El dilema cuántico de Bitcoin: ¿ampliar bloques o adoptar pruebas STARK?

Autor: Andrew Fenton; Fuente: Cointelegraph; Traducción: Shaw, Jinse Finance

El cofundador de StarkWare, Eli Ben-Sasson, afirma que ZK-STARK es la mejor solución para los problemas derivados de lograr la seguridad cuántica de Bitcoin, al mismo tiempo que impulsa a Bitcoin hacia la adopción masiva.

Además, señala que Adam Back, fundador de Blockstream, también está de acuerdo con esta opinión.

Esta semana, Eli Ben-Sasson apareció en las noticias por publicar una propuesta controvertida en la plataforma X, sugiriendo aumentar la tasa de inflación anual de Bitcoin al 4%. Un análisis de Grok sobre los comentarios mostró que nadie apoyó explícitamente la propuesta.

Pero como coinventor de STARK (un sistema de prueba de conocimiento cero basado en hash y seguro frente a cuánticos), su posición en esta línea técnica es mucho más sólida, y varios investigadores destacados de Bitcoin también respaldan esta idea.

El proyecto liderado por Eli Ben-Sasson, StarkNet, publicó la semana pasada su hoja de ruta de la Fase III, con el objetivo de hacer que su propia red sea resistente a cuánticos.

El gran tamaño de las firmas post-cuánticas que enfrenta Bitcoin

Introducir simplemente pruebas de conocimiento cero en Bitcoin no hace directamente a la blockchain segura frente a cuánticos. La introducción de pruebas ZK busca resolver los problemas que surgen al implementar esquemas de firma post-cuántica (PQ) mucho más grandes en Bitcoin.

Las firmas post-cuánticas actualmente seleccionadas por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. tienen un tamaño de datos de 10 a 100 veces mayor que los esquemas de firma ECDSA y Schnorr existentes en Bitcoin.

Algunos sostienen que si se implementaran directamente estas firmas, el rendimiento de la red de Bitcoin podría caer a menos de 1 transacción por segundo. Sin embargo, todas las firmas de transacciones voluminosas dentro de un bloque pueden comprimirse en una pequeña prueba ZK-STARK. Dado que esta prueba es incluso más pequeña que el tamaño total de las firmas existentes, la velocidad final de la blockchain podría mejorar.

Eli Ben-Sasson señaló: "Si no se utiliza la agregación de firmas ZK-STARK, sin duda sería un paso en falso, porque no resolvería el problema central: si la gente común puede usar Bitcoin de manera fluida."

"Para lograr el objetivo, la red debe tener una capacidad de escalado extremadamente alta. Para ello, tecnologías como la agregación de firmas son imprescindibles; simplemente aumentar el tamaño del bloque no es suficiente."

Otra ruta en la era cuántica: ampliar el tamaño del bloque de Bitcoin

Marin Ivezic, escritor de PostQuantum.com y fundador de Applied Quantum, dijo a Cointelegraph que la solución Segregated Witness (SegWit) de Bitcoin puede reducir la ocupación causada por firmas grandes hasta en un 75%. Sin embargo, modeló el algoritmo ML-DSA-44 del NIST: el tamaño de una firma única es de hasta 2420 bytes, y la capacidad de transacciones por bloque se reduciría de las actuales 2500–3000 a aproximadamente 500–700, reavivando el debate sobre el tamaño del bloque.

Aumentar la capacidad del bloque de Bitcoin es una alternativa viable, pero ya en 2017 la comunidad tuvo serias divisiones en torno a la propuesta de duplicar la capacidad del bloque. Muchas de las razones en contra de entonces siguen vigentes hoy: aumentar el tamaño del bloque es una solución tosca que obliga a todos los nodos a transmitir, almacenar y verificar cantidades mucho mayores de datos. El costo de ejecutar un nodo y los requisitos de hardware aumentan, y los críticos argumentan que esto impulsaría a la red hacia la centralización.

Blockstream Research ha estado estudiando en los últimos meses cómo comprimir esquemas de firma post-cuántica basados en hash adecuados para Bitcoin, y ha presentado los prometedores algoritmos de firma SHRINCS y SHRIMPS. En escenarios normales, el tamaño de estas firmas es aproximadamente 5 veces el de las firmas existentes en Bitcoin; pero si un usuario pierde su cartera y necesita recuperar su cuenta, el tamaño de la firma puede aumentar hasta 40 veces el de las firmas existentes.

Aunque SHRINCS ya se ha utilizado para firmar transacciones reales en la sidechain Liquid, la tecnología aún está en una fase temprana de desarrollo y tiene desventajas en complejidad de implementación y experiencia de usuario. A menos que se aumente simultáneamente el tamaño del bloque, el volumen masivo de firmas seguiría ralentizando toda la blockchain.

Hablando sobre el aumento del tamaño del bloque, Marin Ivezic comentó: "Aumentar el rendimiento de la red de forma nativa es lo más simple desde el punto de vista ingenieril, pero es la solución más difícil de implementar desde el punto de vista de la gobernanza. Ya no tenemos tiempo suficiente para repetir este tipo de debates."

La agregación de pruebas ZK tiene múltiples ventajas

En comparación con la ampliación del tamaño del bloque, la agregación de pruebas ZK también puede aumentar la capacidad de la red, y al mismo tiempo mejorar la eficiencia de Bitcoin mientras se mantiene la descentralización. Es una opción superior.

En términos simples, una prueba de conocimiento cero (ZK) es un método de verificación matemática: permite demostrar que un hecho es cierto sin revelar todos los detalles. Por ejemplo, con una prueba ZK puedes demostrar que conoces la combinación de una caja fuerte sin revelar la combinación a la otra persona.

