento cero ha sido durante mucho tiempo parte de la red Filecoin, y seguirá siendo vital para la evolución de la red en el futuro. A medida que se almacenan, mantienen y acceden más y más datos en Filecoin, el ecosistema necesita seguir ofreciendo soluciones eficientes, rentables y seguras para la verificación. El conocimiento cero es un cambio de juego para la red Filecoin, reduciendo los complejos procesos de verificación a fracciones de su tamaño original sin comprometer la seguridad, la confianza o la seguridad.”

Cadena pública L1: Aleo

Aleo se posiciona como una cadena pública de capa 1 basada en la privacidad que soporta contratos inteligentes. A través del entorno de ejecución fuera de la cadena, libre de confianza, zkCloud, separa la ejecución del programa y el mantenimiento del estado de las cadenas de bloques tradicionales, y mejora el rendimiento de las transacciones, cumpliendo los requisitos de privacidad y programabilidad de la cadena de bloques.

Los validadores en la cadena son responsables de verificar y generar bloques, y los demostradores fuera de la cadena son responsables de la computación. Este diseño incentiva a los validadores a mantenerse vigorosos produciendo bloques y también a los probadores a proporcionar capacidades de prueba para el ecosistema Aleo. Dado que las transacciones de Aleo se procesan fuera de la cadena, los nodos de la red no realizan cálculos y solo son responsables de la verificación, lo que permite a Aleo soportar mayores volúmenes de transacciones. En cierto modo, podemos comparar el diseño de Aleo con la integración de Ethereum y zkRollup. Para aplicar la privacidad a cualquier aplicación, Aleo proporciona la infraestructura y las herramientas correspondientes para escribir aplicaciones ZK. Además de la solución ZK específica Zexe, también incluye el lenguaje de programación Leo para escribir aplicaciones ZK, la herramienta IDE Aleo Studio, Aleo Package Manager, entre otros.

En agosto de 2022, Aleo puso en marcha la Testnet 3 y anunció AleoBFT, un modelo de consenso de arquitectura híbrida que combina la certeza instantánea de los nuevos bloques de los validadores con la potencia de cálculo del prover. Bajo el modelo de consenso de esta arquitectura híbrida, el prover necesita resolver los componentes centrales de los ZKP en la red, a saber, la Multiplicación Multiescalar (MSM) y la Transformación Rápida de Fourier (FFT), y generar una Prueba de Trabajo Sucinta (PoSW) para enviarla a los stakers de PoS a cambio de una parte de la recompensa de cada bloque, lo que es algo parecido a la relación entre la capa de ejecución y la capa de consenso tras la actualización de PoS de Ethereum. El PoSW es un protocolo de consenso específico de Aleo, que es una variante del algoritmo PoW de Bitcoin basado en SNARK. La diferencia clave es que el cálculo subyacente no es una función hash arbitraria, sino una ZKP. La recompensa que puede obtener el prover depende de la velocidad de generación de las pruebas. Cuantos más ZKP pueda generar el prover por segundo, más recompensas podrá obtener.

Como plataforma abierta, Aleo ha atraído a más de 10.000 nodos en su Testnet 2, generando hasta 20.000 pruebas por segundo. En Aleo Testnet 3, se anima a los desarrolladores a desarrollar programas de pruebas más rápidos para las GPU y hacerlos de código abierto, por lo que las GPU desempeñarán un papel más importante.

Escalado L2: Scroll

Scroll es un zkRollup, equivalente a la EVM, que está diseñado para escalar Ethereum. Scroll es compatible con la EVM para soportar la generación de ZKPs, y los contratos inteligentes de Ethereum pueden ser desplegados y ejecutados directamente sin modificación. En la arquitectura técnica de Scroll, los tres componentes principales son Scroll Node, Roller Network y Rollup/Bridge Contracts. Entre ellos, los Rollup/Bridge Contracts se despliegan en Ethereum y Scroll para verificar las pruebas de validez de zkEVM, proporcionar disponibilidad de datos para las transacciones de Scroll y permitir a los usuarios mover activos entre Ethereum y Scroll. Los Rollers en la Red de Rollers actúan como probadores en la red para generar pruebas de validez de zkEVM y presentarlas a la Red de Rollers. El Coordinador hace de coordinador, distribuyendo las tareas a la Red de Rollers y pasando la información de las transacciones y las pruebas devueltas por la red al contrato de Rollers de Ethereum.

Según el principio de funcionamiento de zkRollup, hay un Secuenciador, que se encarga de recoger las transacciones, y de clasificarlas, empaquetarlas y publicarlas en Ethereum, y luego el Comprobador generará pruebas para estas transacciones. Estas transacciones se confirman finalmente solo después de que la prueba sea enviada y verificada. Los actuales zkRollups de la corriente principal, como zkSync y Sequencer y Prover de StarkWare, están centralizados, es decir, en manos de la parte del proyecto. Una diferencia importante entre Scroll y otros zkRollups es que el primero espera crear un mercado de pruebas a través de una red descentralizada, es decir, el Roller en la red de Roller puede ser subcontratado a mineros que proporcionan máquinas como GPUs, FPGAs y ASICs.

