Presentación de Plonky2

La división Polygon Zero de Polygon Labs se especializa en aplicar pruebas de conocimiento cero para escalar Ethereum y permitir que soporte hasta mil millones de usuarios, manteniendo tanto la descentralización como la seguridad. Para alcanzar este objetivo, es imprescindible desarrollar sistemas de pruebas rápidos y eficientes. Plonky2 supone un avance clave en la criptografía de conocimiento cero, al integrar las ventajas de distintos sistemas de pruebas en una única solución altamente optimizada.

Plonky2 es un SNARK recursivo que supera en rendimiento a las alternativas existentes y mantiene compatibilidad nativa con Ethereum. Al combinar PLONK y FRI (Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proofs), Plonky2 incorpora lo mejor de los STARKs (generación rápida de pruebas y ausencia de trusted setup) y de los SNARKs, facilitando recursión y costes de verificación muy bajos en Ethereum.

Recursión

La recursión es una de las capacidades más potentes de los sistemas de pruebas de conocimiento cero. Los SNARKs pueden verificar cualquier cálculo, y dado que verificar un SNARK es también un cálculo, pueden comprobar otros SNARKs. Esta propiedad recursiva de Plonky2 permite una escalabilidad mucho mayor.

Imagine un caso práctico en el que los validadores deben demostrar la validez de 1 000 transacciones. Generar una única prueba que verifique todas las transacciones a la vez sería costoso y lento. Una alternativa más eficiente es distribuir el trabajo: 1 000 máquinas en paralelo generan una prueba para cada transacción. Luego, estas pruebas se agrupan recursivamente en capas, donde cada prueba nueva verifica dos pruebas de la capa anterior. Este proceso jerárquico continúa hasta obtener una sola prueba que certifica la validez de las 1 000 transacciones.

Esta arquitectura recursiva en Plonky2 aporta varias ventajas: reduce el tiempo de cálculo, minimiza el consumo de recursos y promueve la descentralización al distribuir la generación de pruebas entre múltiples nodos.

Eficiencia

Las pruebas recursivas son esenciales para escalar blockchains. El desarrollo de esta tecnología ha sido rápido: cuando Mir (más tarde Polygon Zero) se lanzó en 2019, generar una sola prueba recursiva llevaba unos dos minutos en hardware avanzado. En 2020, se desplegaron pruebas recursivas en Ethereum y el tiempo de generación bajó a 60 segundos. Halo aceleró aún más la generación de pruebas recursivas, aunque perdió compatibilidad con Ethereum.

En 2021, Polygon Zero se propuso un objetivo técnico ambicioso: lograr pruebas recursivas en menos de un segundo, manteniendo compatibilidad con Ethereum. El avance de Plonky2 consistió en identificar que FRI, el esquema de compromisos polinómicos de los STARKs, podía aportar grandes mejoras de rendimiento a los SNARKs recursivos, aunque en implementaciones previas como Fractal se necesitaban unos 10 minutos para generar una prueba.

Sin embargo, FRI tiene propiedades matemáticas excepcionales. Permite emplear campos de 64 bits y los investigadores de Polygon identificaron el Goldilocks Field, cuyo módulo permite operaciones aritméticas de campo sumamente eficientes en CPUs actuales. Junto con PLONK, FRI hace posible diseñar compuertas personalizadas con mayor número de cables, optimizando los circuitos de Plonky2 específicamente para recursión eficiente.

La unión de innovación matemática, experiencia criptográfica y optimización de bajo nivel permitió un salto sustancial: una prueba recursiva en Plonky2 se genera en solo 170 milisegundos en un MacBook Pro, superando ampliamente a otras soluciones.

Tamaños de prueba

Plonky2 mejora el rendimiento tanto en pruebas recursivas como no recursivas. Los sistemas basados en FRI suelen requerir elegir entre generar pruebas rápidamente (pero con tamaños grandes, lo que encarece la verificación en Ethereum) o reducir el tamaño a costa de lentitud en la generación. Las alternativas solo permiten optar por uno de estos escenarios.

Plonky2 elimina esta disyuntiva gracias a su arquitectura. Cuando se prioriza la velocidad, el sistema se optimiza para generación rápida. Posteriormente, al agregar recursivamente las pruebas, la prueba final puede verificarse con un circuito compacto, permitiendo optimizar específicamente el tamaño. Así, se consiguen pruebas de solo 45 kilobytes y 20 segundos de generación, un plazo irrelevante porque solo se produce al enviar la prueba a Ethereum. Esto reduce drásticamente los costes operativos en comparación con otras soluciones.