En teoría, solo se necesita generar una prueba ZK por bloque (aunque por redundancia, generar algunas adicionales es más seguro); y el costo del hardware necesario para ejecutarlo es mucho menor que el de los equipos de minería comerciales.

El costo del equipo de generación de pruebas planificado por Lean Ethereum es inferior a 100.000 dólares, y puede instalarse en un entorno doméstico normal. Por otro lado, verificar una prueba ZK casi no tiene restricciones de hardware; un dispositivo pequeño como una Raspberry Pi puede hacerlo.

Eli Ben-Sasson dijo que los primeros desarrolladores de Bitcoin, como Greg Maxwell y Mike Hearn, ven con buenos ojos ZK-STARK. Esta tecnología es segura frente a cuánticos y no requiere una configuración inicial de confianza. Cree que el desarrollador principal de Bitcoin, Luke Dashjr, y el fundador de Blockstream, Adam Back, también están adoptando gradualmente esta línea técnica.

"He escuchado sus opiniones personalmente. Les gustan las soluciones basadas en ZK-STARK. Creo que ambos han dado comentarios positivos, tanto en privado como en público. Adam Back y Luke Dashjr difieren en muchos temas, pero en esto deberían estar de acuerdo: es una buena tecnología y, si las condiciones son adecuadas, tiene la oportunidad de implementarse en Bitcoin."

Cointelegraph contactó a Adam Back para solicitar comentarios, pero no había recibido respuesta al momento de la publicación.

El investigador de Ethereum, Justin Drake, se ha pronunciado públicamente a favor de que Bitcoin adopte la tecnología de agregación de pruebas ZK de Lean Ethereum, para impulsar que esta solución se convierta en un estándar de la industria. Sin embargo, debido a las divisiones en la gobernanza de la comunidad, esta visión podría ser difícil de implementar.

Ethereum planea lograr la post-cuántica para 2029. Fuente: Fundación Ethereum

Propuestas relacionadas con pruebas de conocimiento cero para Bitcoin

Teniendo en cuenta el tono conservador de la comunidad de Bitcoin, la ruta de gobernanza más viable para introducir tecnología de conocimiento cero en la red de Bitcoin probablemente sea reactivar OP_CAT, un opcode de solo nueve líneas escrito por Satoshi Nakamoto.

Eli Ben-Sasson dijo: "Satoshi Nakamoto incluyó originalmente OP_CAT, y luego lo eliminó. Una vez restaurado este opcode, los desarrolladores podrán implementar funciones relacionadas con pruebas STARK, agregación de firmas y seguridad post-cuántica."

"Creo que esta es la mejor y más segura solución para retomar la línea de desarrollo técnico que Satoshi inició y esperaba continuar."

Aunque hace 12 a 24 meses hubo una ola de discusión sobre OP_CAT, recientemente el impulso se ha debilitado notablemente (aunque la dirección de la gobernanza de la comunidad de Bitcoin siempre es difícil de predecir).

También existen propuestas más visionarias, como OP_STARK_VERIFY, que planea agregar un opcode dedicado para que Bitcoin pueda verificar pruebas STARK de manera más eficiente. Además, Ethan Heilman, coautor de BIP-360, propuso el esquema BitZip, cuyo objetivo es agregar múltiples firmas y claves públicas de Bitcoin en una única prueba STARK.

Heilman dijo a Cointelegraph a principios de este año que hay dos rutas técnicas principales para lograr el efecto deseado: "La primera es agregar una serie de opcodes genéricos en Bitcoin, sobre los cuales construir una arquitectura similar a ZK Rollup; o bien, admitir STARK de forma nativa en la capa de consenso de Bitcoin. Además, esquemas de agregación de rendimiento más limitado, como CISA (Cross-Input Signature Aggregation), también pueden desempeñar un papel."

¿Qué probabilidades hay de que esto se haga realidad?

Marin Ivezic cree que el obstáculo no es la capacidad técnica, sino la gobernanza de la comunidad de Bitcoin.

Dijo: "El esquema criptográfico propuesto por Eli Ben-Sasson es impecable: completamente basado en supuestos de hash, sin necesidad de configuración inicial de confianza, y puede comprimir miles de firmas en una prueba corta. Los problemas están en los complementos fuera de este esquema criptográfico."

"Actualmente, el script de Bitcoin no tiene la capacidad de verificar pruebas STARK. En comparación con un opcode de firma hash único y simplificado, un verificador STARK listo para producción ampliaría significativamente la superficie de ataque de la capa de consenso. Incluso un opcode tan simple como OP_CAT ha sido debatido durante años; la implementación nativa de un verificador STARK en la capa base probablemente no esté en la agenda hasta la década de 2030."

Mientras tanto, Ethereum planea completar su actualización post-cuántica para 2029, y Solana también está experimentando con la incorporación de firmas post-cuánticas. La hoja de ruta de transformación post-cuántica de la Fase III de StarkNet puede aprovechar la abstracción de cuentas para obtener una ventaja: al actualizar la criptografía subyacente, no es necesario que cada usuario migre manualmente sus activos a nuevas cuentas.

Eli Ben-Sasson comentó que el camino hacia la post-cuántica de Solana y Ethereum será "extremadamente difícil".

"StarkNet tiene una ventaja central: la red admite de forma nativa la abstracción de cuentas y las carteras inteligentes. Esto significa que los mecanismos relevantes no están fijados en el protocolo subyacente, y podemos actualizar fácilmente las carteras y la infraestructura para lograr la transformación post-cuántica."