El desarrollador de sidechains StarkWare e investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias afirman haber creado una solución para múltiples limitaciones de los scripts de Bitcoin.

Según un reciente artículo de investigación, el nuevo diseño permite el despliegue de complejos contratos inteligentes en Bitcoin de una forma más eficiente desde el punto de vista del capital. El nuevo sistema también puede ser mucho más eficiente desde el punto de vista informático.

ColliderVM es un protocolo diseñado para permitir la computación de estado en Bitcoin, permitiendo que los procesos de múltiples pasos se ejecuten de forma segura a través de múltiples transacciones. Tradicionalmente, los resultados de los scripts de Bitcoin no son accesibles para otros scripts, lo que hace casi imposible realizar cálculos complejos.

Los investigadores argumentan que ColliderVM podría permitir el uso de Scalable Transparent Arguments of Knowledge (STARK) - un tipo de prueba de conocimiento cero - en Bitcoin sin requerir cambios a nivel de consenso en la red. La arquitectura permitiría a Bitcoin verificar cálculos complejos fuera de la cadena con un mínimo de datos onchain.

ColliderVM se centra en las limitaciones de Bitcoin

Cada bloque de Bitcoin puede contener hasta 4 millones de OPCodes (comandos) en todas las transacciones, y un único script de Bitcoin puede contener hasta 1.000 elementos de pila (entradas de datos). Además, la ejecución sin estado significa que cada script se ejecuta sin memoria del estado previo o cálculos intermedios de transacciones anteriores, lo que hace que los cálculos complejos sean poco prácticos.

La implementación de BitVM de un artículo de 2023 de Robin Linus de la empresa de investigación de Bitcoin ZeroSync permitía contratos inteligentes complejos en Bitcoin pero requería pruebas de fraude. Las pruebas de fraude son pruebas cripto que demuestran que una transacción o cálculo concreto se ha realizado incorrectamente, lo que puede desencadenar acciones correctivas.

La implementación a prueba de fraude suele requerir que los operadores adelanten capital para posibles acciones correctivas. En BitVM, los operadores pagan un anticipo para cubrir las transacciones potencialmente fraudulentas, recuperando el capital una vez cerrada la ventana a prueba de fraude.

El nuevo sistema también es más eficiente desde el punto de vista informático que las implementaciones anteriores, pero sigue siendo caro. Las implementaciones anteriores utilizaban firmas criptográficas de un solo uso (Lamport y Winternitz) que eran notablemente pesadas desde el punto de vista computacional.

ColliderVM se basa en el documento ColliderScript de noviembre de 2024, elaborado por investigadores de StarkWare, la empresa de servicios web Cloudflare y el desarrollador de la cadena lateral de Bitcoin, Blockstream. Este sistema se basa en un compromiso basado en colisiones de hash que establece un reto para producir una entrada que, cuando se ejecuta a través de una función hash, produce una salida con características predeterminadas.

Esta configuración requiere muchos menos recursos informáticos de los operadores honestos que de los malintencionados.

Recursos computacionales necesarios para actores honestos y maliciosos según la dificultad de la colisión. Fuente: ColliderVM paper

Hash, pero sin comida ni hierba

Un hash es una función matemática no reversible que puede ejecutarse sobre datos arbitrarios, produciendo una cadena alfanumérica de longitud fija. No reversible significa que es imposible ejecutar el cálculo a la inversa para obtener los datos originales a partir de un hash.

El resultado es una especie de ID que identifica los datos al bit, sin contener ningún dato subyacente.

Ejemplos de funciones hash. Fuente: Wikimedia

Este sistema, parecido en cierto modo a la minería de Bitcoin (BTC), requiere un número significativamente menor de operaciones hash en comparación con BitVM, lo que reduce tanto el tamaño del script como el tiempo de procesamiento. Los investigadores de ColliderVM afirman haber reducido aún más el número de esas operaciones, al menos en un factor de 10.000.

Al parecer, los investigadores sugieren que esta implementación casi hace práctica una cadena lateral de Bitcoin basada en STARK. El artículo dice así:

"Estimamos que la longitud de la secuencia de comandos de Bitcoin para la verificación de pruebas STARK llega a ser casi práctica, lo que permite su uso junto con otros sistemas de pruebas basados en emparejamiento, habituales hoy en día en las aplicaciones".

Los STARK son un sistema de prueba de ZK (conocimiento cero) reconocido por su escalabilidad y naturaleza trustless (no se necesita una configuración de confianza). Las pruebas ZK son un sistema criptográfico que permite a los usuarios demostrar una característica concreta de un dato sin revelar los datos subyacentes.

Muchos de los primeros sistemas de prueba de ZK requerían una única configuración segura que se basaba en datos de "residuos tóxicos". Si alguien se quedaba con los residuos tóxicos, podía falsificar firmas y generar pruebas fraudulentas. Los STARK no se basan en este tipo de configuración, por lo que no son fiables.

La implementación tradicional de los verificadores STARK requeriría scripts que exceden los límites de Bitcoin. Ahora, los investigadores detrás de ColliderVM argumentan que sus enfoques de sistema más eficientes hacen que un script de verificación onchain para las pruebas STARK sea "casi práctico".

¿Cadenas laterales sin confianza basadas en Bitcoin?

Bitcoin está ampliamente considerado como el blockchain más seguro y fiable, pero sus críticos plantean problemas con su conjunto de características que es significativamente más limitado en comparación con muchas altcoins. Existen cadenas laterales como Liquid, de Blockstream, pero no son fiables.

El director de investigación de la empresa blockchain Blockstream y matemático Andrew Poelstra dijo a Cointelegraph ya en 2020 que los sistemas basados en ZK son "una de las áreas de desarrollo más emocionantes" en el espacio de la criptografía. Cypherpunk, un desarrollador citado en el libro blanco de Bitcoin y fundador de Blockstream, explicó en un documento de 2014 que se necesitaba más trabajo para implementar sidechains basadas en prueba de ZK sin confianza en Bitcoin.

Aún así, incluso 10 años después, un sistema basado en ColliderVM sería de confianza minimizada más que de confianza cero. Esto se debe a que los usuarios seguirían necesitando confiar en que al menos un subconjunto mínimo de participantes de la red actuarán honestamente para garantizar el correcto funcionamiento del sistema.

Los autores principales del estudio son Eli Ben-Sasson, cofundador de StarkWare, y los investigadores Lior Goldberg y Ben Fisch. Ben-Sasson es uno de los desarrolladores originales de STARK y aboga desde hace tiempo por el uso de pruebas de conocimiento-cero para mejorar la escalabilidad de blockchain.

En una entrevista reciente con Cointelegraph, Ben-Sasson, cofundador de StarkWare, señaló que una verdadera solución de capa 2 de Bitcoin necesitaría tener "la seguridad del propio Bitcoin". En cambio, las soluciones actuales se basan en la confianza en los firmantes o en incentivos económicos a prueba de fraude. Aún así, reconoció la Lightning Network:

"También debemos reconocer que existen, por supuesto, hoy en día, las lightning networks, que tienen la seguridad de Bitcoin".

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