En el contexto de la competencia en el mercado, es probable que el mercado de potencia de cálculo descentralizado dé lugar a cosas como los pools de minería de Bitcoin o Ethereum, y los desarrolladores/pools de minería capaces optimizarán varios algoritmos para mejorar la eficiencia de la generación de pruebas y reducir los costes para poder obtener más recompensas. Los mineros ordinarios acceden directamente a estos pools de minería y reciben recompensas en función de la potencia de cálculo que han aportado.

En la actualidad, Scroll se encuentra todavía en la fase de red de pruebas, pero ha atraído una atención considerable del mercado. El equipo de Scroll también colaboró con el equipo de Privacy & Scaling Explorations de la Ethereum Foundation para explorar esta área.

La escala potencial de la minería ZK

Aquí tenemos un análisis preliminar de estas posibles soluciones para las máquinas mineras de Ethereum, y una estimación aproximada de cuánta potencia de cálculo de Ethereum podría atraer cada enfoque, incluyendo la escala potencial de la minería ZK.

Como cadena original de Ethereum, ETC puede soportar sin problemas las máquinas de minería de ETH. Sin embargo, la potencia de cálculo de ETC representaba menos del 10% de ETH el 14 de septiembre. Tras la fusión de Ethereum, la potencia de cálculo de ETC superó las 300T, pero el precio de ETC no aumentó de forma sincronizada. El beneficio minero de los mineros se desplomó, y la potencia de cálculo también comenzó a disminuir. Incluso con otros proyectos habilitados para GPU y la aparición de proyectos de bifurcación de ETH, la cantidad de nueva potencia de cálculo que pueden absorber es bastante limitada.

Los proyectos que requieren potencia de cálculo en la GPU están en constante crecimiento, como Livepeer Network (una red descentralizada de servicios de streaming de vídeo que proporciona servicios de transcodificación de vídeo), Render Network (un proveedor de soluciones de renderizado descentralizado en la GPU) y Akash (una plataforma de computación en la nube para la GPU), pero la demanda de potencia de cálculo no ha experimentado un crecimiento explosivo. Una afluencia de potencia de cálculo de GPU a gran escala procedente de las máquinas de minería de Ethereum probablemente provocará un exceso de oferta.

En cuanto a la minería ZK, entre el almacenamiento descentralizado de la lista, la cadena pública L1 y el escalado L2, el almacenamiento de Filecoin es el que más puede absorber las GPU y otras máquinas. Sin embargo, la minería de Filecoin requiere más hardware que las GPU. También requiere máquinas como servidores de almacenamiento. Para que los mineros de Ethereum cambien de la minería de Ethereum a la de Filecoin, necesitan invertir en otras máquinas para el correspondiente diseño de hardware y arquitectura. Aunque la minería ZK tiene un gran potencial en la cadena pública L1 y en el escalado L2, los proyectos relacionados todavía están en fase de pruebas, y muchos proyectos no están abiertos a los mineros de GPU. En otras palabras, los ZKP son generados principalmente por el servidor controlado por el equipo del proyecto. Entre los proyectos que están abiertos a las GPUs, Aleo está todavía en su fase inicial, y las recompensas de la minería de la red de pruebas no se pueden transferir todavía, lo que es en cierto modo otra forma de inversión temprana. Scroll también está en fase de pruebas, y no ha habido eventos de minado de prueba con recompensas.

Por lo tanto, durante un período de tiempo después de la fusión de Ethereum, la mayoría de las máquinas de minería de Ethereum pueden permanecer inactivas o ser vendidas. Según el sitio web Tom’s Hardware, los precios de las GPU han seguido cayendo en los últimos seis meses, lo que también refleja la presión de venta de las máquinas de minería de Ethereum en el mercado secundario. Recientemente, el director financiero de Nvidia también declaró que el precio de las GPU casi ha bajado a la normalidad, poniendo fin al auge que supuso en su día la escasez de GPU debido a la minería de Ethereum.

Sin embargo, se cree que con el desarrollo de la tecnología ZK, los principales proyectos relacionados con ZK se pondrán en marcha uno tras otro, y la potencia de cálculo requerida por ZK experimentará un crecimiento explosivo. Como señala Vitalik en su blog, “las ZK-EVM de tipo 1 son lo que en última instancia necesitamos para que la propia capa 1 de Ethereum sea más escalable”, y se cree que las ZK-EVM, equivalentes a Ethereum, requieren bastante potencia de cálculo para proporcionar ZKP. Tal vez algún día las máquinas de minería de Ethereum vuelvan a hacer acto de presencia y vuelvan a la minería de Ethereum, con la diferencia de que ya no generarán números aleatorios, sino ZKPs.

Referencias

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