Compatibilidad

Una ventaja clave de Plonky2 es su compatibilidad nativa con Ethereum. La verificación solo requiere la función hash keccak-256, lo que garantiza integración con la infraestructura actual de Ethereum. Los análisis preliminares estiman que verificar una prueba de Plonky2 optimizada para tamaño en Ethereum consume unos 1 millón de gas.

No obstante, este consumo se debe principalmente al coste de publicar CALLDATA en la cadena. Si la estructura de precios de CALLDATA se ajusta mediante EIP-4488, el coste de verificación podría bajar a entre 170 000 y 200 000 gas. Así, Plonky2 podría convertirse no solo en un sistema de pruebas rápido, sino también en un mecanismo de verificación rentable para Ethereum.

Conclusión

Plonky2 marca un avance fundamental en las pruebas de conocimiento cero y un hito para la infraestructura de escalado de Ethereum. El desarrollo de Plonky2 por Polygon Zero demuestra que es viable unir innovación matemática y excelencia en ingeniería para superar las limitaciones tradicionales de los sistemas de pruebas. Si bien las soluciones de capa 2 basadas en conocimiento cero han cobrado protagonismo, las implementaciones actuales dependen de primitivas criptográficas que limitan la eficiencia y la escalabilidad.

A medida que evoluciona el entorno competitivo para las soluciones de capa 2, la diferenciación dependerá cada vez más de la capacidad de procesamiento y de los costes operativos. Plonky2 dota al ecosistema de Polygon de herramientas esenciales para construir sistemas de capa 2 con prestaciones y escalabilidad superiores, consolidándose como tecnología transformadora para el futuro del escalado de Ethereum.

FAQ

¿Qué es Plonky2? ¿Cuáles son sus principales características y ventajas?

Plonky2 es una tecnología ZK-SNARK recursiva desarrollada por Polygon, cien veces más rápida que las alternativas actuales y totalmente compatible con Ethereum. Combina las ventajas de PLONK y FRI para una generación de pruebas ultrarrápida y una escalabilidad superior.

¿En qué se diferencia Plonky2 de otros frameworks de pruebas de conocimiento cero como Circom y ZoKrates?

Plonky2 utiliza campos Goldilocks pequeños y soporta recursión eficiente, logrando un rendimiento superior respecto a Circom y ZoKrates. Permite tiempos óptimos de generación de pruebas y mayores niveles de seguridad.

¿Cuáles son los principales casos de uso de Plonky2?

Plonky2 se emplea principalmente en protección de privacidad en blockchain, soluciones de escalado de capa 2 y verificación criptográfica. Habilita pruebas de conocimiento cero para transacciones seguras y la verificación de smart contracts.

¿Cómo se construyen y verifican pruebas de conocimiento cero con Plonky2?

Plonky2 permite crear pruebas de conocimiento cero para cualquier cálculo verificable, con composición recursiva eficiente. Es posible optimizar los circuitos mediante compuertas personalizadas para maximizar rendimiento y escalabilidad.

¿Qué rendimiento ofrece Plonky2? ¿Cuáles son sus velocidades de generación y verificación de pruebas?

Plonky2 genera pruebas recursivas en 0,17 segundos en un MacBook Pro, lo que supone una mejora de velocidad de cien veces sobre las soluciones actuales. La verificación se completa en unos 20 segundos, ofreciendo un rendimiento excepcional para aplicaciones de pruebas de conocimiento cero.

¿Qué lenguajes de programación y entornos de desarrollo admite Plonky2?

Plonky2 está enfocado principalmente al lenguaje Rust y pensado para desarrolladores con experiencia en Rust. Proporciona un entorno eficiente para el desarrollo de pruebas de conocimiento cero y soporta la construcción de sistemas de pruebas modulares y escalables.

¿Cuál es la relación entre Plonky2 y el algoritmo Plonk? ¿Por qué recibe el nombre de Plonky2?

Plonky2 es una versión mejorada de Plonk que sustituye los compromisos KZG por FRI, provenientes de la tecnología STARK. El nombre Plonky2 refleja su evolución y mejoras, ya que combina la eficiencia de Plonk con la resistencia cuántica y la mayor velocidad de FRI.